DE102016010310B4 - Direkteinspritzender Verbrennungsmotor, Steuervorrichtung für einen derartigen Motor, Verfahren zum Steuern eines Motors und Computerprogrammprodukt - Google Patents

Direkteinspritzender Verbrennungsmotor, Steuervorrichtung für einen derartigen Motor, Verfahren zum Steuern eines Motors und Computerprogrammprodukt Download PDF

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Abstract

Direkteinspritzender Verbrennungsmotor mit mehreren Zylindern (18), der in einem ersten Betriebsbereich (R11), in dem eine Motorlast niedriger als ein erster vorbestimmter Wert ist, eine Kompressionsselbstzündung durchführt und in einem zweiten Betriebsbereich (R12), in dem die Motorlast höher als ein zweiter vorbestimmter Wert ist, eine Zwangszündung durchführt,wobei in einem dritten Betriebsbereich (R13), in dem die Motorlast höher ist als der erste vorbestimmte Wert und niedriger als der zweite vorbestimmte Wert, ein kombinierter Betrieb durchgeführt wird, bei dem mindestens ein erster Zylinder den Kompressionsselbstzündungsbetrieb durchführt und mindestens ein zweiter Zylinder den Zwangszündungsbetrieb durchführt, undwobei eine Änderungsrate eines durch den mindestens einen ersten Zylinder erzeugten Drehmoments geringer eingestellt ist, als eine Änderungsrate eines durch den mindestens einen zweiten Zylinder erzeugten Drehmoments, wobei jeder der Änderungsraten eine Veränderung einer Lastanforderung an den Motor (1) zugrundegelegt wird, wobei der mindestens eine erste Zylinder einen oder mehrere der Mehrzahl von Zylindern (18) darstellt und der mindestens eine zweite Zylinder die restlichen der Mehrzahl von Zylindern (18) darstellt,wobei das von dem mindestens einen ersten Zylinder erzeugte Drehmoment genauso hoch wie oder niedriger als sein Drehmoment vor dem kombinierten Betrieb ist und das von dem mindestens einen zweiten Zylinder erzeugte Drehmoment so erhöht ist, dass dieses höher als sein Drehmoment vor dem kombinierten Betrieb ist.

Description

  • HINTERGRUND
  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen direkteinspritzenden Verbrennungsmotor und eine Steuervorrichtung für einen derartigen Motor, insbesondere eine Steuervorrichtung, die auf einen Benzinmotor mit einer Mehrzahl von Zylindern angewendet wird. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Steuern eines Motors und ein Computerprogrammprodukt.
  • In der Regel kommt bei Motoren, bei denen Benzin oder ein Kraftstoff verwendet wird, der Benzin als eine Hauptkomponente enthält, zur Zündung ein Funkenzündungsverfahren unter Verwendung einer Zündkerze zum Einsatz. Im Hinblick auf die Verbesserung der Kraftstoffeffizienz sind neuerdings Techniken entwickelt worden, bei denen ein hohes geometrisches Verdichtungsverhältnis auf einen Motor angewendet wird und eine Kompressionsselbstzündung einer vorgemischten Ladung, die als Kompressionsselbstzündung bezeichnet wird (insbesondere HCCI (Homogeneous-Charge Compression Ignition)) innerhalb eines vorbestimmten Motorbetriebsbereichs unter Verwendung von Benzin oder eines Kraftstoffs, der Benzin als eine Hauptkomponente enthält, durchgeführt wird.
  • Ein solcher Motor, der die Kompressionsselbstzündung durchführt, ist beispielsweise in JP2004-239217A offenbart. In JP2004-239217A ist der Motor ein Mehrzylindermotor und es wird eine Technik offenbart, bei der beim Umschalten eines Verbrennungsmodus des Motors von einem Funkenzündungsbetrieb (ein Betrieb, bei dem ein Gasgemisch funkengezündet wird) zu einem Kompressionsselbstzündungsbetrieb (ein Betrieb, bei dem das Gasgemisch zur Selbstentzündung komprimiert wird) das Umschalten an einem oder mehreren der Mehrzahl der Zylinder auf einmal durchgeführt wird.
  • Bei Benzinmotoren, bei denen eine Kompressionsselbstzündung durchgeführt wird, wird der Kompressionsselbstzündungsbetrieb (nachstehend zweckmäßigerweise als „CI-Betrieb“ [engl. „compression ignition“] bezeichnet) in der Regel innerhalb eines vorbestimmten Niedriglastbereichs des Motors durchgeführt und der Funkenzündungsbetrieb (nachstehend zweckmäßigerweise als „SI-Betrieb“ [engl. „spark-ignition operation“] bezeichnet) wird innerhalb eines vorbestimmten Hochlastbereichs des Motors durchgeführt. Obwohl im CI-Betrieb die Kraftstoffeffizienz hoch ist, nimmt eine Verbrennungsgeschwindigkeit stark zu, wenn die Motorlast hoch wird, und infolgedessen tritt ein Verbrennungsgeräusch auf und eine Zündzeitpunktsteuerung wird schwierig. Wenn die Motorlast einen vorbestimmten Wert überschreitet, wird daher der Verbrennungsmodus von dem CI-Betrieb in den SI-Betrieb umgeschaltet. Innerhalb eines Motorbetriebsbereichs, in dem das Umschalten durchgeführt wird, würde das Durchführen des SI-Betriebs die Kraftstoffeffizienz jedoch verschlechtern. Dies liegt daran, dass - obwohl durch den SI-Betrieb eine hohe Kraftstoffeffizienz erhalten wird, wenn die Motorlast bis zu einem gewissen Maß hoch ist - die Motorlast, die dem Betriebsbereich entspricht, in dem das Umschalten durchgeführt wird, niedriger ist als eine niedrigste Last oberhalb derer durch den SI-Betrieb die hohe Kraftstoffeffizienz erhalten wird.
  • US 2004 / 0 182 359 A1 offenbart eine individuelle Zylinderumschaltung zwischen einer Homogenladungs-Kompressionszündung und einer Fremdzündung.
  • US 2008 / 0 135 021 A1 offenbart einen dynamische Lastnivellierung eines Motors mit mehreren Zylindern und elektronischer Ventilbetätigung.
  • DE 10 2006 042 587 A1 beschreibt einen Verbrennungsmotor, bei dem mindestens ein Zylinder dafür ausgelegt ist, in der Verbrennungsart der homogenen Kompressionszündung (HCCI) zu arbeiten, und mindestens ein Zylinder dafür ausgelegt ist, in der Verbrennungsart der Fremdzündung (SI) zu arbeiten, wobei der HCCI-Zylinder ein Verdichtungsverhältnis aufweist, das mindestens 2 Verhältnisse höher als das des Sl-Zylinders ist. Die Ein- und Auslässe der HCCI- und Sl-Zylinder sind getrennt, wobei eine Drosselklappe in jedem Ein- und Auslass angeordnet ist, wobei für jede Verbrennungsart maßgeschneiderte Nachbehandlungsvorrichtungen in den Auslässen angeordnet sind.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf eine Lösung für die oben beschriebenen Situationen des Stands der Technik erzielt und hat die Aufgabe, einen Motor und eine entsprechende Steuervorrichtung bereitzustellen, welche in einem Motorbetriebsbereich, in dem zwischen einem Kompressionsselbstzündungsbetrieb und einem Zwangszündungsbetrieb umgeschaltet wird, die Kraftstoffeffizienz in geeigneter Weise verbessern kann. Diese Aufgabe wird mittels der Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weiterentwicklungen sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
    Gemäß einem ersten Aspekt wird ein direkteinspritzender Verbrennungsmotor mit mehreren Zylindern bereitgestellt, der in einem ersten Betriebsbereich, in dem eine Motorlast niedriger als ein erster vorbestimmter Wert ist, eine Kompressionsselbstzündung durchführt und in einem zweiten Betriebsbereich, in dem die Motorlast höher als ein zweiter vorbestimmter Wert ist, eine Zwangszündung durchführt,
    wobei in einem dritten Betriebsbereich, in dem die Motorlast höher als der erste vorbestimmte Wert und niedriger als der zweite vorbestimmte Wert ist, ein kombinierter Betrieb durchgeführt wird, bei dem mindestens ein erster Zylinder den Kompressionsselbstzündungsbetrieb durchführt und mindestens ein zweiter Zylinder den Zwangszündungsbetrieb durchführt,
    wobei eine Änderungsrate eines von dem mindestens einen ersten Zylinder erzeugten Drehmoments geringer eingestellt ist, als eine Änderungsrate eines von dem mindestens einen zweiten Zylinder erzeugten Drehmoments, wobei jeder der Änderungsraten eine Veränderung einer Lastanforderung an den Motor zugrundegelegt wird und wobei der mindestens eine erste Zylinder einen oder mehrere Zylinder der Mehrzahl von Zylindern darstellt und der mindestens eine zweite Zylinder den Rest der Mehrzahl von Zylindern darstellt,
    wobei das von dem mindestens einen ersten Zylinder erzeugte Drehmoment genauso hoch wie oder niedriger als sein Drehmoment vor dem kombinierten Betrieb ist und das von dem mindestens einen zweiten Zylinder erzeugte Drehmoment so erhöht ist, dass dieses höher als sein Drehmoment vor dem kombinierten Betrieb ist. Vorzugsweise führen in dem dritten Betriebsbereich die ersten und zweiten Zylinder abwechselnd eine Verbrennung durch und/oder ein mittleres Drehmoment des von dem ersten Zylinder erzeugten Drehmoments und des von dem zweiten Zylinder erzeugten Drehmoments wird einer Drehmomentanforderung, die der Lastanforderung an den Motor entspricht, angeglichen.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Steuervorrichtung bereitgestellt, die auf einen Benzinmotor mit einer Mehrzahl von Zylindern angewendet wird. Die Vorrichtung umfasst eine Steuerung, um den Motor so zu steuern, dass er in einem ersten Motorbetriebsbereich, in dem eine Motorlast geringer ist als ein vorbestimmter Wert, einen Kompressionsselbstzündungsbetrieb durchführt, und dass er in einem zweiten Motorbetriebsbereich, in dem die Motorlast über dem ersten Betriebsbereich liegt, einen Zwangszündungsbetrieb durchführt, wobei der Kompressionsselbstzündungsbetrieb ein Betrieb ist, in dem der Motor durch Komprimieren eines Brennstoff enthaltenden Gasgemischs zur Selbstentzündung betrieben wird, und der Zwangszündungsbetrieb ein Betrieb ist, in dem der Motor durch Zwangszündung des Gasgemisches betrieben wird. In einem dritten Motorbetriebsbereich, in dem die Motorlast oberhalb des ersten Bereichs und unterhalb des zweiten Bereichs liegt, führt die Steuerung eine Steuerung zu einem kombinierten Betrieb aus, in dem mindestens ein erster Zylinder den Kompressionsselbstzündungsbetrieb durchführt und mindestens ein zweiter Zylinder den Zwangszündungsbetrieb durchführt, und die Steuerung bewirkt, dass eine Änderungsrate eines von dem mindestens einen ersten Zylinder erzeugten Drehmoments geringer ist, als eine Änderungsrate eines von dem mindestens einen zweiten Zylinder erzeugten Drehmoments, wobei jeder der Änderungsraten eine Veränderung einer Lastanforderung an den Motor zugrundegelegt wird und wobei der mindestens eine erste Zylinder einen oder mehrere Zylinder der Mehrzahl von Zylindern darstellt und der mindestens eine zweite Zylinder die übrigen (d.h. den Rest) der Mehrzahl von Zylindern darstellt.
  • Gemäß dieser Konfiguration führt innerhalb des dritten Betriebsbereichs der mindestens eine erste Zylinder den Kompressionsselbstzündungsbetrieb durch, um das Drehmoment allmählich zu ändern, und der mindestens eine zweite Zylinder führt den Zwangszündungsbetrieb durch, um das Drehmoment stark zu verändern. Daher kann die Kraftstoffeffizienz verbessert und gleichzeitig eine Drehmomentanforderung (Lastanforderung) erfüllt werden.
  • Genauer verschlechtert sich die Kraftstoffeffizienz normalerweise, wenn der Zwangszündungsbetrieb innerhalb des dritten Betriebsbereichs (mittlerer bis niedriger Lastbereich) durchgeführt wird. Da innerhalb eines solchen dritten Betriebsbereichs der erste Zylinder den Kompressionsselbstzündungsbetrieb durchführt, um das Drehmoment allmählich zu verändern, kann jedoch dadurch, dass das von dem zweiten Zylinder erzeugte Drehmoment zum Erfüllen der Drehmomentanforderung stark verändert wird, das Drehmoment, bei dem durch den Zwangszündungsbetrieb eine hohe Kraftstoffeffizienz erhalten wird, zügig von dem zweiten Zylinder aufgebracht werden. Wenn beispielsweise die Lastanforderung an den Motor zunimmt, kann durch starkes Erhöhen des von dem zweiten Zylinder erzeugten Drehmoments zum Erfüllen der Lastanforderung die Last schnell einen mittleren bis hohen Lastbereich erreichen, in dem durch den Zwangszündungsbetrieb die hohe Kraftstoffeffizienz erzielt wird. Daher kann gemäß der obigen Konfiguration die Kraftstoffeffizienz des innerhalb des dritten Betriebsbereichs durchgeführten Zwangszündungsbetriebs verbessert werden.
  • Andererseits, ist es normalerweise nicht zweckmäßig, den Kompressionsselbstzündungsbetrieb innerhalb des dritten Betriebsbereichs durchzuführen. Da jedoch in einem solchen dritten Betriebsbereich der zweite Zylinder den Zwangszündungsbetrieb durchführt, um das Drehmoment, wie oben beschrieben, stark zu verändern, kann dadurch, dass das von dem ersten Zylinder erzeugte Drehmoment zum Erfüllen der Drehmomentanforderung allmählich verändert wird, der geeignete Kompressionsselbstzündungsbetrieb, in dem eine Verringerung des Verbrennungsgeräuschs, eine Steuerbarkeit des Zündzeitpunkts etc. sichergestellt sind, erreicht werden. Demnach kann innerhalb des dritten Betriebsbereichs die hohe Kraftstoffeffizienz im Kompressionsselbstzündungsbetrieb in geeigneter Weise erzielt werden.
  • Wie oben beschrieben, kann gemäß der Konfiguration dadurch, dass sowohl der Kompressionsselbstzündungsbetrieb als auch der Zwangszündungsbetrieb innerhalb des dritten Betriebsbereichs durchgeführt wird und dass die in diesem erzeugten Drehmomente in geeigneter Weise gesteuert werden, die Kraftstoffeffizienz des Motors insgesamt verbessert und gleichzeitig die Drehmomentanforderung erfüllt werden.
  • Die Steuerung bewirkt, dass das von dem ersten Zylinder erzeugte Drehmoment genauso hoch wie oder niedriger als ein Drehmoment vor der Steuerung des kombinierten Betriebs ist und die Steuerung erhöht das von dem zweiten Zylinder erzeugte Drehmoment so, dass es höher als dessen Drehmoment vor der Steuerung des kombinierten Betriebs ist.
  • Dadurch, dass gemäß dieser Konfiguration bewirkt wird, dass das von dem ersten Zylinder erzeugte Drehmoment genauso hoch wie oder niedriger als dessen Drehmoment vor der Steuerung ist, kann für den erste Zylinder die Verringerung des Verbrennungsgeräuschs und die Steuerbarkeit des Zündzeitpunkts etc. während der Steuerung des kombinierten Betriebs effektiver sichergestellt werden. Des Weiteren kann dadurch, dass das von dem zweiten Zylinder erzeugte Drehmoment so erhöht wird, dass es höher als dessen Drehmoment vor der Steuerung ist, das Drehmoment, bei dem die hohe Kraftstoffeffizienz durch den Zwangszündungsbetrieb erhalten wird, zügiger von dem zweiten Zylinder aufgebracht werden. Auf diese Weise kann die Kraftstoffeffizienz des Motors insgesamt verbessert werden.
  • In einer Zeitspanne um den Ausführungszeitpunkt der Steuerung des kombinierten Betriebs kann die Steuerung im Wesentlichen das von dem ersten Zylinder erzeugte Drehmoment festlegen.
  • Gemäß dieser Konfiguration kann dadurch, dass das von dem ersten Zylinder erzeugte Drehmoment in der Zeitspanne um den Ausführungszeitpunkt der Steuerung im Wesentlichen festlegt wird, während der Steuerung des kombinierten Betriebs eine Steuerbarkeit einer Verbrennungsphase in geeigneter Weise sichergestellt werden.
  • Die Steuerung kann bewirken, dass sowohl die ersten als auch die zweiten Zylinder die Verbrennung etwa mit einem theoretischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis durchführen.
  • Indem bewirkt wird, dass sowohl die ersten als auch die zweiten Zylinder die Verbrennung mit etwa dem theoretischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis (ë = 1) durchführen, erreicht gemäß dieser Konfiguration das Abgas von den ersten oder den zweiten Zylindern das theoretische Luft-Kraftstoff-Verhältnis und das Abgas mit dem theoretischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis kann einem Katalysator zur Regelung der Abgasemission (beispielsweise einem Dreiwegekatalysator) zugeführt werden. Somit kann NOx, das in dem aus dem zweiten Zylinder ausgestoßenen Abgas enthalten ist, in geeigneter Weise durch den Katalysator gereinigt werden.
  • In einem Fall, in dem die Steuerung bewirkt, dass die Mehrzahl von Zylindern des Motors in einer vorbestimmten Verbrennungsreihenfolge arbeiten, kann die Steuerung bewirken, dass die ersten und zweiten Zylinder abwechselnd eine Verbrennung durchführen.
  • Wenn die Mehrzahl von Zylindern in der vorbestimmten Verbrennungsreihenfolge betrieben werden, können dadurch dass bewirkt wird, dass die ersten und zweiten Zylinder die Verbrennung abwechselnd durchführen, gemäß dieser Konfiguration Motorschwingungen, die verursacht werden durch eine Differenz zwischen dem Drehmoment, das von dem ersten Zylinder erzeugt wird und dem Drehmoment, das von dem zweiten Zylinder erzeugt wird, in geeigneter Weise reduziert werden. Insbesondere ist ein Umschaltzyklus zwischen dem von dem ersten Zylinder erzeugten Drehmoment und dem von dem zweiten Zylinder erzeugten Drehmoment kurz gestaltet und infolgedessen sind die Motorschwingungen weniger leicht zu bemerken.
  • Die Steuerung kann bewirken, dass ein mittleres Drehmoment des von dem ersten Zylinder erzeugten Drehmoments und des von dem zweiten Zylinder erzeugten Drehmoments einer Drehmomentanforderung, die der Lastanforderung an den Motor entspricht, angeglichen wird.
  • Gemäß dieser Konfiguration kann, da das mittlere Drehmoment des von dem ersten Zylinder erzeugten Drehmoments und des von dem zweiten Zylinder erzeugten Drehmoments der Drehmomentanforderung, die der Lastanforderung an den Motor entspricht, angeglichen wird, kann die Drehmomentanforderung während der Steuerung des kombinierten Betriebs zuverlässig erfüllt werden.
  • Gemäß einem noch weiteren Aspekt wird ein Verfahren zum Steuern eines Verbrennungsmotors mit einer Mehrzahl von Zylindern bereitgestellt, das die folgenden Schritte umfasst:
    • Bestimmen einer Last des Motors,
    • wenn eine Motorlast geringer ist als ein erster vorbestimmter Wert, Durchführen einer Kompressionsselbstzündung in einem ersten Betriebsbereich,
    • wenn die Motorlast über einem zweiten vorbestimmten Wert liegt, Durchführen einer Zwangszündung in einem zweiten Betriebsbereich,
    • wenn die Motorlast in einem dritten Betriebsbereich höher als der erste vorbestimmte Wert und niedriger als der zweite vorbestimmte Wert ist, Durchführen eines kombinierten Betriebs des Kompressionsselbstzündungsbetriebs in mindestens einem ersten Zylinder und des Zwangszündungsbetriebs in mindestens einem zweiten Zylinder, und
    • Einstellen einer Änderungsrate eines von dem mindestens einen ersten Zylinder erzeugten Drehmoments derart, dass diese geringer ist als eine Änderungsrate eines von dem mindestens einen zweiten Zylinder erzeugten Drehmoments, wobei jeder der Änderungsraten eine Veränderung einer Lastanforderung an den Motor zugrundegelegt wird und wobei der mindestens eine erste Zylinder einen oder mehrere Zylinder der Mehrzahl von Zylindern darstellt und der mindestens eine zweite Zylinder den Rest der Mehrzahl von Zylindern darstellt,
    • wobei das von dem mindestens einen ersten Zylinder erzeugte Drehmoment genauso hoch wie oder niedriger als sein Drehmoment vor dem kombinierten Betrieb eingestellt wird und das von dem mindestens einen zweiten Zylinder erzeugte Drehmoment so erhöht wird, dass dieses höher als sein Drehmoment vor dem kombinierten Betrieb ist.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Computerprogrammprodukt bereitgestellt, das computerlesbare Befehle umfasst, die, wenn sie in einem geeigneten System geladen und ausgeführt werden, die Schritte des oben genannten Verfahrens ausführen können.
  • Figurenliste
    • 1 ist eine Ansicht, die eine schematische Konfiguration eines Motors veranschaulicht, bei dem eine Steuervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zum Einsatz kommt.
    • 2 ist ein Blockdiagramm, das eine elektrische Konfiguration bezüglich der Steuervorrichtung des Motors gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
    • 3 ist ein Diagramm, das Betriebsbereiche des Motors gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
    • 4 ist eine Ansicht, die den Betrieb eines Einlassventils und eines Auslassventils in einem ersten Betriebsbereich gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
    • 5 ist eine Ansicht, die den Betrieb des Einlassventils und des Auslassventils in einem zweiten Betriebsbereich gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
    • 6 ist eine Ansicht, die eine Steuerung des kombinierten Betriebs gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
    • 7 ist eine Ansicht, welche eine Steuerung veranschaulicht, die ausgeführt wird, wenn eine Lastanforderung ausgehend von einer höchsten Last innerhalb des ersten Betriebsbereichs leicht erhöht wird und der Betriebsbereich sich zu einem dritten Betriebsbereich gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verschiebt.
    • 8 ist eine Ansicht, welche die Kraftstoffeffizienz beim Ausführen des kombinierten Betriebs gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
    • 9 ist ein Laufzeitdiagramm, das ein erstes Steuerungsbeispiel des kombinierten Betriebs gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
    • 10 ist ein Laufzeitdiagramm, das ein zweites Steuerungsbeispiel des kombinierten Betriebs gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
    • 11 ist ein Laufzeitdiagramm, das ein drittes Steuerungsbeispiel des kombinierten Betriebs gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORM
  • Nachfolgend wird eine Steuervorrichtung eines Motors gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die angefügten Zeichnungen beschrieben.
  • VORRICHTUNGSKONFIGURATION
  • 1 ist eine Ansicht, die eine schematische Konfiguration eines Motors 1 veranschaulicht, bei dem eine Steuervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zum Einsatz kommt. 2 ist ein Blockdiagramm, das die Steuervorrichtung des Motors gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
  • Der Motor 1 ist ein Benzinmotor, der in einem Fahrzeug montiert ist und dem Kraftstoff, der mindestens Benzin enthält, zugeführt wird. Der Motor 1 umfasst einen Zylinderblock 11, der mit einer Mehrzahl von Zylindern 18 versehen ist (zu bemerken ist, dass obwohl in 1 lediglich ein Zylinder dargestellt ist, in dieser Ausführungsform beispielsweise vier linear angeordnete Zylinder vorgesehen sind), einen Zylinderkopf 12, der auf dem Zylinderblock 11 angeordnet ist und eine Ölwanne 13, die unter dem Zylinderblock 11 angeordnet ist und ein Schmiermittel speichert. In jeden der Zylinder 18 ist ein hin- und herbewegbarer Kolben 14 eingepasst, der über eine Verbindungsstange 142 mit einer Kurbelwelle 15 gekoppelt ist. An einer oberen Fläche jedes Kolbens 14 ist eine Mulde 141 mit einer einspringenden Form, wie etwa einer Form, die im Allgemeinen bei einem Dieselmotor eingesetzt wird, ausgebildet. Wenn der Kolben 14 an einer Position nahe einem oberen Totpunkt des Kompressionshubs (CTDC) ist, liegt die Mulde 141 einem weiter unten beschriebenen Injektor 67 gegenüber. Der Zylinderkopf 12, die Zylinder 18 und die mit den jeweiligen Mulden 141 gebildeten Kolben 14 definieren die Brennräume 19. Man beachte, dass die Form jedes Brennraums 19 nicht auf die Form in den Zeichnungen beschränkt ist. Beispielsweise können die Form der Mulde 141, die Form der oberen Fläche des Kolbens 14 und die Form eines Deckenteils des Brennraums 19 in geeigneter Weise verändert werden.
  • Ein geometrisches Verdichtungsverhältnis des Motors 1 ist so eingestellt, dass es etwa bei 15:1 oder höher liegt, was vergleichsweise hoch ist, um einen theoretischen thermischen Wirkungsgrad zu verbessern und eine (später beschriebene) Kompressionszündungsverbrennung zu stabilisieren, etc.. Man beachte, dass das geometrische Verdichtungsverhältnis geeigneterweise so eingestellt sein kann, dass es in einem Bereich zwischen etwa 15:1 und etwa 20:1 liegt.
  • In dem Zylinderkopf 12 ist jeder der Zylinder 18 mit einem Einlasskanal 16 und einem Auslasskanal 17 ausgebildet und weist mindestens ein Einlassventil 21 zum Öffnen und Schließen des Einlasskanals 16 auf der Seite des Brennraums 19 und mindestens ein Auslassventil 22 zum Öffnen und Schließen des Auslasskanals 17 auf der Seite des Brennraums 19 auf.
  • In einem Ventiltrieb des Motors 1 zum Betreiben der Einlass- und Auslassventile 21 und 22 sind auf der Auslassseite beispielsweise ein hydraulisch betätigter variabler Ventilhubmechanismus 71 (siehe 2, im Folgenden als VVL (Variable Valve Lift) bezeichnet) zum Umschalten eines Betriebsmodus des Auslassventils 22 zwischen einem Normalmodus und einem Sondermodus, und ein variabler Phasenmechanismus 75 (im Folgenden als VVT (Variable Valve Timing) bezeichnet) zum Verändern einer Drehphase einer Auslassnockenwelle in Bezug auf die Kurbelwelle 15 vorgesehen. Der VVL 71 (dessen Struktur nicht detailliert dargestellt ist) umfasst zwei Arten von Nocken mit unterschiedlichen Profilen, wobei ein erster Nocken eine Nockennase aufweist und ein zweiter Nocken zwei Nockennasen aufweist, sowie einen Nockenschaltmechanismus, um wahlweise einen Betriebszustand des ersten oder des zweiten Nockens auf das Abgasventil 22 zu übertragen. Während der Nockenschaltmechanismus den Betriebszustand des ersten Nockens auf das Auslassventil 22 überträgt, arbeitet das Auslassventil 22 in dem Normalmodus (in dem es sich während des Auslasshubs nur einmal öffnet). Während der Nockenschaltmechanismus den Betriebszustand des zweiten Nockens auf das Auslassventil 22 überträgt, arbeitet das Auslassventil 22 hingegen in dem Sondermodus (in dem es sich einmal während des Auslasshubs und noch einmal während des Einlasshubs öffnet), was eine sogenannte Auslassdoppelöffnungs-Steuerung darstellt. Der VVL 71 schaltet in Abhängigkeit von einem Betriebszustand des Motors zwischen dem Normalmodus und dem Sondermodus. Der Sondermodus wird insbesondere für eine Steuerung hinsichtlich einer internen Abgasrückführung (AGR) verwendet. Man beachte, dass zum Betreiben des Auslassventils 22 mittels eines elektromagnetischen Aktuators ein elektromagnetischer Ventiltrieb eingesetzt werden kann.
  • Bei dem VVT 75 kann zweckmäßigerweise jeder beliebige bekannte Aufbau hydraulischen, elektromagnetischen oder mechanischen Typs übernommen werden, weshalb die Darstellung eines detaillierten Aufbaus weggelassen wird. Die Öffnungs- und Schließzeitpunkte des Auslassventils 22 sind innerhalb eines vorbestimmten Bereichs durch den VVT 75 verstellbar. Die Hübe und Betriebszeitpunkte der für die jeweiligen Zylinder 18 bereitgestellten Auslassventile 22 werden ferner für jeden Zylinder 18 durch den VVL 71 und den VVT 75 gesteuert.
  • Man beachte, dass die interne AGR nicht darauf beschränkt ist, ausschließlich durch die Auslassdoppelöffnungs-Steuerung erzielt zu werden. Beispielsweise kann eine interne AGR-Steuerung durch eine Einlassdoppelöffnungs-Steuerung ausgeführt werden, bei der das Einlassventil 21 sich zweimal öffnet, oder eine interne AGR-Steuerung, bei der ein negativer Überlappungszeitraum vorgesehen ist, während dessen sowohl die Einlassventile 21 als auch die Auslassventile 22 beim Auslasshub oder beim Einlasshub geschlossen sind, um verbranntes Gas im Inneren des Zylinders 18 zu belassen.
  • Ebenso wie die Auslassseite des Ventiltriebs, die den VVL 71 und den VVT 75 umfasst, umfasst eine Einlassseite des Ventiltriebs, wie in 2 dargestellt, einen VVL 74 und einen VVT 72. Der einlassseitige VVL 74 unterscheidet sich von dem auslassseitigen VVL 71. Der einlassseitige VVL 74 umfasst zwei Arten von Nocken mit unterschiedlichen Profilen, wobei ein Hochhubnocken den Hub des Einlassventils 21 vergleichsweise erhöht und ein Niedrieghubnocken den Hub des Einlassventils 21 vergleichsweise verringert, sowie einen Nockenschaltmechanismus, um selektiv einen Betriebszustand des Hochhubnockens oder des Niedrighubnockens auf das Einlassventil 21 zu übertragen. Während der VVL 74 den Betriebszustand des Hochhubnockens auf das Einlassventil 21 überträgt, öffnet sich das Einlassventil 21 mit einem vergleichsweise hohen Hub und seine Öffnungsdauer ist lang. Während der VVL 74 den Betriebszustand des Niedrighubnockens auf das Einlassventil 21 überträgt, öffnet sich das Einlassventil 21 hingegen mit einem vergleichsweise geringen Hub und seine Öffnungsdauer ist kurz. Der Hochhubnocken und der Niedrieghubnocken sind so konzipiert, dass beim Umschalten ihre Schließzeitpunkte oder Öffnungszeitpunkte untereinander synchronisiert werden.
  • Auch bei dem einlassseitigen VVT 72 kann ähnlich wie bei dem auslassseitigen VVT 75 jeder beliebige bekannte Aufbau hydraulischen, elektromagnetischen oder mechanischen Typs zweckmäßigerweise übernommen werden, weshalb die Darstellung eines detaillierten Aufbaus weggelassen wird. Die Öffnungs- und Schließzeitpunkte des Einlassventils 21 sind ebenfalls innerhalb eines vorbestimmten Bereichs durch den VVT 72 verstellbar. Ferner werden die Hübe und Betriebszeitpunkte der für die jeweiligen Zylinder 18 bereitgestellten Einlassventile 21 für jeden Zylinder 18 durch den VVL 74 und den VVT 72 gesteuert. Man beachte, dass es so sein kann, dass der VVL 74 weggelassen wird und nur der VVT 72 auf der Einlassseite zum Einsatz kommt, so dass nur die Öffnungs- und Schließzeitpunkte des Einlassventils 21 verändert werden.
  • An dem Zylinderkopf 12 ist für jeden Zylinder 18 der (Direkt-) Injektor 67 zum direkten Einspritzen des Kraftstoffs in den Zylinder 18 angebracht. Der Injektor 67 ist so angeordnet, dass sein Düsenloch von einem mittleren Abschnitt einer Deckenfläche des Brennraums 19 in Richtung einer Innenseite des Brennraums 19 ausgerichtet ist. Der Injektor 67 spritzt direkt in den Brennraum 19 eine Kraftstoffmenge ein, die dem Betriebszustand des Motors 1 zu einem Einspritzzeitpunkt entspricht, der in Abhängigkeit von dem Betriebszustand des Motors 1 eingerichtet wird. In dieser Ausführungsform ist der Injektor 67 (ein detaillierter Aufbau ist nicht dargestellt) ein Mehrloch-Injektor, der mit einer Mehrzahl von Düsenlöchern ausgebildet ist. Daher spritzt der Injektor 67 den Kraftstoff so ein, dass das Kraftstoffspray sich ausgehend von dem Mittelabschnitt des Brennraums 19 radial ausbreitet. Zu einem Zeitpunkt, zu dem der Kolben 14 nahe dem CTDC ist, strömt das Kraftstoffspray, das so eingespritzt wird, dass es sich ausgehend von dem Mittelabschnitt des Brennraums 19 radial ausbreitet, an einer Wandfläche der Mulde 141 entlang, die in der oberen Kolbenfläche ausgebildet ist. Daher kann man sagen, dass die Mulde 141 dazu gebildet ist, das Kraftstoffspray in sich aufzunehmen, das zu dem Zeitpunkt, zu dem der Kolben 14 nahe dem CTDC ist, eingespritzt wird. Die Kombination aus dem Mehrloch-Injektor 67 und der Mulde 141 ist dahingehend vorteilhaft, dass sie, nach dem Einspritzen des Kraftstoffs, eine Dauer der Gasgemischbildung und eine Brenndauer verkürzt. Man beachte, dass der Injektor 67 nicht auf den Mehrloch-Injektor beschränkt ist und ein Injektor des nach außen öffnenden Ventiltyps sein kann.
  • Ein Kraftstofftank (nicht dargestellt) ist über einen Kraftstoffzufuhrpfad mit den Injektoren 67 gekoppelt. An dem Kraftstoffzufuhrpfad ist ein Kraftstoffzufuhrsystem 62 mit einer Kraftstoffpumpe 63 und einer Common-Rail 64 bereitgestellt, um jedem der Injektoren 67 den Kraftstoff mit vergleichsweise hohem Kraftstoffdruck zuzuführen. Die Kraftstoffpumpe 63 führt den Kraftstoff aus dem Kraftstofftank zu der Common-Rail 64 und die Common-Rail 64 ist in der Lage, den zugeführten Kraftstoff mit einem relativ hohen Kraftstoffdruck zu speichern. Durch Öffnen der Düsenlöcher des Injektors 67 wird der in der Common Rail 64 gespeicherte Kraftstoff aus den Düsenlöchern des Injektors 67 eingespritzt. Hier ist die Kraftstoffpumpe 63 eine Pumpe des Kolbentyps (nicht dargestellt) und wird durch den Motor 1 angetrieben. Das Kraftstoffzufuhrsystem 62 einschließlich der motorbetriebenen Pumpe ermöglicht die Zufuhr des Kraftstoffs zu dem Injektor 67 mit einem hohen Kraftstoffdruck von etwa 30 MPa oder darüber. Ein Höchstwert des Kraftstoffdrucks kann etwa 120 MPa betragen. Der Druck des dem Injektor 67 zugeführten Kraftstoffs wird in Abhängigkeit von dem Betriebszustand des Motors 1 verändert. Man beachte, dass das Kraftstoffzufuhrsystem 62 nicht auf die obige Konfiguration beschränkt ist.
  • Ferner ist an dem Zylinderkopf 12 für jeden Zylinder 18 eine Zündkerze 25 zur Zwangszündung (insbesondere durch Funkenzündung) des Gasgemisches innerhalb des Brennraums 19 angebracht. In dieser Ausführungsform ist die Zündkerze 25 den Zylinderkopf 12 durchdringend so angeordnet, dass sie sich von der Auslassseite des Motors 1 schräg nach unten erstreckt. Die Zündkerze 25 ist so angeordnet, dass ihre Spitze bei dem CTDC in Richtung auf das Innere der Mulde 141 des Kolbens 14 ausgerichtet ist.
  • Wie in 1 gezeigt, ist an einer Seitenfläche des Motors 1, ein Einlassdurchgang 30 so angeschlossen, dass er mit den Einlasskanälen 16 der jeweiligen Zylinder 18 in Verbindung steht. An der anderen Seitenfläche des Motors 1 ist ein Auslassdurchgang 40 angeschlossen, um das aus den Brennräumen 19 der jeweiligen Zylinder 18 abgeführte verbrannte Gas (Abgas) abzuleiten.
  • In einem stromaufwärtigen Endabschnitt des Einlassdurchgangs 30 ist ein Luftfilter 31 zum Filtern von Einlassluft angeordnet und stromabwärts des Luftfilters 31 ist eine Drosselklappe 36 zum Einstellen einer Einlassluftmenge zu den Zylindern 18 angeordnet. Des Weiteren ist nahe einem stromabwärtigen Ende des Einlassdurchgangs 30 ein Ausgleichsbehälter 33 angeordnet. Ein Teil des Einlassdurchgangs 30 stromabwärts des Ausgleichsbehälters 33 verzweigt sich in unabhängige Durchgänge, die ich zu den jeweiligen Zylindern 18 erstrecken und die stromabwärtigen Enden der unabhängigen Durchgänge sind jeweils mit den Einlasskanälen 16 der Zylinder 18 verbunden.
  • Ein stromaufwärtiger Teil des Auslassdurchgangs 40 umfasst einen Abgaskrümmer. Der Abgaskrümmer weist unabhängige Durchgänge auf, die zu den jeweiligen Zylindern 18 verzweigt und mit den jeweiligen äußeren Enden der Auslasskanäle 17 verbunden sind, sowie einen Verteilerabschnitt, in dem die unabhängigen Durchgänge zusammengeführt werden. In einem stromabwärtigen Teil des Auslassdurchgangs 40 des Abgaskrümmers sind ein Direktkatalysator 41 und ein Unterbaukatalysator 42 als Abgasreinigungseinrichtung zum Reinigen von im Abgas enthaltenen gefährlichen Komponenten angeschlossen. Sowohl der Direktkatalysator 41 als auch der Unterbaukatalysator 42 umfasst ein zylinderförmiges Gehäuse und beispielsweise einen Dreiwegekatalysator, der auf einem Strömungsweg innerhalb des Gehäuses angeordnet ist.
  • Ein Abschnitt des Einlassdurchgangs 30 zwischen dem Ausgleichsbehälter 33 und der Drosselklappe 36 ist über einen AGR-Durchgang 50 mit einem Abschnitt des Abgaskanals 40 stromaufwärts des Direktkatalysators 41 verbunden, um einen Teil des Abgases zu dem Einlassdurchgang 30 rückzuführen. Der AGR-Durchgang 50 umfasst einen Hauptdurchgang 51, der mit einem AGR-Kühler 52 zum Kühlen des Abgases durch ein Motorkühlmittel versehen ist. Der Hauptdurchgang 51 ist mit einem AGR-Ventil 511 zum Einstellen einer Abgasrückführmenge zu dem Einlassdurchgang 30 ausgestattet.
  • Der Motor 1 wird durch ein Antriebsstrangsteuermodul 10 (das im Folgenden als PCM [„powertrain control module“] bezeichnet werden kann) gesteuert. Das PCM 10 besteht aus einem Mikroprozessor einschließlich einer CPU, einem Speicher, einer Zähler-/Taktgebergruppe, einer Schnittstelle und Pfaden zum Verbinden dieser Einheiten. Das PCM 10 konfiguriert eine Steuerung.
  • Wie in den 1 und 2 veranschaulicht, werden Detektionssignale von verschiedenen Arten von Sensoren SW1, SW2 und SW4 bis SW18 in das PCM 10 eingegeben. Im Einzelnen empfängt das PCM 10: ein Detektionssignal eines Luftmengenmessers SW1 zur Erfassung eines Frischluftvolumenstroms auf der stromabwärtigen Seite des Luftfilters 31, ein Detektionssignal eines Einlasslufttemperatursensors SW2 zum Erfassen einer Temperatur der Frischluft, ein Detektionssignal eines AGR-Gastemperatursensors SW4, der nahe einem Verbindungsteil des AGR-Durchgangs 50 mit dem Einlassdurchgang 30 angeordnet ist und zum Erfassen einer Temperatur von externem AGR-Gas dient, Detektionssignale von Einlasskanaltemperatursensoren SW5, die an den Einlasskanälen 16 angebracht sind und dazu dienen, unmittelbar vor dem Einströmen in die Zylinder 18 die jeweilige Einlasslufttemperatur zu erfassen, Detektionssignale von Zylinderinnendrucksensoren SW6, die an dem Zylinderkopf 12 angebracht sind und dazu dienen, den jeweiligen Druck im Inneren der Zylinder 18 zu erfassen, Detektionssignale eines Abgastemperatursensors SW7 und eines Abgasdrucksensors SW8, die nahe einem Verbindungsteil des Auslassdurchgangs 40 mit dem AGR-Durchgang 50 angeordnet sind und dazu dienen die Abgastemperatur bzw. den Abgasdruck zu erfassen, ein Detektionssignal eines linearen O2-Sensors SW9, der stromaufwärts des Direktkatalysators 41 angeordnet ist und zum Erfassen einer Sauerstoffkonzentration innerhalb des Abgases dient, ein Detektionssignal eines Lambda-O2-Sensors SW10, der zwischen dem Direktkatalysator 41 und dem Unterbaukatalysator 42 angeordnet ist und zum Erfassen einer Sauerstoffkonzentration innerhalb des Abgases dient, ein Detektionssignal eines Fluidtemperatursensors SW11 zum Erfassen einer Temperatur des Motorkühlmittels, ein Detektionssignal eines Kurbelwinkelsensors SW12 zum Erfassen eines Drehwinkels der Kurbelwelle 15, ein Detektionssignal eines Fahrpedalöffnungssensors SW13 zum Erfassen einer Fahrpedalöffnung, die einem Winkel (Betätigungsgrad) eines Fahrpedals (nicht dargestellt) des Fahrzeugs entspricht, Detektionssignale von Einlass- und Auslassnockenwinkelsensoren SW14 und SW15, ein Detektionssignal eines Kraftstoffdrucksensors SW16, der an dem Common-Rail 64 des Kraftstoffzufuhrsystems 62 angebracht ist und dazu dient, den Druck des Kraftstoffs zu erfassen, der dem Injektor 67 zugeführt wird, ein Detektionssignal eines Öldrucksensors SW17 zum Erfassen eines Öldrucks des Motors 1 und ein Detektionssignal eines Öltemperatursensors SW18 zum Erfassen einer Öltemperatur des Motors 1.
  • Indem es basierend auf diesen Detektionssignalen verschiedene Arten von Vorgängen ausführt, ermittelt das PCM 10 den Zustand des Motors 1 und zusätzlich den Zustand des Fahrzeugs und gibt in Abhängigkeit von dem ermittelten Zustand Steuersignale an die (Direkt-) Injektoren 67, die Zündkerzen 25, den VVT 72 und den VVL 74 auf der Einlassseite, den VVT 75 und den VVL 71 auf der Auslassseite, das Kraftstoffzufuhrsystem 62 und die Stellglieder der verschiedenen Arten von Ventilen (die Drosselklappe 36 und das AGR-Ventil 511) aus. Auf diese Weise betreibt das PCM 10 den Motor 1. Obwohl später detailliert beschrieben, kann das PCM 10 als die Steuerung des Motors bezeichnet werden und kann zusammen mit den verschiedenen Sensoren, die Eingangssignale bereitstellen und den VVTs, VVLs etc., die, wie in 2 gezeigt, mit Ausgangssignalen versorgt werden, die Steuervorrichtung bilden. Es ist ersichtlich, dass die Steuerung einen Prozessor und einen zugeordneten flüchtigen Arbeitsspeicher umfasst und einen nichtflüchtigen Speicher zum Speichern von Programmanweisungen, die, wenn sie von dem Prozessor umgesetzt werden, die hierin erörterten Funktionen ausführen.
  • BETRIEBSBEREICH
  • Als Nächstes werden Betriebsbereiche des Motors gemäß dieser Ausführungsform unter Bezugnahme auf 3 beschrieben. 3 veranschaulicht ein Beispiel eines Betriebssteuerungskennfelds des Motors 1 in dieser Ausführungsform. In einem ersten Betriebsbereich R11, in dem eine Motorlast relativ niedrig ist, führt der Motor 1 zur Verbesserung einer Kraftstoffeffizienz und einer Abgasemissionsleistung die Zündung nicht durch die Zündkerze 25 durch, sondern führt die durch die Kompressionsselbstzündung in jedem Zylinder 18 ausgelöste Kompressionszündungsverbrennung durch. Mit zunehmender Motorlast wird bei der Kompressionszündungsverbrennung eine Verbrennungsgeschwindigkeit jedoch zu hoch, und somit kann ein Verbrennungsgeräusch auftreten und eine Zündzeitpunktsteuerung wird möglicherweise schwierig (tendenziell treten Fehlzündungen auf). Daher wird bei dem Motor 1 in einem zweiten Betriebsbereich R12, in dem die Motorlast relativ hoch ist, in jedem Zylinder 18 anstelle der Kompressionszündungsverbrennung eine Zwangszündungsverbrennung (hier Funkenzündungsverbrennung) mittels der Zündkerze 25 durchgeführt. Wie oben beschrieben, wird bei dem Motor 1 der Verbrennungsmodus in Abhängigkeit von dem Betriebszustand des Motors 1, insbesondere der Last des Motors 1, zwischen einem CI-Betrieb (Compression Ignition [Kompressionszündung]), in dem ein Kompressionszündungsverbrennungsbetrieb durchgeführt wird, und einem SI-Betrieb (Spark Ignition [Funkenzündung]), in dem ein Funkenzündungsverbrennungsbetrieb durchgeführt wird, umgeschaltet.
  • Insbesondere ist in dieser Ausführungsform zwischen dem ersten Betriebsbereich R11, in dem der CI-Betrieb durchgeführt wird, und dem zweiten Betriebsbereich R12, in dem der SI-Betrieb durchgeführt wird, zusätzlich ein dritter Betriebsbereich R13 definiert. Anders ausgedrückt ist der dritte Betriebsbereich R13 als ein mittlerer Lastbereich definiert, in dem die Motorlast über dem ersten Betriebsbereich R11 und unter dem zweiten Betriebsbereich R12 liegt. In dem dritten Betriebsbereich R13 wird sowohl der CI-Betrieb als auch der SI-Betrieb durchgeführt. Genauer gesagt führt bei dieser Ausführungsform das PCM 10, wenn die Motorlast innerhalb des dritten Betriebsbereiches R13 liegt, eine Steuerung des kombinierten Betriebs durch, bei der einer oder einige der Zylinder 18 des Motors 1 den CI-Betrieb durchführen und die übrigen (d.h. der Rest) aller Zylinder 18 den SI-Betrieb durchführen.
  • Eine Grenze zwischen dem dritten Betriebsbereich R13 und dem ersten Betriebsbereich R11 darunter ist vorzugsweise auf der Grundlage einer Last definiert, bei der oder oberhalb derer das Verbrennungsgeräusch auftreten und die Zündzeitpunktsteuerung schwierig werden kann, wenn der CI-Betrieb durchgeführt wird. Ferner ist eine Grenze zwischen dem dritten Betriebsbereich R13 und dem zweiten Betriebsbereich R12 darüber vorzugsweise auf der Grundlage einer Last definiert, unterhalb derer die hohe Kraftstoffeffizienz nicht durch den SI-Betrieb erzielt werden kann, wohingegen bei oder über der Last die hohe Kraftstoffeffizienz durch den SI-Betrieb erzielt werden kann.
  • Im Folgenden werden der CI-Betrieb, der innerhalb des ersten Betriebsbereichs R11 durchgeführt wird, und der SI-Betrieb, der innerhalb des zweiten Betriebsbereichs R12 durchgeführt wird, genauer beschrieben.
  • Innerhalb eines niedrigen Segments des ersten Betriebsbereichs R11 wird im CI-Betrieb der auslassseitige VVL 71 eingeschaltet, die Auslassdoppelöffnungs-Steuerung (das Auslassventil 22 wird auch beim Einlasshub geöffnet) ausgeführt, und das interne AGR-Gas mit verhältnismäßig hoher Temperatur (heißes AGR-Gas) wird in jeden Zylinder 18 eingeleitet, um eine Temperatur im inneren des Zylinders 18 am Ende des Kompressionshubs zu erhöhen, um dadurch die Zündfähigkeit und die Stabilität der Kompressionszündungsverbrennung zu verbessern. Ferner wird im CI-Betrieb innerhalb des niedrigen Segments des ersten Betriebsbereichs R11 der Kraftstoff durch den Injektor 67 zumindest in einer Zeitspanne von dem Einlasshub bis zu einer mittleren Phase des Kompressionshubes in den Zylinder 18 eingespritzt, um ein homogenes Gasgemisch zu bilden. In diesem Fall kann der Kraftstoff auf eine Vielzahl von Einspritzungen in die Einlass- und Kompressionshübe (geteilte Einspritzungen) aufgeteilt werden.
  • Da eine Temperaturumgebung innerhalb des Zylinders 18 in einem hohen Segment des ersten Betriebsbereichs R11 im CI-Betrieb zunimmt, wird andererseits die Menge an internem AGR-Gas reduziert und das durch Passieren des AGR-Kühlers 52 gekühlte externe AGR-Gas (gekühltes AGR-Gas) wird in den Zylinder 18 eingeleitet, um eine Vorentflammung zu vermeiden. Zur Stabilisierung der Kompressionszündungsverbrennung unter Vermeidung anormaler Verbrennung (z.B. Vorentflammung) wird zusätzlich zu der obigen Temperatursteuerung im Inneren des Zylinders 18 der Kraftstoff zumindest in einer Zeitspanne von einer späten Phase des Kompressionshubs bis zu einer Anfangsphase des Expansionshubs mit deutlich erhöhtem Kraftstoffdruck in den Zylinder 18 eingespritzt (verzögerte Hochdruckeinspritzung).
  • Während der CI-Betrieb innerhalb des ersten Betriebsbereichs R11 wie oben beschrieben durchgeführt wird, wird in dem SI-Betrieb innerhalb des zweiten Betriebsbereichs R12 der auslassseitige VVL 71 ausgeschaltet und das Einleiten von heißem AGR-Gas wird ausgesetzt, wohingegen das Einleiten von gekühltem AGR-Gas fortgesetzt wird. Des Weiteren ist im SI-Betrieb die Drosselklappe 36 im Wesentlichen vollständig geöffnet und zur Steuerung der Mengen an Frischluft und externem AGR-Gas, die in den Zylinder 18 eingeleitet werden, wird eine Öffnung des AGR-Ventils 511 eingestellt. Die obige Einstellung des Gasverhältnisses des in den Zylinder 18 eingeführten Gases führt zu einer Verringerung eines Pumpverlustes. Zusätzlich wird die anormale Verbrennung durch das Einleiten einer großen Menge von gekühltem AGR-Gas in den Zylinder 18 vermieden und die Erzeugung von Roh-NOx und ein Kühlverlust werden durch Absenken einer Verbrennungstemperatur der Funkenzündungsverbrennung verringert. Man beachte, dass in einem Volllastbereich das AGR-Ventil 511 geschlossen ist, um die Menge des externen AGR-Gases auf Null zu reduzieren.
  • Zudem wird im SI-Betrieb die verzögerte Hochdruckeinspritzung durchgeführt, um eine anormale Verbrennung (z.B. Vorentflammung und Klopfen) zu vermeiden. Insbesondere wird die verzögerte Hochdruckeinspritzung, bei der der Kraftstoff mit einem hohen Kraftstoffdruck von etwa 30 MPa oder höher in jeden Zylinder 18 eingespritzt wird, in der Verzögerungszeitspanne von der späten Phase des Kompressionshubs bis zur Anfangsphase des Expansionshubs durchgeführt. Man beachte, dass in dem SI-Betrieb zusätzlich zu der in der Verzögerungszeitspanne durchgeführten verzögerten Hochdruckeinspritzung ein Teil des Kraftstoffs für einen Verbrennungszyklus in einer Einlasshubzeitspanne in den Zylinder 18 eingespritzt werden kann, in der das Einlassventil 21 geöffnet wird (d.h. es können geteilte Einspritzungen ausgeführt werden).
  • STEUERUNG DER EINLASS- UND AUSLASSVENTILE
  • Als Nächstes wird ein spezifisches Beispiel für eine Steuerung der Einlass- und Auslassventile 21 und 22 gemäß dieser Ausführungsform unter Bezugnahme auf die 4 und 5 beschrieben. 4 zeigt den Betrieb der Einlass- und Auslassventile 21 und 22 innerhalb des ersten Betriebsbereichs R11, in dem der Cl-Betrieb durchgeführt wird, und 5 zeigt den Betrieb der Einlass- und Auslassventile 21 und 22 innerhalb des zweiten Betriebsbereichs R12, in dem der SI-Betrieb durchgeführt wird. In den 4 und 5 zeigt die horizontale Richtung den Kurbelwinkel an, die Diagramme G11 und G21 in durchgezogenen Linien zeigen den Betrieb des Auslassventils 22 entsprechend dem Kurbelwinkel an, und die Diagramme G12 und G22 in gestrichelten Linien zeigen den Betrieb des Einlassventils 21 entsprechend dem Kurbelwinkel an. Wie oben beschrieben wird das Einlassventil 21 hinsichtlich seiner Öffnungs- und Schließzeitpunkte und seines Hubs durch das PCM 10 über den VVT 72 und den VVL 74 gesteuert, und das Auslassventil 22 wird hinsichtlich seiner Öffnungs- und Schließzeitpunkte und seines Hubs durch das PCM 10 über den VVT 75 und den VVL 71 gesteuert.
  • Wie in 4 gezeigt, wird innerhalb des ersten Betriebsbereichs R11, in dem der CI-Betrieb durchgeführt wird, die Auslassdoppelöffnungs-Steuerung (das Auslassventil 22 wird beim Auslasshub und beim Einlasshub geöffnet) ausgeführt (siehe Diagramm G11 mit durchgezogener Linie), um das interne AGR-Gas mit der relativ hohen Temperatur in den Zylinder 18 einzuleiten. Wie in 5 gezeigt, wird das Auslassventil 22 hingegen innerhalb des zweiten Betriebsbereichs R12, in dem der SI-Betrieb durchgeführt wird, nur beim Auslasshub (siehe Diagramm G21 mit durchgezogener Linie) geöffnet. Insbesondere wird das Einlassventil 21 innerhalb des zweiten Betriebsbereichs R12 früher geöffnet, aber später geschlossen als im CI-Betrieb und der Hub des Einlassventils 21 wird stärker erhöht als im CI-Betrieb (siehe Diagramm G22 mit gestrichelter Linie), das heißt, es wird ein sogenannter Miller-Zyklus erreicht.
  • STEUERUNG DES KOMBINIERTEN BETRIEBS
  • Als Nächstes wird die Steuerung des kombinierten Betriebs dieser Ausführungsform beschrieben.
  • Zunächst wird die Steuerung des kombinierten Betriebs dieser Ausführungsform kurz beschrieben. Bei dieser Ausführungsform führt das PCM 10 innerhalb des dritten Betriebsbereichs R13, in dem die Motorlast über dem ersten Betriebsbereich R11 und unter dem zweiten Betriebsbereich R12 liegt (siehe 3) die Steuerung des kombinierten Betriebs durch, in dem der eine oder einige von allen Zylindern 18 des Motors 1 den CI-Betrieb durchführen und der Rest aller Zylinder 18 den SI-Betrieb durchführen. In einem Anwendungsfall eines Vierzylindermotors führen beispielsweise zwei der Zylinder 18 den CI-Betrieb durch und die anderen beiden Zylinder 18 führen den SI-Betrieb durch, oder drei der Zylinder 18 führen den CI-Betrieb durch und der andere Zylinder 18 führt den SI-Betrieb durch, weiterhin alternativ führt einer der Zylinder 18 den CI-Betrieb durch und die anderen drei Zylinder 18 führen den SI-Betrieb durch.
  • Wenn eine Lastanforderung an den Motor 1 erhöht wird und der Betriebsbereich sich von dem ersten Betriebsbereich R11 zu dem dritten Betriebsbereich R13 verschiebt, bewirkt in diesem Fall das PCM 10, dass einer oder einige von allen Zylindern 18, die innerhalb des ersten Betriebsbereichs R11 den Cl-Betrieb durchgeführt haben, den CI-Betrieb fortsetzen, und bewirkt, dass der Rest aller Zylinder 18 von dem CI-Betrieb in den SI-Betrieb wechselt. Wenn hingegen die Lastanforderung an den Motor 1 reduziert wird und der Betriebsbereich sich von dem zweiten Betriebsbereich R12 zu dem dritten Betriebsbereich R13 verschiebt, bewirkt das PCM 10, dass einer oder einige von allen Zylindern 18, die innerhalb des zweiten Betriebsbereichs R12 den SI-Betrieb durchgeführt haben, den SI-Betrieb fortsetzen, und bewirkt, dass der Rest aller Zylinder 18 von dem SI-Betrieb in den Cl-Betrieb wechselt. Im Folgenden wird jeder Zylinder, der bei der Steuerung des kombinierten Betriebs den CI-Betrieb durchführt, zweckmäßigerweise als der „CI-Zylinder“ bezeichnet und jeder Zylinder, der bei der Steuerung des kombinierten Betriebs den SI-Betrieb durchführt, wird zweckmäßigerweise als der „SI-Zylinder“ bezeichnet.
  • Man beachte, dass spezifische Inhalte der Steuerungen im CI-Betrieb und im SI-Betrieb in dem oben stehenden Abschnitt [Betriebsbereich] beschrieben sind.
  • Insbesondere bewirkt in dieser Ausführungsform das PCM 10 in dem Fall, in dem die oben beschriebene Steuerung des kombinierten Betriebs ausgeführt wird, dass eine Änderungsrate eines von dem CI-Zylinder 18 erzeugten Drehmoments niedriger ist, als eine Änderungsrate eines von dem Sl-Zylinder 18 erzeugten Drehmoments. Der Änderungsrate des Drehmoments wird eine Veränderung der Lastanforderung an den Motor 1 zugrundegelegt. Im Einzelnen bewirkt das PCM 10, wenn die Lastanforderung an den Motor 1 erhöht wird und der Betriebsbereich sich von dem ersten Betriebsbereich R11 zu dem dritten Betriebsbereich R13 verschiebt und wenn die Motorlast innerhalb des dritten Betriebsbereichs R13 zunimmt, dass eine Neigung der Erhöhung des Drehmoments von dem CI-Zylinder 18 sanfter ist als die des Drehmoments von dem Sl-Zylinder 18 (anstatt erhöht zu werden kann das von dem Cl-Zylinder erzeugte Drehmoment verringert oder festgelegt werden). Hingegen bewirkt das PCM 10, wenn die Lastanforderung an den Motor 1 verringert wird und der Betriebsbereich sich von dem zweiten Betriebsbereich R12 zu dem dritten Betriebsbereich R13 verschiebt und wenn die Motorlast im dritten Betriebsbereich R13 abnimmt, dass eine Neigung der Verringerung des Drehmoments von dem CI-Zylinder 18 sanfter ist als die des Drehmoments von dem Sl-Zylinder 18 (anstatt verringert zu werden, kann das von dem Cl-Zylinder erzeugte Drehmoment erhöht oder festgelegt werden).
  • In dieser Ausführungsform bewirkt das PCM 10 außerdem, dass das Drehmoment von dem CI-Zylinder 18 genauso hoch wie oder niedriger als das Drehmoment vor der Steuerung des kombinierten Betriebs ist und bewirkt, dass das Drehmoment von dem Sl-Zylinder 18 höher ist als das Drehmoment vor der Steuerung des kombinierten Betriebs. Beispielsweise reduziert das PCM 10 unmittelbar nachdem die Steuerung des kombinierten Betriebs gestartet wurde im Wesentlichen schrittweise das Drehmoment von dem Cl-Zylinder 18 und erhöht im Wesentlichen schrittweise das Drehmoment von dem Sl-Zylinder 18. Anschließend verändert das PCM 10 allmählich das Drehmoment von dem CI-Zylinder 18, während es das Drehmoment von dem SI Zylinder 18 stark verändert.
  • Im Folgenden sind die Gründe für die Durchführung einer solchen Steuerung des kombinierten Betriebs angegeben.
  • Im CI-Betrieb wird - obwohl die Kraftstoffeffizienz hoch ist - die Verbrennungsgeschwindigkeit hoch, wenn die Motorlast hoch wird, und infolgedessen kann das Verbrennungsgeräusch auftreten und die Zündzeitpunktsteuerung wird möglicherweise schwierig. Daher wird der CI-Betrieb herkömmlicherweise nur innerhalb des ersten Betriebsbereichs R11 durchgeführt, in dem die Motorlast relativ niedrig ist, und wenn die Motorlast den ersten Betriebsbereich R11 überschreitet, wird der Verbrennungsmodus von dem CI-Betrieb in den SI-Betrieb umgeschaltet. Innerhalb eines Betriebsbereichs (mittlerer bis niedriger Lastbereich), in dem die Motorlast geringfügig über dem ersten Betriebsbereich R11 liegt, verschlechtert sich jedoch die Kraftstoffeffizienz, wenn der SI-Betrieb durchgeführt wird. Dies hat seinen Grund darin, dass - obwohl durch den SI-Betrieb in einem Betriebsbereich, in dem die Motorlast bis zu einem gewissen Maß hoch ist (mittlerer bis hoher Lastbereich) die hohe Kraftstoffeffizienz erzielt werden kann, die hohe Kraftstoffeffizienz nicht erzielt werden kann innerhalb des Betriebsbereichs, in dem die Motorlast geringfügig über dem ersten Betriebsbereich R11 liegt (mittlerer bis niedriger Lastbereich).
  • Daher wird in dieser Ausführungsform der mittlere bis niedrige Lastbereich, genauer ein Betriebsbereich, in dem die hohe Kraftstoffeffizienz durch den SI-Betrieb nicht erzielt werden kann, obwohl aufgrund der Eigenschaften des CI-Betriebs der SI-Betrieb anstelle des CI-Betriebs durchgeführt werden sollte (und der im herkömmlichen Fall einem niedrigen Segment eines Betriebsbereichs entspricht, in dem nur der SI-Betrieb durchgeführt wird, welches ein niedriges Segment des vorbestimmten Hochlastbereichs ist), von dem ersten Betriebsbereich R11 und dem zweiten Betriebsbereich R12 getrennt als der dritte Betriebsbereich R13 definiert. Des Weiteren wird bei dieser Ausführungsform innerhalb des dritten Betriebsbereichs R13 die Steuerung des kombinierten Betriebs ausgeführt, bei der einer oder einige von allen Zylindern 18 den CI-Betrieb durchführen und der Rest aller Zylinder 18 den SI-Betrieb durchführen und die Änderungsrate des Drehmoments von dem Cl-Zylinder 18 wird so reduziert, dass sie niedriger ist als diejenige des Drehmoments von dem SI Zylinder 18.
  • Auf diese Weise wird bei dem CI-Zylinder 18 die Kraftstoffeffizienz durch den CI-Betrieb verbessert und das Drehmoment wird allmählich verändert, um eine Verringerung des Verbrennungsgeräusches, die Steuerbarkeit des Zündzeitpunkts etc. sicherzustellen. Des Weiteren wird bei dem SI-Zylinder 18 das Drehmoment stark verändert, so dass ein Drehmoment, bei dem durch den SI-Betrieb die hohe Kraftstoffeffizienz erzielt werden kann, schnell aufgebracht wird und die Kraftstoffeffizienz verbessert wird. Insbesondere wird in dieser Ausführungsform bewirkt, dass das Drehmoment von dem CI-Zylinder 18 genauso hoch wie oder niedriger als das Drehmoment vor der Steuerung des kombinierten Betriebs ist und das Drehmoment von dem Sl-Zylinder 18 wird so erhöht, dass es höher als das Drehmoment vor der Steuerung des kombinierten Betriebs ist, um die Kraftstoffeffizienz des Motors insgesamt wirksam zu verbessern. Obwohl das Drehmoment von dem Cl-Zylinder 18 genauso hoch wie oder niedriger als die Drehmomentanforderung an den Motor 1 ist, kann in diesem Fall, da das Drehmoment von dem Sl-Zylinder 18 die Drehmomentanforderung überschreitet, der Motor insgesamt die Drehmomentanforderung in geeigneter Weise erfüllen.
  • Als Nächstes wird die Steuerung des kombinierten Betriebs dieser Ausführungsform Bezug nehmend auf 6 detaillierter beschrieben. In 6 zeigt eine horizontale Achse in den Diagrammen G31, G34 und G37 einen Mittelwert der Lasten der Mehrzahl von Zylindern 18 (d.h. eine mittlere Last des Motors insgesamt, die der Lastanforderung entspricht), und eine Vertikalachse zeigt in den Diagrammen G32, G33, G35 und G36 die Last jedes Zylinders 18, der entweder den CI-Betrieb oder den SI-Betrieb durchführt. Man beachte, dass jede in 6 dargestellte Last eindeutig dem Drehmoment entspricht (dasselbe gilt weiter unten).
  • Wie in 6 dargestellt, bewirkt das PCM 10 innerhalb des ersten Betriebsbereichs R11, dass alle 18 Zylinder den CI-Betrieb durchführen, und wenn die Motorlast zunimmt und der Betriebsbereich, wie durch einen Pfeil A11 angezeigt, sich von dem ersten Betriebsbereich R11 zu dem dritten Betriebsbereich R13 verschiebt, bewirkt das PCM 10, dass einer oder einige von allen Zylindern 18 den CI-Betrieb durchführen und dass der Rest aller Zylinder 18 den SI-Betrieb durchführt. Im Beispiel der 6 bewirkt das PCM 10 bei dem Vierzylindermotor, dass von den Zylindern 18 zwei vorbestimmte den CI-Betrieb durchführen und die anderen beiden Zylinder 18 den SI-Betrieb durchführen. In diesem Fall bewirkt das PCM 10, dass die beiden vorbestimmten der vier Zylinder 18, die innerhalb des ersten Betriebsbereichs R11 den CI-Betrieb durchgeführt haben, den CI-Betrieb fortsetzen und bewirkt, dass die beiden anderen Zylinder 18 von dem CI-Betrieb in den SI-Betrieb wechseln.
  • Wenn die vier Zylinder 18 in einer vorbestimmten Verbrennungsreihenfolge (einer Zündfolge entsprechend) arbeiten, bewirkt das PCM 10 vorzugsweise, dass die CI-Zylinder 18 und die Sl-Zylinder 18 die Verbrennung abwechselnd durchführen, d.h. CI-Verbrennung → SI-Verbrennung → CI-Verbrennung → SI-Verbrennung....In einem Fall, in dem beispielsweise die Verbrennung in der Reihenfolge: erster Zylinder → dritter Zylinder → vierter Zylinder → zweiter Zylinder durchgeführt wird, oder in der Reihenfolge: erster Zylinder → zweiter Zylinder → vierter Zylinder → dritter Zylinder, bewirkt das PCM 10, dass der erste und der vierte Zylinder entweder den CI-Betrieb oder den SI-Betrieb durchführen und dass der zweite und der dritte Zylinder von dem CI-Betrieb und dem SI-Betrieb den jeweils anderen Betrieb durchführen. Auf diese Weise werden Motorschwingungen, die durch eine Drehmomentdifferenz zwischen den SI- und den CI-Zylindern 18 verursacht werden, reduziert. Anders ausgedrückt, ein Umschaltzyklus zwischen dem Drehmoment des Sl-Zylinders 18 und dem Drehmoment des CI-Zylinders 18 ist kurz gestaltet, so dass die Motorschwingungen weniger leicht zu bemerken sind.
  • Genauer erhöht das PCM 10 in jedem SI Zylinder 18, wie durch das Diagramm G32 angezeigt, die Last des Sl-Zylinders 18 nahe der Grenze zwischen dem ersten Betriebsbereich R11 und dem dritten Betriebsbereich R13 im Wesentlichen schrittweise, erhöht die Last des Sl-Zylinders 18 nach dem Überqueren der Grenze stark und reduziert [diese] anschließend nahe der Grenze zwischen dem dritten Betriebsbereich R13 und dem zweiten Betriebsbereich R12 im Wesentlichen schrittweise. Andererseits reduziert das PCM 10 in jedem CI-Zylinder 18, wie durch das Diagramm G33 angezeigt, die Last des CI-Zylinders 18 nahe der Grenze zwischen dem ersten Betriebsbereich R11 und dem dritten Betriebsbereich R13 im Wesentlichen schrittweise und erhöht die Last des Cl-Zylinders 18 nach dem Überqueren der Grenze allmählich. Wenn dann die Last des CI-Zylinders 18 eine Lastschwelle Thr1 überschreitet, die unter Berücksichtigung des Verbrennungsgeräusches, der Steuerbarkeit des Zündzeitpunkts etc. in Bezug auf den CI-Betrieb definiert ist, schaltet das PCM 10 den Verbrennungsmodus von dem CI-Betrieb in den SI-Betrieb, um die Last im Wesentlichen schrittweise zu erhöhen. Durch das Durchführen des SI- und des CI-Betriebs wie durch die Diagramme G32 und G33 angezeigt und oben beschrieben, kann die hohe Kraftstoffeffizienz in dem CI-Betrieb angewendet werden, wobei gleichzeitig in dem CI-Betrieb die Verringerung des Verbrennungsgeräusches, die Steuerbarkeit des Zündzeitpunkts etc. sichergestellt werden und zusätzlich kann die Kraftstoffeffizienz des Motors insgesamt in geeigneter Weise durch eine Wirkung des SI-Betriebs zweckmäßig verbessert werden.
  • Man beachte, dass das PCM 10 bewirkt, dass die Lasten aller Zylinder 18 an der Grenze zwischen dem dritten Betriebsbereich R13 und dem zweiten Betriebsbereich R12 gleichmäßig sind. Mit anderen Worten bewirkt das PCM 10, dass die durch das Diagramm G32 angezeigte Last jedes Zylinders 18, gleich der durch das Diagramm G33 angezeigten Last jedes Zylinders 18 ist. Somit führen alle Zylinder 18 des Motors 1 innerhalb des zweiten Betriebsbereichs R12 den SI-Betrieb bei gleicher Last durch.
  • Wenn der SI- Betrieb und der CI-Betrieb wie oben beschrieben durchgeführt werden, bewirkt das PCM 10 außerdem, dass der Mittelwert der Lasten der SI- und der CI-Zylinder 18 der Last angeglichen wird, die durch das Diagramm G34, das eine Erweiterung des Diagramms G31 ist, angezeigt wird. Auf diese Weise stimmt die mittlere Last (das mittlere Drehmoment) der Lasten (Drehmomente) der SI- und der CI-Zylinder 18 mit der Lastanforderung (Drehmomentanforderung) überein. Außerdem bewirkt das PCM 10 innerhalb des dritten Betriebsbereichs R13, dass alle SI- und Cl-Zylinder 18 ungefähr bei einem theoretischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis (λ = 1) arbeiten. Obwohl ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis insbesondere im CI-Betrieb normalerweise mager eingestellt ist, wird der CI-Betrieb zumindest in dem dritten Betriebsbereich R13 bei dem theoretischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis durchgeführt. Auf diese Weise wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, das von einem beliebigen der SI- und Cl-Zylinder 18 ausgestoßen wird, zu dem theoretischen Verhältnis und indem solches Abgas mit dem theoretischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis den Katalysatoren 41 und 42, welche die Dreiwegekatalysatoren umfassen, zugeführt wird, wird NOx, das in dem Abgas, welches von jedem der Sl-Zylinder 18 ausgestoßen wird, enthalten ist, in geeigneter Weise durch die Katalysatoren 41 und 42 gereinigt.
  • Als Nächstes bewirkt das PCM 10 innerhalb des zweiten Betriebsbereichs R12, dass im Wesentlichen alle Zylinder 18 den SI-Betrieb bei gleicher Last ausführen. Man beachte, dass das PCM-10 innerhalb eines durch einen Pfeil A12 angezeigten Lastbereichs die Lasten von zwei aller Zylinder 18, die den SI-Betrieb durchführen, so erhöht, dass sie höher sind, als die Lastanforderung (siehe Diagramm G35), und die Lasten der anderen beiden Zylinder 18 so reduziert, dass sie niedriger sind, als die Lastanforderung (siehe Diagramm G36). In diesem Fall bewirkt das PCM 10 auch, dass ein Mittelwert der Lasten der beiden SI-Zylinder 18, deren Lasten erhöht werden und der Lasten der anderen beiden SI-Zylinder 18, deren Lasten reduziert werden, mit der Last übereinstimmt, die durch das Diagramm G37, das eine Erweiterung des Diagramms G31 ist, angezeigt wird (d.h. mit der Lastanforderung übereinstimmt).
  • Man beachte, dass, da sich innerhalb des durch den Pfeil A12 angezeigten Lastbereichs die Kraftstoffeffizienz verschlechtert, wenn alle Zylinder 18 den SI-Betrieb bei gleicher Last durchführen, wie in der später beschriebenen 8 dargestellt, zum Verbessern der Kraftstoffeffizienz in dem SI-Betrieb die Last eines jeden Zylinders 18 wie oben beschrieben verändert wird.
  • Ferner wird in der obigen Beschreibung Bezug nehmend auf 6 die Steuerung für den Fall beschrieben, in dem die Lastanforderung an den Motor 1 erhöht wird und der Betriebsbereich sich wie folgt verschiebt: erster Betriebsbereich R11 → dritter Betriebsbereich R13 → zweiter Betriebsbereich R12; eine derartige Steuerung wird jedoch auch in einem Fall ausgeführt, in dem die Lastanforderung an den Motor 1 reduziert wird und der Betriebsbereich sich wie folgt verschiebt: zweiter Betriebsbereich R12 → dritter Betriebsbereich R13 → erster Betriebsbereich R11.
  • Zudem steuert das PCM 10 beim Erreichen des CI-Betriebs und des SI-Betriebs, wie in 6 dargestellt, die Injektoren 67, die Zündkerzen 25, den VVT 72 und den VVL 74 auf der Einlassseite, den VVT 75 und den VVL 71 auf der Auslassseite etc. pro Zylinder 18. Die spezifischen Inhalte der Steuerung sind in dem oben stehenden Abschnitt [Betriebsbereich] beschrieben.
  • Hier wird, zusätzlich zu 6 auf 7 Bezug nehmend, ein Fall beschrieben, in dem die Lastanforderung von einer höchsten Last innerhalb des ersten Betriebsbereichs R11 leicht erhöht wird und der Betriebsbereich sich zu dem dritten Betriebsbereich R13 verschiebt. In den 6 und 7 kennzeichnet ein Bezugszeichen P1 ein von dem Sl-Zylinder 18 zu erzeugendes angefordertes Enddrehmoment und ein Bezugszeichen P2 kennzeichnet ein von dem Cl-Zylinder 18 zu erzeugendes angefordertes Enddrehmoment, um die Kraftstoffeffizienz bei einer niedrigsten Last innerhalb des dritten Betriebsbereichs R13 zu optimieren. Diese Drehmomente P1 und P2 werden durch eine schrittweise Änderung von der höchsten Last innerhalb des ersten Betriebsbereichs R11 erreicht. Wie in 7 dargestellt, verringert in diesem Fall das PCM 10 von einem Zeitpunkt t1 zu einem Zeitpunkt t2 allmählich das Drehmoment von dem Cl-Zylinder 18 bis zu dem Drehmoment P2, wohingegen das PCM 10 das Drehmoment von dem Sl-Zylinder 18 allmählich entsprechend bis zu dem Drehmoment P1 erhöht, um die mittlere Last des Motors 1 auf der niedrigsten Last innerhalb des dritten Betriebsbereichs R13 zu halten.
  • Als Nächstes wird Bezug nehmend auf 8 die Kraftstoffeffizienz in dem Fall beschrieben, in dem die Steuerung des kombinierten Betriebs dieser Ausführungsform ausgeführt wird. In 8 zeigt eine horizontale Achse die Last an und eine vertikale Achse zeigt die Kraftstoffeffizienz an.
  • In 8 zeigt ein Diagramm G41 die Kraftstoffeffizienz in einem Fall an, in dem der Vierzylindermotor zum Einsatz kommt und alle Zylinder 18 im gleichen Verbrennungsmodus betrieben werden. Insbesondere zeigt das Diagramm G41 die Kraftstoffeffizienz in einem Fall an, in dem alle Zylinder 18 den CI-Betrieb innerhalb des ersten Betriebsbereichs R11 durchführen und alle Zylinder 18 den SI-Betrieb innerhalb des dritten Betriebsbereichs R13 und innerhalb des zweiten Betriebsbereichs R12 durchführen. Man beachte, dass das Diagramm G41 die Kraftstoffeffizienz eines Vergleichsbeispiels dieser Ausführungsform zeigt und jedes der (später beschriebenen) Diagramme G42, G43 und G44 zeigt die Kraftstoffeffizienz dieser Ausführungsform.
  • Das Diagramm G42 zeigt die Kraftstoffeffizienz in einem Fall an, in dem der Vierzylindermotor zum Einsatz kommt und ein bestimmtes Paar der Zylinder 18 in einem anderen Verbrennungsmodus arbeitet, als das andere Paar der Zylinder 18. Insbesondere zeigt das Diagramm G42 die Kraftstoffeffizienz in einem Fall, in dem innerhalb des dritten Betriebsbereichs R13 eines der Paare der Zylinder 18 den Cl-Betrieb durchführt und das andere Paar den SI-Betrieb durchführt (siehe einen Pfeil A21), und innerhalb eines Lastbereichs des zweiten Betriebsbereichs R12, wie durch einen Pfeil A22 angezeigt, alle Zylinder 18 den SI-Betrieb durchführen, so dass die Lasten von einem der Paare der Zylinder 18 reduziert werden und die Lasten des anderen Paares erhöht werden.
  • Das Diagramm G43 zeigt die Kraftstoffeffizienz in einem Fall an, in dem der Vierzylindermotor zum Einsatz kommt und ein bestimmter der Zylinder 18 in einem anderen Verbrennungsmodus als die anderen drei Zylinder 18 arbeitet. Insbesondere zeigt das Diagramm G43 die Kraftstoffeffizienz in einem Fall an, in dem innerhalb des dritten Betriebsbereichs R13 der eine der Zylinder 18 den CI-Betrieb durchführt und die anderen drei Zylinder 18 den SI-Betrieb durchführen (siehe den Pfeil A21), und innerhalb des Lastbereichs des zweiten Betriebsbereichs R12, wie durch den Pfeil A22 angezeigt, alle Zylinder 18 den SI-Betrieb durchführen, so dass die Last des einen der Zylinder 18 reduziert wird und die Lasten der anderen drei Zylinder 18 erhöht werden.
  • Das Diagramm G44 zeigt die Kraftstoffeffizienz in einem Fall an, in dem der Vierzylindermotor zum Einsatz kommt und drei bestimmte der Zylinder 18 in einem anderen Verbrennungsmodus arbeiten, als der andere Zylinder 18. Insbesondere zeigt das Diagramm G44 die Kraftstoffeffizienz in einem Fall an, in dem innerhalb des dritten Betriebsbereichs R13 die drei der Zylinder 18 den CI-Betrieb durchführen und der andere Zylinder 18 den SI-Betrieb durchführt (siehe den Pfeil A21), und in dem innerhalb des Lastbereichs des zweiten Betriebsbereichs R12, wie durch den Pfeil A22 angezeigt, alle Zylinder 18 den SI-Betrieb durchführen , so dass die Lasten der drei der Zylinder 18 reduziert werden und die Last des anderen Zylinders 18 erhöht wird.
  • Wie aus 8 zu entnehmen ist, verschlechtert sich innerhalb des dritten Betriebsbereichs R13, in dem Fall, in dem alle Zylinder 18 in dem gleichen Verbrennungsmodus arbeiten, mit anderen Worten, alle Zylinder 18 den SI-Betrieb durchführen, die Kraftstoffeffizienz (siehe Diagramm G41), wohingegen in dem Fall, in dem der Verbrennungsmodus zwischen den Zylindern 18 variiert wird, mit anderen Worten, einer oder einige der Zylinder 18 führt bzw. führen den CI-Betrieb durch und der Rest der Zylinder 18 führt den SI-Betrieb durch, die Kraftstoffeffizienz verbessert wird (siehe die Diagramme G42 , G43 und G44). Außerdem ist ersichtlich, dass innerhalb des durch den Pfeil A22 angedeuteten Lastbereichs des zweiten Betriebsbereichs R12 - obwohl sich die Kraftstoffeffizienz verschlechtert, wenn alle Zylinder 18 den SI-Betrieb durchführen, um die gleiche Last zu erlangen (siehe Diagramm G41) - die Kraftstoffeffizienz verbessert wird, wenn alle Zylinder 18 den SI-Betrieb durchführen, so dass die Last des einen oder von einigen der Zylinder 18 erhöht wird und die Last der restlichen Zylinder 18 reduziert wird (siehe die Diagramme G42, G43 und G44).
  • STEUERUNGSBEISPIEL
  • Als Nächstes werden verschiedene spezifische Beispiele für die Steuerung des kombinierten Betriebs dieser Ausführungsform Bezug nehmend auf die 9, 10 und 11 beschrieben. Die 9, 10 und 11 sind Laufzeitdiagramme, welche ein erstes bzw. ein zweites, bzw. ein drittes Beispiel für die Steuerung des kombinierten Betriebs dieser Ausführungsform zeigen. In den 9, 10 und 11 zeigt jede Horizontalachse die Zeit an und jede Vertikalachse zeigt das Drehmoment an (das Drehmoment entspricht in jeder Vertikalachse eindeutig der Last).
  • Man beachte, dass die Steuerungsbeispiele der 9 bis 11 durchgeführt werden, um beim Verändern der Verbrennungsphase des Motors 1 aufgrund einer Veränderung der Drehmomentanforderung (Lastanforderung) das Drehmoment jedes CI-Zylinders 18 so allmählich wie möglich zu verändern und das Drehmoment des Motors insgesamt (mittleres Drehmoment) etc. zügig zu verändern. Eine solche Steuerung wird im Wesentlichen entsprechend der Lastanforderung auf Basis des ersten bis dritten Betriebsbereichs R11 bis R13, wie in 3 dargestellt, ausgeführt, und in einigen Fällen kann die Steuerung unabhängig davon, ob die Lastanforderung in einem der ersten bis dritten Betriebsbereiche R11 bis R13 liegt, ausgeführt werden. Beispielsweise können innerhalb des ersten Betriebsbereichs R11 einer oder einige der den CI-Betrieb durchführenden Zylinder 18 zur Durchführung des SI-Betriebs umgeschaltet werden, um das Drehmoment des Motors insgesamt zügig zu verändern und gleichzeitig das Drehmoment des CI-Zylinders 18 so allmählich wie möglich zu verändern.
  • Wie in den 9 bis 11 veranschaulicht, bewirkt das PCM 10, dass alle Zylinder 18 bis zu einem Zeitpunkt t11 den CI-Betrieb ausführen und ab dem Zeitpunkt t11 führt das PCM 10 die Steuerung des kombinierten Betriebs entsprechend der Zunahme der Drehmomentanforderung (d.h. einer in Reaktion auf das Niederdrücken des Fahrpedals ausgegebenen Beschleunigungsanforderung) durch. Mit anderen Worten, zum Zeitpunkt t11 schaltet das PCM 10 den Verbrennungsmodus von dem einen oder von einigen aller Zylinder 18 von dem Cl-Betrieb in den SI-Betrieb und behält als Verbrennungsmodus der restlichen Zylinder 18 den CI-Betrieb bei.
  • Wie in 9 dargestellt, erhöht im ersten Beispiel das PCM 10 ab dem Zeitpunkt t11 das Drehmoment jedes Sl-Zylinders 18 stark (siehe Diagramm G51) und erhöht das Drehmoment jedes CI-Zylinders 18 allmählich, um die Steuerbarkeit der Verbrennungsphase sicherzustellen (siehe Diagramm G52). Nach dem Zeitpunkt t11 bewirkt das PCM 10 außerdem, dass das mittlere Drehmoment der Drehmomente der SI- und der CI-Zylinder 18 der Drehmomentanforderung (siehe Diagramm G53) angeglichen wird. Anschließend wird das Drehmoment des CI-Zylinders 18 allmählich erhöht und infolgedessen erreicht das Drehmoment des CI-Zylinders 18 zu einem Zeitpunkt t12 eine Drehmomentschwelle Thr2, die der oben beschriebenen Lastschwelle Thr1 entspricht (die Last, die unter Berücksichtigung des Verbrennungsgeräusches, der Steuerbarkeit des Zündzeitpunkts etc. in Bezug auf den CI-Betrieb definiert ist). Zu diesem Zeitpunkt t12 schaltet das PCM 10 den Verbrennungsmodus des CI-Zylinders 18 in den SI-Betrieb und erhöht das Drehmoment desselben im Wesentlichen schrittweise, wohingegen das PCM 10 bezogen auf den SI-Zylinder 18, der vor dem Zeitpunkt t12 den SI-Betrieb durchführt, das Drehmoment im Wesentlichen schrittweise verringert, um zu bewirken, dass die Drehmomente aller Zylinder 18 unmittelbar nach dem Zeitpunkt t12 gleichmäßig sind.
  • Wie in 10 dargestellt, erhöht im zweiten Beispiel das PCM 10 ab dem Zeitpunkt t11 das Drehmoment jedes Sl-Zylinders 18 stark (siehe Diagramm G61) und reduziert das Drehmoment jedes CI-Zylinders 18 allmählich (siehe Diagramm G62). Dies liegt daran, dass anders als im ersten Beispiel im zweiten Beispiel das Drehmoment, das erzeugt wird, während alle Zylinder 18 den CI-Betrieb durchführen, bereits vor dem Zeitpunkt t11 die Drehmomentschwelle Thr2 erreicht hat und daher ist es nicht zweckmäßig, das Drehmoment des CI-Zylinders 18 ab dem Zeitpunkt t11 zu erhöhen. Aus diesem Grund verringert das PCM 10 im zweiten Beispiel ab dem Zeitpunkt t11 allmählich das Drehmoment des CI-Zylinders 18 in einem gewissen Umfang und erhöht es dann allmählich. Indem das Drehmoment des CI-Zylinders 18 einmal reduziert wird, kann die Kraftstoffeffizienz verbessert werden. Nach dem Zeitpunkt t11 bewirkt das PCM 10 außerdem, dass das mittlere Drehmoment der Drehmomente der SI- und der CI-Zylinder 18 der Drehmomentanforderung (siehe Diagramm G63) angeglichen wird. Anschließend wird das Drehmoment des Cl-Zylinders 18 allmählich erhöht und infolgedessen erreicht das Drehmoment des Cl-Zylinders 18 zu dem Zeitpunkt t12 die Drehmomentschwelle Thr2. Zu diesem Zeitpunkt t12 schaltet das PCM 10 den Verbrennungsmodus des CI-Zylinders 18 in den SI-Betrieb und erhöht das Drehmoment desselben im Wesentlichen schrittweise, wohingegen das PCM 10 bezogen auf den SI-Zylinder 18, der vor dem Zeitpunkt t12 den SI-Betrieb durchführt, das Drehmoment im Wesentlichen schrittweise verringert, um zu bewirken, dass die Drehmomente aller Zylinder 18 unmittelbar nach dem Zeitpunkt t12 gleichmäßig sind.
  • Wie in 11 dargestellt, erhöht im dritten Beispiel das PCM 10 ab dem Zeitpunkt t11 das Drehmoment jedes Sl-Zylinders 18 stark (siehe Diagramm G71) und legt das Drehmoment jedes CI-Zylinders 18 fest (siehe Diagramm G72). Im dritten Beispiel hat - ähnlich wie im zweiten Beispiel - das Drehmoment, das erzeugt wird, während alle Zylinder 18 den CI-Betrieb durchführen, bereits vor dem Zeitpunkt t11 die Drehmomentschwelle Thr2 erreicht; anders als im zweiten Beispiel wird jedoch das Drehmoment des CI-Zylinders 18 festgelegt, ohne reduziert zu werden, mit anderen Worten, das Drehmoment des CI-Zylinders 18 wird auf der Drehmomentschwelle Thr2 gehalten. Außerdem bewirkt das PCM 10 nach dem Zeitpunkt t11, dass das mittlere Drehmoment der Drehmomente der SI- und der Cl-Zylinder 18 der Drehmomentanforderung (siehe Diagramm G73) angeglichen wird. Anschließend schaltet das PCM 10 zum Zeitpunkt t12 den Verbrennungsmodus des CI-Zylinders 18 in den SI-Betrieb und erhöht das Drehmoment desselben im Wesentlichen schrittweise, wohingegen das PCM 10 bezogen auf den SI-Zylinder 18, der vor dem Zeitpunkt t12 den SI-Betrieb durchführt, das Drehmoment im Wesentlichen schrittweise verringert, um zu bewirken, dass die Drehmomente aller Zylinder 18 unmittelbar nach dem Zeitpunkt t12 gleichmäßig sind.
  • FUNKTIONSWEISE UND WIRKUNGSWEISE
  • Als Nächstes werden die Funktionsweise und die Wirkungsweise der Steuervorrichtung des Verbrennungsmotors gemäß dieser Ausführungsform beschrieben.
  • Gemäß dieser Ausführungsform ist der dritte Betriebsbereich R13, in dem die Motorlast über dem ersten Betriebsbereich R11 und unter dem zweiten Betriebsbereich R12 liegt (siehe 3), definiert und innerhalb dieses dritten Betriebsbereichs R13 wird die Steuerung des kombinierten Betriebs ausgeführt, bei der einer oder einige von allen Zylindern 18 den CI-Betrieb durchführen und der Rest aller Zylinder 18 den SI-Betrieb durchführen, und die Änderungsrate des Drehmoments von dem CI-Zylinder 18 wird so reduziert, dass sie niedriger ist als diejenige des Drehmoments von dem SI Zylinder 18 (siehe 6 etc.).
  • Gemäß dieser Ausführungsform führen innerhalb des dritten Betriebsbereichs R13 der eine oder einige von allen Zylindern 18 den CI-Betrieb durch, um das Drehmoment allmählich zu verändern, und die restlichen Zylinder 18 führen den SI-Betrieb durch, um das Drehmoment stark zu verändern. Daher kann die Kraftstoffeffizienz verbessert und gleichzeitig die Drehmomentanforderung erfüllt werden.
  • Konkret verschlechtert sich normalerweise die Kraftstoffeffizienz, wenn alle Zylinder 18 den SI-Betrieb innerhalb des dritten Betriebsbereichs R13 (mittlerer bis niedriger Lastbereich) durchführen. Da der eine oder einige der Zylinder 18 den Cl-Betrieb innerhalb des dritten Betriebsbereichs R13 durchführt bzw. durchführen und das Drehmoment allmählich verändert bzw. verändern, kann das Drehmoment, bei dem die hohe Kraftstoffeffizienz durch den SI-Betrieb erhalten wird, dadurch rasch von dem Sl-Zylinder 18 aufgebracht werden, dass das Drehmoment von jedem der restlichen Zylinder 18 zum Durchführen des SI-Betriebs stark verändert wird, um die Drehmomentanforderung zu erfüllen. Beispielsweise kann die Last dadurch, dass das Drehmoment des Sl-Zylinders 18 stark erhöht wird, schnell den mittleren bis hohen Lastbereich erreichen, in dem die hohe Kraftstoffeffizienz durch den SI-Betrieb erzielt wird. Daher kann gemäß dieser Ausführungsform die Kraftstoffeffizienz in dem innerhalb des dritten Betriebsbereichs R13 durchgeführten SI-Betrieb verbessert werden.
  • Andererseits ist es normalerweise nicht zweckmäßig, zu bewirken, dass alle Zylinder 18 den CI-Betrieb innerhalb des dritten Betriebsbereichs R13 durchführen. Da die restlichen Zylinder 18 innerhalb des dritten Betriebsbereichs R13 den SI-Betrieb durchführen und wie oben beschrieben das Drehmoment stark verändern, kann jedoch dadurch, dass das Drehmoment von dem einen oder von einigen der Zylinder 18 zum Durchführen des CI-Betriebs allmählich verändert wird, um die Drehmomentanforderung zu erfüllen, der zweckmäßige CI-Betrieb, in dem die Verringerung des Verbrennungsgeräusches, die Steuerbarkeit des Zündzeitpunkts etc. sichergestellt sind, erreicht werden. Auf diese Weise kann innerhalb des dritten Betriebsbereichs R13 die hohe Kraftstoffeffizienz im CI-Betrieb in geeigneter Weise erzielt werden.
  • Auf diese Weise kann gemäß dieser Ausführungsform dadurch, dass sowohl der CI-Betrieb als auch der SI-Betrieb innerhalb des dritten Betriebsbereichs R13 durchgeführt wird und dass die in diesem erzeugten Drehmomente in geeigneter Weise gesteuert werden, die Kraftstoffeffizienz des Motors insgesamt verbessert und gleichzeitig die Drehmomentanforderung erfüllt werden.
  • Insbesondere wird gemäß dieser Ausführungsform bewirkt, dass das Drehmoment von dem CI-Zylinder 18 genauso hoch wie oder niedriger als das Drehmoment vor der Steuerung ist und das Drehmoment von dem Sl-Zylinder 18 wird so erhöht, dass es höher als das Drehmoment vor der Steuerung ist (siehe 6 etc.). Daher kann die Kraftstoffeffizienz des Motors insgesamt wirksam verbessert und gleichzeitig die Drehmomentanforderung erfüllt werden.
  • Ferner ist gemäß dieser Ausführungsform das Drehmoment von dem Cl-Zylinder 18 in einer Zeitspanne um den Zeitpunkt der Steuerungsausführung im Wesentlichen festgelegt (siehe beispielsweise 11). Folglich kann während der Steuerung des kombinierten Betriebs die Steuerbarkeit der Verbrennungsphase in geeigneter Weise sichergestellt werden.
  • Weiterhin führen gemäß dieser Ausführungsform alle CI- und Sl-Zylinder 18 die Verbrennung bei etwa dem theoretischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis (λ = 1) durch. Somit erreicht das Abgas, von einem beliebigen der SI- und CI-Zylinder 18 das theoretische Luft-Kraftstoff-Verhältnis und das Abgas bei dem theoretischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis wird den Katalysatoren 41 und 42, welche die Dreiwegekatalysatoren umfassen, zugeführt und NOx, das in dem Abgas, welches von dem Sl-Zylinder 18 ausgestoßen wird, enthalten ist, kann in geeigneter Weise durch die Katalysatoren 41 und 42 gereinigt werden.
  • Weiterhin führen gemäß dieser Ausführungsform, wenn die Mehrzahl der Zylinder 18 des Motors 1 in der vorbestimmten Verbrennungsreihenfolge betrieben werden, die CI- und Sl-Zylinder 18 die Verbrennung abwechselnd durch. Daher können die Motorschwingungen, die durch die Differenz zwischen dem Drehmoment des CI-Zylinders 18 und dem Drehmoment des Sl-Zylinders 18 verursacht werden, verringert werden. Insbesondere ist der Umschaltzyklus zwischen dem Drehmoment des Sl-Zylinders 18 und dem Drehmoment des CI-Zylinders 18 kurz gestaltet, so dass die Motorschwingungen weniger leicht zu bemerken sind.
  • Ferner wird gemäß dieser Ausführungsform das mittlere Drehmoment des Drehmoments des CI-Zylinders 18 und des Drehmoments des Sl-Zylinders 18 der Drehmomentanforderung, die der Lastanforderung an den Motor 1 entspricht, angeglichen. Daher kann die Drehmomentanforderung während der Steuerung des kombinierten Betriebs zuverlässig erfüllt werden.
  • ABWANDLUNGEN
  • Im Folgenden werden Abwandlungen dieser Ausführungsform beschrieben.
  • In dieser Ausführungsform ist als ein Beispiel für den Zwangszündungsbetrieb der Fall des Funkenzündungsbetriebs (SI-Betrieb) unter Verwendung der Zündkerze 25 beschrieben; die vorliegende Erfindung ist jedoch auch anwendbar auf einen Zwangszündungsbetrieb, bei dem eine Laserzündkerze verwendet wird.
  • Weiterhin führen in dieser Ausführungsform, wenn die Mehrzahl der Zylinder 18 des Motors 1 in der vorbestimmten Verbrennungsreihenfolge betrieben werden, die CI- und Sl-Zylinder 18 die Verbrennung abwechselnd durch. In diesem Fall ändert sich die Mehrzahl von Zylindern 18, die durch die Steuerung des kombinierten Betriebs dazu gebracht werden, den CI-Betrieb oder den SI-Betrieb durchzuführen, in Abhängigkeit von dem Zeitpunkt des Beginns der Steuerung des kombinierten Betriebs, mit anderen Worten, in Abhängigkeit von dem Zylinder 18 (Zylindernummer), der nach dem Zeitpunkt des Beginns der Steuerung des kombinierten Betriebs etc. als erster die Verbrennung durchführt.
  • In einem weiteren Beispiel kann festgelegt sein, welche Zylinder 18 durch die Steuerung des kombinierten Betriebs dazu gebracht werden, den CI-Betrieb oder den SI-Betrieb durchzuführen. In diesem Fall kann die Abgasreinigungseinrichtung, die Dreiwegekatalysatoren umfasst, in zwei Katalysatoren unterteilt werden, so dass in einen der Katalysatoren nur das Abgas aus dem Sl-Zylinder 18 strömt und in den anderen Katalysator nur das Abgas aus dem Cl-Zylinder 18. Somit kann durch das Durchführen des SI-Betriebs bei dem theoretischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis, NOx, das in dem von dem Sl-Zylinder 18 ausgestoßenen Abgas enthalten ist, in geeigneter Weise durch einen der getrennten Katalysatoren gereinigt werden, ohne einem Einfluss durch das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases von dem CI-Zylinder 18 zu unterliegen.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Motor
    10
    PCM
    18
    Zylinder
    21
    Einlassventil
    22
    Auslassventil
    25
    Zündkerze
    67
    Injektor
    71, 74
    VVL
    72, 75
    VVT
    R11
    Erster Betriebsbereich
    R12
    Zweiter Betriebsbereich
    R13
    Dritter Betriebsbereich

Claims (9)

  1. Direkteinspritzender Verbrennungsmotor mit mehreren Zylindern (18), der in einem ersten Betriebsbereich (R11), in dem eine Motorlast niedriger als ein erster vorbestimmter Wert ist, eine Kompressionsselbstzündung durchführt und in einem zweiten Betriebsbereich (R12), in dem die Motorlast höher als ein zweiter vorbestimmter Wert ist, eine Zwangszündung durchführt, wobei in einem dritten Betriebsbereich (R13), in dem die Motorlast höher ist als der erste vorbestimmte Wert und niedriger als der zweite vorbestimmte Wert, ein kombinierter Betrieb durchgeführt wird, bei dem mindestens ein erster Zylinder den Kompressionsselbstzündungsbetrieb durchführt und mindestens ein zweiter Zylinder den Zwangszündungsbetrieb durchführt, und wobei eine Änderungsrate eines durch den mindestens einen ersten Zylinder erzeugten Drehmoments geringer eingestellt ist, als eine Änderungsrate eines durch den mindestens einen zweiten Zylinder erzeugten Drehmoments, wobei jeder der Änderungsraten eine Veränderung einer Lastanforderung an den Motor (1) zugrundegelegt wird, wobei der mindestens eine erste Zylinder einen oder mehrere der Mehrzahl von Zylindern (18) darstellt und der mindestens eine zweite Zylinder die restlichen der Mehrzahl von Zylindern (18) darstellt, wobei das von dem mindestens einen ersten Zylinder erzeugte Drehmoment genauso hoch wie oder niedriger als sein Drehmoment vor dem kombinierten Betrieb ist und das von dem mindestens einen zweiten Zylinder erzeugte Drehmoment so erhöht ist, dass dieses höher als sein Drehmoment vor dem kombinierten Betrieb ist.
  2. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, wobei in dem dritten Betriebsbereich (R13) die ersten und zweiten Zylinder abwechselnd eine Verbrennung durchführen und/oder ein mittleres Drehmoment des von dem ersten Zylinder erzeugten Drehmoments und des von dem zweiten Zylinder erzeugten Drehmoments einer Drehmomentanforderung, die der Lastanforderung an den Motor entspricht, angeglichen wird.
  3. Steuervorrichtung, die auf einen Benzinmotor (1) mit einer Mehrzahl von Zylindern (18) angewendet wird, umfassend: eine Steuerung (10), um den Motor (1) so zu steuern, dass er in einem ersten Betriebsbereich (R11) des Motors (1), in dem eine Motorlast geringer ist als ein vorbestimmter Wert, einen Kompressionsselbstzündungsbetrieb durchführt, und in einem zweiten Betriebsbereich (R12) des Motors (1), in dem die Motorlast über dem ersten Betriebsbereich (R11) liegt, einen Zwangszündungsbetrieb durchführt, wobei der Kompressionsselbstzündungsbetrieb ein Betrieb ist, in dem der Motor (1) durch Komprimieren eines Brennstoff enthaltenden Gasgemischs zur Selbstentzündung betrieben wird, und der Zwangszündungsbetrieb ein Betrieb ist, in dem der Motor (1) durch Zwangszündung des Gasgemisches betrieben wird, und wobei die Steuerung (10) in einem dritten Betriebsbereich (R13) des Motors (1), in dem die Motorlast über dem ersten Betriebsbereich (R11) und unter dem zweiten Betriebsbereich (R12) liegt, eine Steuerung zu einem kombinierten Betrieb durchführt, in dem mindestens ein erster Zylinder den Kompressionsselbstzündungsbetrieb durchführt und mindestens ein zweiter Zylinder den Zwangszündungsbetrieb durchführt, und die Steuerung (10) bewirkt, dass eine Änderungsrate eines durch den mindestens einen ersten Zylinder erzeugten Drehmoments geringer eingestellt ist, als eine Änderungsrate eines durch den mindestens einen zweiten Zylinder erzeugten Drehmoments, wobei jeder der Änderungsraten eine Veränderung einer Lastanforderung an den Motor (1) zugrundegelegt wird und wobei der mindestens eine erste Zylinder einen oder mehrere Zylinder der Mehrzahl von Zylindern darstellt und der mindestens eine zweite Zylinder den Rest der Mehrzahl von Zylindern darstellt, wobei die Steuerung (10) bewirkt, dass das von dem mindestens einen ersten Zylinder erzeugte Drehmoment genauso hoch wie oder niedriger als sein Drehmoment vor der Steuerung des kombinierten Betriebs ist und die Steuerung (10) das von dem mindestens einen zweiten Zylinder erzeugte Drehmoment so erhöht, dass dieses höher als sein Drehmoment vor der Steuerung des kombinierten Betriebs ist.
  4. Steuervorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Steuerung (10) in einer Zeitspanne um den Ausführungszeitpunkt der Steuerung des kombinierten Betriebs das von dem ersten Zylinder erzeugte Drehmoment im Wesentlichen festlegt.
  5. Steuervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 3 bis 4, wobei die Steuerung (10) bewirkt, dass sowohl die ersten als auch die zweiten Zylinder die Verbrennung etwa bei einem theoretischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis durchführen.
  6. Steuervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 3 bis 5, wobei in einem Fall, in dem die Steuerung (10) bewirkt, dass die Mehrzahl von Zylindern des Motors (1) in einer vorbestimmten Verbrennungsreihenfolge arbeiten, die Steuerung (10) bewirkt, dass die ersten und zweiten Zylinder abwechselnd eine Verbrennung durchführen.
  7. Steuervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 3 bis 6, wobei die Steuerung (10) bewirkt, dass ein mittleres Drehmoment des von dem ersten Zylinder erzeugten Drehmoments und des von dem zweiten Zylinder erzeugten Drehmoments einer Drehmomentanforderung, die der Lastanforderung an den Motor (1) entspricht, angeglichen wird.
  8. Verfahren zum Steuern eines Verbrennungsmotors mit einer Mehrzahl von Zylindern (18), die folgenden Schritte umfassend: Bestimmen einer Last des Motors (1), wenn eine Motorlast geringer ist als ein erster vorbestimmter Wert, Durchführen einer Kompressionsselbstzündung in einem ersten Betriebsbereich (R11), wenn die Motorlast über einem zweiten vorbestimmten Wert liegt, Durchführen einer Zwangszündung in einem zweiten Betriebsbereich (R12), wenn die Motorlast in einem dritten Betriebsbereich (R13) höher als der erste vorbestimmte Wert und niedriger als der zweite vorbestimmte Wert ist, Durchführen eines kombinierten Betriebs des Kompressionsselbstzündungsbetriebs in mindestens einem ersten Zylinder und Durchführen des Zwangszündungsbetriebs in mindestens einem zweiten Zylinder, und Einstellen einer Änderungsrate eines von dem mindestens einem ersten Zylinder erzeugten Drehmoments derart, dass diese geringer ist als eine Änderungsrate eines von dem mindestens einem zweiten Zylinder erzeugten Drehmoments, wobei jeder der Änderungsraten eine Veränderung einer Lastanforderung an den Motor (1) zugrundegelegt wird und wobei der mindestens eine erste Zylinder einen oder mehrere Zylinder der Mehrzahl von Zylindern darstellt und der mindestens eine zweite Zylinder den Rest der Mehrzahl von Zylindern darstellt, wobei das von dem mindestens einen ersten Zylinder erzeugte Drehmoment genauso hoch wie oder niedriger als sein Drehmoment vor dem kombinierten Betrieb eingestellt wird und das von dem mindestens einen zweiten Zylinder erzeugte Drehmoment so erhöht wird, dass dieses höher als sein Drehmoment vor dem kombinierten Betrieb ist.
  9. Computerprogrammprodukt, computerlesbare Befehle umfassend, die, wenn sie in einem geeigneten System geladen und ausgeführt werden, die Schritte des Verfahrens nach Anspruch 8 ausführen können.
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