DE102017002321A1 - Motorsteuervorrichtung - Google Patents

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Abstract

Ein PCM 60 führt eine Steuerung für frühzeitige Aufwärmung eines Katalysators (AWS-Steuerung) zum Beschleunigen eines Aufwärmens einer katalytischen Vorrichtung durch. Wenn sich die katalytische Vorrichtung 35 nicht in einem aktivierten Zustand befindet und sich ein Fahrzeug fortbewegt, ist das PCM 60 ausgelegt, um durchzuführen: eine Kraftstoffeinspritzsteuerung zum Einspritzen von Kraftstoff, so dass in einem Brennraum 11 eines Motors 10 ein homogenes Kraftstoff-Luft-Gemisch gebildet werden kann, um eine homogene Verbrennung zu erzeugen; eine Ansaugluftmengensteuerung zum Vergrößern von Ansaugluftmenge; und eine Zündsteuerung zum Spätverstellen eines Zündzeitpunkts von einem Referenzzündzeitpunkt. Ferner ist das PCM 60 ausgelegt, um einen Zündzeitpunkt-Spätverstellbetrag entsprechend einer Differenz zwischen dem durch die Zündzeitpunktsteuerung auf spät verstellten Zündzeitpunkt und dem Referenzzündzeitpunkt gemäß Motordrehzahl und/oder Motorlast zu ändern.

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Motorsteuervorrichtung und insbesondere eine Motorsteuervorrichtung, welche eine Steuerung für frühzeitige Katalysatoraufwärmung zum Beschleunigen eines Aufwärmens einer an einem Abgastrakt vorgesehenen katalytischen Vorrichtung durchführt.
  • Beschreibung des Stands der Technik
  • Herkömmlicherweise wird bei einem Fremdzündungsmotor zum Beschleunigen des Aufwärmens einer an einem Abgastrakt vorgesehenen katalytischen Vorrichtung eine als AWS (kurz vom engl. Accelerated Warm-Up System = System für beschleunigtes Aufwärmen) bezeichnete Technik implementiert. AWS ist eine Technik zum Beschleunigen des Aufwärmens einer katalytischen Vorrichtung in einer Situation etwa unmittelbar nach einem Motorkaltstart, bei der sich die katalytische Vorrichtung nicht in einem aktivierten Zustand befindet, beispielsweise durch Vergrößern der Ansaugluftmenge und Spätverstellen des Zündzeitpunkts über den oberen Totpunkt der Verdichtung hinaus, im Gegensatz zu einem Fall, da sich die katalytische Vorrichtung unter dem gleichen Betriebszustand (zum Beispiel Leerlaufbetrieb) in einem aktivierten Zustand befindet, um dadurch ein Nachverbrennen eines Kraftstoff-Luft-Gemisches auch während des Arbeitstakts zu bewirken, um die Abgastemperatur und schließlich den Abgaswärmebetrag anzuheben (siehe zum Beispiel Patentschrift 1: offengelegte japanische Patentveröffentlichung 2014-136989 A ). Im Einzelnen offenbart Patentschrift 1, dass eingespritzter Kraftstoff in zwei Teile aufgeteilt wird (geteilte Einspritzung), um in einem Brennraum einen Zustand mit schwacher Schichtladung zu bilden, um eine Verbrennung mit schwacher Schichtladung zu erzeugen, um eine Verschlechterung der Verbrennung zu unterbinden, die durch das vorstehend beschriebene Spätverstellen des Zündzeitpunkts bei Ausführen von AWS hervorgerufen wird. Der Zustand mit schwacher Schichtladung entspricht hier einem Zustand, bei dem das Kraftstoff-Luft-Gemisch in dem Brennraum in der Nähe einer Zündkerze (insbesondere in der Nähe einer Elektrode der Zündkerze) relativ fett wird und um einen solchen Bereich relativ mager wird (schwache Schichtung des Kraftstoff-Luft-Gemisches in einem Zylinder).
  • KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Technisches Problem
  • Bei der in der vorstehend erwähnten Patentschrift 1 beschriebenen Technik wird die Steuerung für frühzeitige Katalysatoraufwärmung für frühzeitiges Aufwärmen der katalytischen Vorrichtung (nachstehend entsprechend als ”AWS-Steuerung” bezeichnet) nur in einem Leerlaufbetrieb ausgeführt (mit anderen Worten bei Anhalten des Fahrzeugs). Bei Fortbewegung des Fahrzeugs (wenn das Fahrzeug mit anderen Worten eine Fahrgeschwindigkeit aufweist) kann die AWS-Steuerung somit nicht ausgeführt werden, selbst wenn sich die katalytische Vorrichtung nicht in dem aktivierten Zustand befindet. Daher tendiert die in Patentschrift 1 beschriebene Technik zu einem möglichen Verzögern des Aufwärmens der katalytischen Vorrichtung.
  • Dann könnte es denkbar sein, dass die AWS-Steuerung auch bei Fortbewegung des Fahrzeugs ausgeführt wird. Wenn aber die Verbrennung mit schwacher Schichtladung wie bei der in Patentschrift 1 beschriebenen Technik bei Fortbewegung des Fahrzeugs ausgeführt wird, kann unter einer Bedingung, bei der der Betriebszustand des Motors geändert ist, ein erwünschter Zustand mit schwacher Schichtladung nicht hergestellt werden, und dadurch kann es zu Problemen wie Fehlzündung kommen. Dagegen könnte es denkbar sein, dass eine homogene Verbrennung (die in dem Brennraum ein homogenes Kraftstoff-Luft-Gemisch für Verbrennung bildet) statt der Verbrennung mit schwacher Schichtladung bei AWS-Steuerung durchgeführt wird. Da aber eine solche homogene Verbrennung verglichen mit der Verbrennung mit schwacher Schichtladung einen schlechteren Verbrennungszustand aufweist, wenn der Zündzeitpunkt bei der homogenen Verbrennung auf spät verstellt wird, ähnlich wie bei Einsatz einer Verbrennung mit schwacher Schichtladung, können Probleme wie Fehlzündung auftreten und das Fahrverhalten kann beeinträchtigt werden.
  • Die vorliegende Erfindung wurde entwickelt, um die vorstehend erwähnten herkömmlichen Probleme, mit denen das herkömmliche Steuerungssystem behaftet ist, zu lösen, und eine Aufgabe derselben besteht darin, eine Motorsteuervorrichtung vorzusehen, die das Aufwärmen der katalytischen Vorrichtung durch die Steuerung für frühzeitige Katalysatoraufwärmung geeignet beschleunigen kann, während die Verschlechterung des Fahrverhaltens bei Fortbewegung des Fahrzeugs unterbunden wird.
  • Lösung des Problems
  • Um die vorstehende Aufgabe zu lösen, wird in der vorliegenden Erfindung eine Motorsteuervorrichtung mit einem Steuergerät vorgesehen, das ausgelegt ist, um eine Steuerung für frühzeitige Katalysatoraufwärmung zum Beschleunigen von Aufwärmen einer an einem Abgastrakt vorgesehenen katalytischen Vorrichtung durchzuführen, wobei zum Beschleunigen des Aufwärmens der katalytischen Vorrichtung, wenn sich die katalytische Vorrichtung nicht in einem aktivierten Zustand befindet und sich das Fahrzeug fortbewegt, das Steuergerät ausgelegt ist, um durchzuführen: eine Kraftstoffeinspritzsteuerung zum Einspritzen von Kraftstoff, so dass in einem Brennraum eines Motors ein homogenes Kraftstoff-Luft-Gemisch gebildet werden kann, um eine homogene Verbrennung zu erzeugen; eine Ansaugluftmengensteuerung zum Vergrößern von Ansaugluftmenge verglichen mit einer Situation, bei der die Steuerung für frühzeitige Katalysatoraufwärmung nicht durchgeführt wird; und eine Zündsteuerung zum Spätverstellen des Zündzeitpunkts von einem Referenzzündzeitpunkt, der in einer Situation verwendet wird, in der die Steuerung für frühzeitige Katalysatoraufwärmung nicht durchgeführt wird, wobei das Steuergerät weiterhin ausgelegt ist, um den Spätverstellbetrag des Zündzeitpunkts entsprechend einer Differenz zwischen dem durch die Zündzeitsteuerung auf spät verstellten Zündzeitpunkt und dem Referenzzündzeitpunkt gemäß Motordrehzahl und/oder Motorlast zu ändern.
  • Gemäß der vorstehenden vorliegenden Erfindung wird, wenn sich die katalytische Vorrichtung nicht in dem aktivierten Zustand befindet, die Steuerung für frühzeitige Katalysatoraufwärmung (AWS-Steuerung) selbst bei Fortbewegen des Fahrzeugs durchgeführt, die Steuerung für frühzeitige Katalysatoraufwärmung wird mit anderen Worten nicht nur bei Anhalten des Fahrzeugs durchgeführt, sondern auch bei Fortbewegen des Fahrzeugs. Daher ist es möglich, die Temperatur der katalytischen Vorrichtung umgehend anzuheben, um verglichen mit einer Situation, bei der die Steuerung für die frühzeitige Katalysatoraufwärmung nur bei Anhalten des Fahrzeugs durchgeführt wird, das Aufwärmen der katalytischen Vorrichtung wirksam zu beschleunigen. Erfindungsgemäß wird ferner die Steuerung für frühzeitige Katalysatoraufwärmung durchgeführt, während die homogene Verbrennung bei Fortbewegung des Fahrzeugs erzeugt wird. Daher ist es möglich, die Fehlzündung (die aufgrund eines mangelnden Herstellens eines erwünschten Schichtladungszustands beispielsweise aufgrund einer Änderung eines Betriebszustands des Motors hervorgerufen werden kann) oder dergleichen, die bei Durchführen der Steuerung für frühzeitige Katalysatoraufwärmung hervorgerufen werden kann, wenn eine Schichtladungsverbrennung erzeugt wird und das Fahrzeug sich fortbewegt, geeignet zu unterbinden.
  • In einem Fall, da die Steuerung für frühzeitige Katalysatoraufwärmung durchgeführt wird, während die homogene Verbrennung bei Fortbewegung des Fahrzeugs erzeugt wird, ist es ferner erfindungsgemäß möglich, da der Spätverstellbetrag des Zündzeitpunkts gegenüber dem Referenzzündzeitpunkt unter Berücksichtigung des Betriebszustands des Motors geändert wird, die katalytische Vorrichtung durch die Steuerung für frühzeitige Katalysatoraufwärmung geeignet aufzuwärmen, während die Verschlechterung von Fahrverhalten (zum Beispiel Verbrennungsgeräusch und/oder Fehlzündung) aufgrund eines übergroßen Spätverstellens des Zündzeitpunkts während der Steuerung für frühzeitige Katalysatoraufwärmung unterbunden wird.
  • Bei der vorliegenden Erfindung ist in einem Niederlastbereich, in dem die Motorlast niedriger als ein vorbestimmter Wert ist, das Steuergerät bevorzugt ausgelegt, um unter der gleichen Motordrehzahl den Spätverstellbetrag des Zündzeitpunkts kleiner als in einem Hochlastbereich, in dem die Motorlast größer oder gleich dem vorbestimmten Wert ist, auszulegen.
  • Gemäß der vorstehenden vorliegenden Erfindung ist es möglich, die Verschlechterung des Fahrverhaltens aufgrund eines übergroßen Spätverstellens des Zündzeitpunkts in dem Niederlastbereich, wobei das Strömen in einem Zylinder schwach ist und die Flammenausbreitung daher langsam ist, so dass die Verbrennungsstabilität gering ist, geeignet zu unterbinden.
  • In der vorliegenden Erfindung ist das Steuergerät bevorzugt ausgelegt, um den Spätverstellbetrag des Zündzeitpunkts kleiner auszulegen, wenn die Motorlast niedriger wird.
  • Gemäß der vorstehenden vorliegenden Erfindung ist es möglich, den Spätverstellbetrag des Zündzeitpunkts bestmöglich sicherzustellen, wenn die Steuerung für frühzeitige Katalysatoraufwärmung in dem vorstehend erwähnten Niederlastbereich durchgeführt wird, während die Verschlechterung des Fahrverhaltens in dem Niederlastbereich unterbunden wird.
  • In der vorliegenden Erfindung ist in einem Bereich hoher Drehzahl, in dem die Motordrehzahl größer oder gleich einem vorbestimmten Wert ist, das Steuergerät bevorzugt ausgelegt, um unter der gleichen Motorlast den Spätverstellbetrag des Zündzeitpunkts größer als in einem Bereich niedriger Drehzahl, in dem die Motordrehzahl niedriger als der vorbestimmte Wert ist, auszulegen.
  • Da der Spätverstellbetrag des Zündzeitpunkts in dem Bereich hoher Drehzahl, in dem die Verbrennungsstabilität hoch wird, größer ausgelegt wird, ist es gemäß der vorstehenden vorliegenden Erfindung möglich, die Temperatur der katalytischen Vorrichtung schneller anzuheben.
  • In der vorliegenden Erfindung wird der Referenzzündzeitpunkt bevorzugt beruhend auf einem Solldrehmoment eingestellt, das von dem Motor auszugeben ist, und das Steuergerät ist ausgelegt, um die Ansaugluftmenge gemäß dem Spätverstellbetrag des Zündzeitpunkts zu vergrößern, um das Solldrehmoment von dem Motor auszugeben, wenn der Zündzeitpunkt von dem Referenzzündzeitpunkt um den Zündzeitpunkt-Spätverstellbetrag auf spät verstellt wird.
  • Bei Spätverstellen des Zündzeitpunkts durch die Steuerung für frühzeitige Katalysatoraufwärmung ist es gemäß der vorstehenden vorliegenden Erfindung aufgrund des Vergrößerns der Ansaugluftmenge gemäß dem Zündzeitpunkt-Spätverstellbetrag möglich, das Solldrehmoment auch während der Steuerung für frühzeitige Katalysatoraufwärmung entsprechend zu verwirklichen.
  • Wenn bei der vorliegenden Erfindung sich die katalytische Vorrichtung nicht in dem aktivierten Zustand befindet und das Fahrzeug anhält, ist das Steuergerät bevorzugt ausgelegt, um die Ansaugluftmengensteuerung und die Zündsteuerung durchzuführen, während es die Kraftstoffeinspritzsteuerung so durchführt, dass verglichen mit einem Bereich um die Zündkerze in dem Brennraum des Motors eine Schicht eines fetten Kraftstoff-Luft-Gemisches in der Nähe einer Zündkerze gebildet wird, um eine Schichtladungsverbrennung zu erzeugen, um das Aufwärmen der katalytischen Vorrichtung zu beschleunigen.
  • Gemäß der vorstehenden vorliegenden Erfindung wird die Steuerung für frühzeitige Katalysatoraufwärmung durchgeführt, während die homogene Verbrennung während der Fortbewegung des Fahrzeugs erzeugt wird, und die Steuerung für frühzeitige Katalysatoraufwärmung wird durchgeführt, während eine Schichtladungsverbrennung während des Anhaltens des Fahrzeugs erzeugt wird, die Steuerung für frühzeitige Katalysatoraufwärmung wird mit anderen Worten durch Wechseln zwischen der homogenen Verbrennung und der Schichtladungsverbrennung gemäß der Betriebsbedingung des Fahrzeugs durchgeführt. Daher ist es möglich, die Steuerung für frühzeitige Katalysatoraufwärmung für die Betriebsbedingung geeignet auszuführen, um die Temperatur der katalytischen Vorrichtung umgehend anzuheben, während die Verschlechterung des Fahrverhaltens, etwa Fehlzündung oder dergleichen, geeignet unterbunden wird.
  • Gemäß der Motorsteuervorrichtung der vorliegenden Erfindung ist es möglich, die Steuerung für frühzeitige Katalysatoraufwärmung geeignet durchzuführen, um das Aufwärmen einer katalytischen Vorrichtung zu beschleunigen, während die Verschlechterung von Fahrverhalten, etwa Fehlzündung oder dergleichen, bei Fortbewegung des Fahrzeugs unterbunden wird.
  • KURZBESCHREIBUNG DER MEHREREN ANSICHTEN DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist eine schematische Konfigurationsdarstellung einer Motorvorrichtung, bei der eine Motorsteuervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zum Einsatz kommt.
  • 2 ist ein Blockdiagramm, das eine elektrische Konfiguration einer Motorsteuervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 3 ist ein Flussdiagramm, das einen Motorsteuerungsprozess nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 4 ist ein Flussdiagramm, das einen AWS-Steuerungsprozess nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 5 ist eine Darstellung, die schematisch jeweilige Verteilungszustände (Konzentrationsverteilung) eines in einem Brennraum gebildeten Kraftstoff-Luft-Gemisches vor Erzeugen einer Verbrennung mit schwacher Schichtladung oder einer homogenen Verbrennung zeigt.
  • 6 ist ein veranschaulichendes Diagramm bezüglich Kraftstoffeinspritzzeitpunkten, die zu verwenden sind, wenn in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine AWS-Steuerung mit schwacher Schichtladung bzw. eine AWS-Steuerung mit homogener Verbrennung durchgeführt wird.
  • 7 ist ein veranschaulichendes Diagramm bezüglich eines Aspekts, bei dem ein Zustand mit schwacher Schichtladung in einem Brennraum eines Motors ausgebildet ist.
  • 8 ist ein Graph des Kennfelds des Zündzeitpunkt-Spätverstellbetrags, der spezifisch eine Beziehung zwischen der Motorlast (horizontale Achse) und dem Zündzeitpunkt-Spätverstellbetrag (vertikale Achse) unter der gleichen Motordrehzahl gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 9 ist ein Graph des Kennfelds des Zündzeitpunkt-Spätverstellbetrags, der spezifisch die Beziehung zwischen der Motordrehzahl (horizontale Achse) und dem Zündzeitpunkt-Spätverstellbetrag (vertikale Achse) unter der gleichen Motorlast gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 10 ist ein Beispiel für ein Zeitdiagramm, bei dem der AWS-Steuerungsprozess gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgeführt wird.
  • EINGEHENDE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Unter Verweis auf die Begleitzeichnungen wird nun eine Motorsteuervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
  • <Systemkonfiguration>
  • Zunächst erfolgt anhand von 1 und 2 eine Beschreibung eines Motorsystems, bei dem eine Motorsteuervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zum Einsatz kommt. 1 ist ein schematisches Konfigurationsdiagramm eines Motorsystems, bei dem eine Motorsteuervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zum Einsatz kommt, und 2 ist ein Blockdiagramm, das eine elektrische Konfiguration einer Motorsteuervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • Wie in 1 gezeigt umfasst ein Motorsystem 100 hauptsächlich: einen Ansaugtrakt 1, durch den von außen eingeleitete Ansaugluft (Luft) tritt; einen Motor 10 (genauer gesagt einen Benzinmotor) zum Verbrennen eines Kraftstoff-Luft-Gemisches aus der von dem Ansaugtrakt 1 zugeführten Ansaugluft und einem Kraftstoff, der von einem im Folgenden zu beschreibenden Kraftstoffinjektor 13 zugeführt wird, um Kraft für ein Fahrzeug zu erzeugen; einen Abgastrakt 25 zum Abführen von Abgas, das durch die Verbrennung in dem Motor 10 erzeugt wird; Sensoren 40 bis 53 zum Detektieren verschiedener Parameter, die mit dem Motorsystem 100 in Verbindung stehen; und das PCM 60 (Motorsteuervorrichtung) zum Steuern des gesamten Motorsystems 100.
  • An dem Ansaugtrakt 1 sind beginnend mit der stromaufwärts liegenden Seite ein Luftfilter 3 zum Reinigen von von außen eingeleiteter Ansaugluft, ein Verdichter 4a eines Turboladers 4 zum Laden der durchtretenden Ansaugluft, um Ansaugluftdruck anzuheben, ein Zwischenkühler 5 zum Kühlen der Ansaugluft durch Außenluft und/oder Kühlwasser, eine Drosselklappe 6 zum Einstellen der Menge durchtretender Ansaugluft (der Ansaugluftmenge) und ein Ausgleichsbehälter 7 zum zeitweiligen Speichern von dem Motor 10 zuzuführender Ansaugluft vorgesehen.
  • In dem Ansaugtrakt 1 ist ferner eine Luftbypassleitung 8 vorgesehen, um einen Teil der von dem Verdichter 4a geladenen Ansaugluft zurück zu der stromaufwärts liegenden Seite des Verdichters 4a strömen zu lassen. Im Einzelnen ist ein Ende der Luftbypassleitung 8 mit dem Ansaugtrakt 1 verbunden, der stromabwärts des Verdichters 4a und stromaufwärts der Drosselklappe 6 positioniert ist, und das andere Ende der Luftbypassleitung 8 ist mit dem Ansaugtrakt 1 verbunden, der stromabwärts des Luftfilters 3 und stromaufwärts des Verdichters 4a positioniert ist.
  • An der Luftbypassleitung 8 ist ein Luftbypassventil 9 zum Einstellen eines Durchsatzes der durch die Luftbypassleitung 8 strömenden Ansaugluft durch einen Öffnungs- und Schließvorgang vorgesehen. Das Luftbypassventil 9 ist ein so genanntes EIN-AUS-Ventil, das zwischen einem geschlossenen Zustand, in dem die Luftbypassleitung 8 vollständig geschlossen ist, und einem offenen Zustand, in dem die Leitung vollständig offen ist, umschaltbar ist.
  • Der Motor 10 umfasst hauptsächlich: ein Lufteinlassventil 12 zum Einleiten der von dem Ansaugtrakt 1 zugeführten Ansaugluft zu einem Brennraum 11; einen Kraftstoffinjektor 13 zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum 11; eine Zündkerze 14 zum Zünden des dem Brennraum 11 gelieferten Kraftstoff-Luft-Gemisches aus der Ansaugluft und dem Kraftstoff; einen Kolben 15, der unter Verbrennung von Kraftstoff-Luft-Gemisch in dem Brennraum 11 eine Hubbewegung ausführt; eine Kurbelwelle 16, die durch die Hubbewegung des Kolbens 15 gedreht wird; und ein Abgasventil 17 zum Abführen von Abgas, das durch die Verbrennung von Kraftstoff-Luft-Gemisch in dem Brennraum 11 erzeugt wird, zu dem Abgastrakt 25. Ferner umfasst der Kraftstoffinjektor 13 mehrere Einspritzlöcher an seiner Einspritzfläche (er ist mit anderen Worten als Mehrlochinjektor ausgeführt), und der Kraftstoff kann von diesen Einspritzlöchern in mehrere Richtungen eingespritzt werden.
  • Der Motor 10 ist ferner ausgelegt, um jeweilige Betriebszeitpunkte (mit anderen Worten der Öffnungs- und Schließzeitpunkt) jeweils des Lufteinlassventils 12 und des Abgasventils 17 durch einen variablen Lufteinlassventilmechanismus 18 und einen variablen Abgasventilmechanismus 19, die einen Mechanismus für variable Ventilzeitsteuerung (VVT) darstellen, zu ändern. Es sind verschiedene Arten von variablem Lufteinlassventilmechanismus 18 und variablem Abgasventilmechanismus 19, die allgemein bekannt sind, verwendbar, doch ist es möglich, die Betriebszeitpunkte des Lufteinlassventils 12 und das Abgasventils 17 mithilfe eines Mechanismus zu ändern, der zum Beispiel als elektromagnetische Ausführung oder hydraulische Ausführung ausgelegt ist.
  • An dem Abgastrakt 25 sind beginnend von der stromaufwärts liegenden Seite eine Turbine 4b des Turboladers 4, die von dem durchtretenden Abgas gedreht wird, wobei die Drehung der Turbine wiederum wie im Vorstehenden beschrieben den Verdichter antreibt, und katalytische Vorrichtungen 35a, 35b mit einer Funktion zum Reinigen des Abgases, beispielsweise etwa ein NOx-Katalysator und/oder ein ternärer Katalysator und/oder ein Oxidationskatalysator, vorgesehen. Wenn nachstehend jeweilige der katalytischen Vorrichtungen 35a, 35b eventuell ohne Differenzierung verwendet werden, wird diese einfach als ”katalytische Vorrichtung 35” bezeichnet.
  • Ferner ist an dem Abgastrakt 25 eine AGR-Vorrichtung 26 vorgesehen, die einen Teil des Abgases als AGR-Gas zurück zu dem Ansaugtrakt 1 strömen lässt. Die AGR-Vorrichtung 26 weist einen AGR-Kanal 27, der mit dem Abgastrakt 25, der an einem Ende stromaufwärts der Turbine 4b positioniert ist, und mit dem Ansaugtrakt 1, der am anderen Ende stromabwärts des Verdichters 4a und stromabwärts der Drosselklappe 11 positioniert ist, verbunden ist, einen AGR-Kühler 28 zum Kühlen des AGR-Gases und ein AGR-Ventil zum Steuern der Menge an AGR-Gas (Durchsatz), das durch den AGR-Kanal 27 strömt, auf. Eine solche AGR-Vorrichtung 26 entspricht einer so genannten HPL-AGR-Vorrichtung (HPL = kurz für engl. High Pressure Loop = Hochdruckschleife).
  • An dem Abgastrakt 25 ist ferner eine Turbinenbypassleitung 30 vorgesehen, um das Abgas die Turbine 4b des Turboladers 4 umgehen zu lassen. In der Turbinenbypassleitung 30 ist ein Wastegate-Ventil (nachstehend als ”WG-Ventil” bezeichnet) 31 zum Steuern des Durchsatzes des durch die Turbinenbypassleitung 30 strömenden Abgases vorgesehen.
  • Der Abgastrakt 25 ist ferner durch einen Verbindungsteil, der stromaufwärts des AGR-Kanals 27 positioniert ist, und den Verbindungsteil, der stromaufwärts der Turbinenbypassleitung 30 positioniert ist, in eine erste Leitung 25a und eine zweite Leitung 25b verzweigt. Die erste Leitung 25a weist einen größeren Durchmesser als die zweite Leitung 25b auf, die zweite Leitung 25b weist mit anderen Worten einen kleineren Durchmesser als die erste Leitung 25a auf, und in der ersten Leitung 25a ist ein Auf/Zu-Ventil 25c vorgesehen. Wenn das Ventil 25c offen ist, strömt das Abgas vorrangig in die erste Leitung 25a, und wenn das Ventil 25c geschlossen ist, strömt das Abgas nur in das zweite Ventil 25b. Wenn das Ventil 25c geschlossen ist, wird damit der Durchsatz des Abgases höher als bei offenem Ventil 25c. Das Auf/Zu-Ventil 25c wird unter einem Bereich niedriger Drehzahl geschlossen und liefert das Abgas erhöhter Strömungsgeschwindigkeit zu der Turbine 4b des Turboladers 4, um dadurch auch unter dem Bereich niedriger Drehzahl die Ladefunktion des Turboladers 4 zu verbessern.
  • Bei dem Motorsystem 100 Sensoren 40 bis 53 zum Detektieren von verschiedenen Parametern, die mit dem Motorsystem 100 in Verbindung stehen, vorgesehen. Diese Sensoren 40 bis 53 werden im Folgenden spezifisch beschrieben. Ein Gasstellungssensor 40 detektiert eine Gasstellung, die die Stellung des Gaspedals ist (entsprechend dem von einem Fahrer mit dem Gaspedal niedergetretenen oder betätigten Betrag). Ein Luftmengenmesser 41 detektiert die Ansaugluftmenge hinsichtlich Durchsatz der Ansaugluft, die zwischen dem Luftfilter 3 und dem Verdichter 4a durch den Ansaugtrakt 1 tritt. Ein Temperatursensor 42 detektiert die Temperatur des Ansaugluft, die zwischen dem Luftfilter 3 und dem Verdichter 4a durch den Ansaugtrakt 1 tritt. Ein Drucksensor 43 detektiert Ladedruck. Ein Drosselstellungssensor 44 detektiert die Drosselstellung, die eine Öffnung der Drosselklappe 5 ist, die durch die Stellung der Drosselklappe 6 bestimmt wird. Ein Drucksensor 33 detektiert einen Ansaugkrümmerdruck, der der Druck der dem Motor 10 gelieferten Ansaugluft ist. Ein Kurbelwinkelsensor 46 detektiert einen Kurbelwinkel der Kurbelwelle 16. Ein ansaugluftseitiger Nockenwinkelsensor 47 detektiert den Nockenwinkel einer Ansaugluftnockenwelle. Ein abgasseitiger Nockenwinkelsensor 48 detektiert den Nockenwinkel einer Abgasnockenwelle. Ein Temperatursensor 49 detektiert die Temperatur des Kühlwassers (Wassertemperatur) des Motors 10. Ein WG-Stellungssensor 50 detektiert die Stellung des WG-Ventils 31. Ein O2-Sensor 51 detektiert Sauerstoffkonzentration in dem Abgas, das sich stromaufwärts der katalytischen Vorrichtung 35a befindet, und ein O2-Sensor 52 detektiert die Sauerstoffkonzentration in dem Abgas zwischen der katalytischen Vorrichtung 35a und der katalytischen Vorrichtung 35b. Ein Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 53 detektiert Geschwindigkeit des Fahrzeugs (Fahrzeuggeschwindigkeit). Diese Sensoren 40 bis 53 geben jeweils Detektionssignale S140 bis S153, die jeweiligen der detektierten Parameter entsprechen, zu dem PCM 60 aus.
  • Das PCM 60 bewirkt ein Ausführen einer Steuerung der Komponenten in dem Motorsystem 100 beruhend auf den von den vorstehend erwähnten Sensoren 40 bis 53 eingespeisten Detektionssignalen S140 bis S153. Das PCM 60 dient im Einzelnen wie in 2 gezeigt: um der Drosselklappe 6 ein Steuersignal S106 zu liefern, um Öffnungs- und Schließzeitpunkte und die Drosselstellung der Drosselklappe 6 zu steuern; um dem Luftbypassventil 9 ein Steuersignal S109 zu liefern, um Öffnen und Schließen des Luftbypassventils 9 zu steuern; um dem WG-Ventil 31 ein Steuersignal S131 zu liefern, um die Stellung des WG-Ventils 31 zu steuern; um dem Kraftstoffinjektor 13 ein Steuersignal S113 zu liefern, um die Kraftstoffeinspritzmenge und/oder den Kraftstoffeinspritzzeitpunkt zu steuern; um der Zündkerze 14 ein Steuersignal S114 zu liefern, um den Zündzeitpunkt zu steuern; um dem variablen Lufteinlassventilmechanismus 18 bzw. dem variablen Abgasventilmechanismus 19 Steuersignale S118, S119 zu liefern, um die Betriebszeiten des Einlassventils 12 und des Auslassventils 17 zu steuern; und um dem AGR-Ventil 29 ein Steuersignal S129 zu liefern, um die Stellung des AGR-Ventils 29 zu steuern.
  • In den vorliegenden Ausführungsformen dient das PCM 60 insbesondere dazu, um eine Steuerung für frühzeitige Katalysatoraufwärmung (AWS-Steuerung) zum Beschleunigen des Aufwärmens der katalytischen Vorrichtung 35 durchzuführen, wenn sich die katalytische Vorrichtung 35 nicht in einem aktivierten Zustand, beispielsweise etwa bei einem Motorkaltstart, befindet. Im Grunde dient das PCM 60 zum Durchführen einer Ansaugluftmengensteuerung zum Vergrößern der Luftmenge gegenüber einer Situation, bei der die AWS-Steuerung nicht durchgeführt wird, und einer Zündzeitsteuerung zum Spätverstellen des Zündzeitpunkts von einem Referenzzündzeitpunkt, der in einer Situation genutzt wird, in der die AWS-Steuerung nicht durchgeführt wird, um ein Nachverbrennen von Kraftstoff-Luft-Gemisch auch während eines Arbeitstakts zu bewirken, um die Abgastemperatur (den Abgaswärmebetrag) anzuheben, um dadurch das Aufwärmen der katalytischen Vorrichtung 35 zu beschleunigen. Das PCM 60 entspricht dem ”Steuergerät” der vorliegenden Erfindung.
  • Die vorstehenden Komponenten des PCM 60 sind funktionell durch einen Rechner verwirklicht, der eine CPU, verschiedene Programme (einschließlich eines grundlegenden Steuerprogramms wie etwa eines Betriebssystems und eines Anwendungsprogramms, das auf dem Betriebssystem aktiviert werden kann, um eine spezifische Funktion umzusetzen), die von der CPU auszulegen und auszuführen sind, und einen internen Speicher, etwa einen ROM oder RAM, der darin die Programme und verschiedene Daten speichert, umfasst.
  • <Motorsteuerungsprozess>
  • Als Nächstes erfolgt unter Verweis auf 3 eine Beschreibung einer Grundsteuerung des Motors 10, die in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird. 3 ist ein Flussdiagramm, das einen Motorsteuerungsprozess nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Der Fluss wird aktiviert, wenn ein Zündschalter eines Fahrzeugs eingeschaltet wird, um an dem PCM 60 des Motors Strom anzulegen, und wird mit einem vorgegebenen Zykluszeitraum wiederholt ausgeführt.
  • Wenn der Motorsteuerungsschritt gestartet wird, fungiert das PCM 60 in Schritt S101 zum Erfassen verschiedener Informationssignale eines Fahrzeugs. Im Einzelnen fungiert das PCM 60 zum Erfassen des von dem Gasstellungssensor 40 detektierten Gasstellungssignals, des von dem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 53 detektierten Fahrzeuggeschwindigkeitssignals, eines Motordrehzahlsignals, das einem von dem Kurbelwinkelsensor 64 detektierten Kurbelwinkelsignal entspricht, und/oder einer aktuell in einem Getriebe des Fahrzeugs festgelegte Getriebestufe.
  • Anschließend fungiert in Schritt S102 das PCM 60 zum Festlegen einer Sollbeschleunigung beruhend auf dem in Schritt S101 erfassten Fahrzustand des Fahrzeugs. Im Einzelnen fungiert das PCM 60 zum Wählen aus mehreren Beschleunigungskennfeldern, die bezüglich verschiedener Fahrzeuggeschwindigkeiten und verschiedener Getriebestufen definiert sind (die Kennfelder werden vorab erzeugt und in einem Speicher oder dergleichen gespeichert), eines Beschleunigungskennfelds, das einer aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit und einer aktuellen Getriebestufe entspricht, und anhand des gewählten Beschleunigungskennfelds zum Ermitteln der Sollbeschleunigung, die einer von dem Gasstellungssensor 40 detektierten Gasstellung entspricht.
  • Anschließend fungiert das PCM 60 in Schritt S103 zum Ermitteln des Solldrehmoments des Motors 10, das zum Verwirklichen der in Schritt S102 ermittelten Sollbeschleunigung erforderlich ist. In diesem Fall fungiert das PCM 60 dazu, das Solldrehmoment in einem Drehmomentbereich, der von dem Motor 10 erzeugt werden kann, beruhend auf der aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit, Getriebestufe, Straßengefälle, Straßenoberflächenreibung (μ), etc. zu ermitteln.
  • Anschließend fungiert das PCM 60 in Schritt S104 zum Einstellen eines Sollzündzeitpunkts, der von der Zündkerze 14 auszuführen ist, gemäß der in Schritt S101 erfassten aktuellen Motordrehzahl und dem Antriebszustand des Motors 10, einschließlich des in Schritt S103 ermittelten Solldrehmoments. Im Einzelnen fungiert das PCM 60 zum Berechnen eines angezeigten Solldrehmoments, das durch Addieren eines Verlustdrehmoments aufgrund eines Reibungsverlusts und/oder eines Pumpverlusts zu dem Solldrehmoment erzeugt wird, und zum Wählen aus mehreren Zündzeitkennfeldern (Zündzeit-Frühverstell-Kennfeldern), die eine Beziehung zwischen dem Zündzeitpunkt und dem angezeigten Drehmoment bezüglich verschiedener Ladeeffizienz und verschiedener Motordrehzahl definieren, eines der Zündzeitkennfelder, das der aktuellen Motordrehzahl entspricht und aus dem das angezeigte Solldrehmoment in der Nähe von MBT erfasst werden kann, und zum Festlegen des Sollzündzeitpunkts entsprechend dem angezeigten Solldrehmoment anhand des gewählten Zündzeitkennfelds. Bei Auftreten von Klopfen kann das PCM 60 ferner dazu dienen, den wie vorstehend beschrieben eingestellten Sollzündzeitpunkt zu einer Seite mit spät verstelltem Zündzeitpunkt zu korrigieren.
  • Wenn in den vorliegenden Ausführungsformen die AWS-Steuerung zum Bewirken des beschleunigten Aufwärmens der katalytischen Vorrichtung 35 durchgeführt wird, dient das PCM 60 insbesondere dazu, einen Zündzeitpunkt, der ein um einen vorbestimmten Zündzeitpunkt-Spätverstellbetrag auf spät verstellter Zeitpunkt ist, als Sollzündzeitpunkt einzustellen, der aus dem vorstehend erwähnten Zündzeitkennfeld ermittelt wird (entsprechend dem Referenzzündzeitpunkt, der bei Nichtdurchführen der AWS-Steuerung verwendet wird). Im Einzelnen wird vorab der Zündzeitpunkt-Spätverstellbetrag, der gemäß dem Betriebszustand des Motors 10 einzustellen ist, wenn die AWS-Steuerung durchzuführen ist, als Kennfeld festgelegt (nachstehend als ”Zündzeitpunkt-Spätverstell-Kennfeld” bezeichnet). Wenn die AWS-Steuerung durchzuführen ist, dient das PCM 60 zum Ermitteln des Zündzeitpunkt-Spätverstellbetrags gemäß dem aktuellen Betriebszustand des Motors 10 anhand dieses Kennfelds, um den Sollzündzeitpunkt aus diesem Zündzeitpunkt-Spätverstellbetrag einzustellen. Ferner werden im Folgenden Einzelheiten des Zündzeitpunkt-Spätverstellbetrag-Kennfelds beschrieben.
  • Anschließend fungiert das PCM 60 in Schritt S105 dazu, einen Sollladewirkungsgrad zum Veranlassen des Motors 10, das in Schritt S103 ermittelte Solldrehmoment auszugeben, einzustellen. Im Einzelnen fungiert das PCM 60 dazu, einen erforderlichen mittleren Arbeitsdruck, der zum Ausgeben des vorstehend beschriebenen angezeigten Solldrehmoments nötig ist, und einen Wärmewert (erforderlichen Wärmewert), der dem erforderlichen mittleren Arbeitsdruck entspricht, zum Ermitteln des Sollladewirkungsgrads beruhend entweder auf einem Grundwärmewirkungsgrad oder einem Ist-Wärmewirkungsgrad und dem erforderlichen Wärmewert gemäß einer Maßbeziehung zwischen dem Wärmewirkungsgrad (Grundwärmewirkungsgrad) bei einer bei dem vorstehend beschriebenen Sollzündzeitpunkt eingestellten Bedingung und dem Wärmewirkungsgrad (dem Ist-Wärmewirkungsgrad) unter dem Ist-Antriebszustand des Motors 10 zu ermitteln. Weiterhin fungiert das PCM 60 zum geeigneten Begrenzen des Sollladewirkungsgrads, der wie vorstehend beschrieben beruhend auf dem erforderlichen mittleren Arbeitsdruck oder dergleichen ermittelt wird. Wenn ferner der Zündzeitpunkt um den Zündzeitpunkt-Spätverstellbetrag auf spät verstellt wird, um die AWS-Steuerung wie vorstehend beschrieben durchzuführen, dient das PCM 60 dazu, den Sollladewirkungsgrad zu korrigieren, so dass der Ladebetrag (Ansaugluftmenge) um den Betrag vergrößert werden kann, der dem Zündzeitpunkt-Spätverstellbetrag entspricht, um dadurch das in Schritt S103 ermittelte Solldrehmoment entsprechend von dem Motor 10 ausgeben zu lassen.
  • Anschließend fungiert in Schritt S106 das PCM 60 dazu, die Stellung der Drosselklappe 6 und den Öffnungs- und Schließzeitpunkt des Lufteinlassventils 12 mittels des variablen Lufteinlassventilmechanismus 18 unter Berücksichtigen der von dem Luftmengenmesser 41 detektierten Luftmenge zu ermitteln, so dass die dem in Schritt S105 eingestellten Sollladewirkungsgrad entsprechende Luft zu dem Motor 10 eingeleitet werden kann.
  • In Schritt S107 dient das PCM 60 anschließend dazu, die Drosselklappe 6 und den variablen Lufteinlassventilmechanismus 18 beruhend auf der Drosselstellung und dem Öffnungs- und Schließzeitpunkt des Lufteinlassventils 12, die in Schritt S106 ermittelt werden, zu steuern und auch den Kraftstoffinjektor 13 beruhend auf einem Solläquivalentbetrag, der gemäß dem Betriebszustand des Motors 10 ermittelt wird, und der Ist-Luftmenge, die beruhend auf der Luftmenge usw., die von dem Luftmengenmesser 41 detektiert wird, geschätzt wird, zu steuern.
  • Parallel zu den Prozessen der Schritte S106 bis S107 wird ferner Schritt S108 ausgeführt und das PCM 60 bewirkt ein Erfassen eines Sollladedrucks, der von dem Turbolader 4 vorzusehen ist. Ein Kennfeld, das den Sollladedruck beschreibt, der der jeweiligen Motordrehzahl und/oder Motorlast und/oder dem jeweiligen Solldrehmoment zuzuordnen ist, wird zum Beispiel vorab in dem Speicher oder dergleichen gespeichert, und das PCM 60 dient dazu, den Sollladedruck, der der aktuellen Motordrehzahl und/oder der Motorlast und/oder dem Solldrehmoment entspricht, anhand des Kennfelds zu erhalten. In einem solchen Kennfeld des Sollladedrucks ist der Sollladedruck so definiert, dass das Laden durch den Turbolader 4 mindestens in einem Bereich hoher Last des Motors 10 implementiert wird.
  • Anschließend dient das PCM 60 in Schritt S109 dazu, die Stellung des WG-Ventils 31 zum Verwirklichen des in Schritt S108 erhaltenen Sollladedrucks zu ermitteln.
  • Anschließend dient in Schritt S109 das PCM 60 dazu, den Aktor des WG-Ventils 31 beruhend auf der in Schritt S109 eingestellten Stellung zu steuern. In diesem Fall dient das PCM 60 dazu, den Aktor des WG-Ventils 31 gemäß der in Schritt S109 ermittelten Stellung zu steuern und auch eine Regelung des Aktors durchzuführen, so dass der von dem Drucksensor 43 detektierte Ladedruck sich dem in Schritt S108 erfassten Sollladedruck nähern kann.
  • Parallel zu den Prozessen der Schritte S106 und S107 und denen der Schritte S108 bis S110 wird ferner Schritt S111 ausgeführt, und das PCM 60 bewirkt ein Steuern der Zündkerze 14, so dass die Zündung bei dem in Schritt S104 eingestellten Sollzündzeitpunkt durchgeführt wird.
  • <AWS-Steuerungsprozess>
  • Als Nächstes erfolgt anhand 4 eine Beschreibung zu einem Grundprozess einer AWS-Steuerung, die in den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird. 4 ist ein Flussdiagramm, das einen AWS-Steuerungsprozess nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Der AWS-Steuerungsprozess wird mit einem vorgegebenen Zykluszeitraum von dem PCM 60 wiederholt und parallel zu dem in 3 dargestellten Motorsteuerungsprozess ausgeführt.
  • Zunächst dient das PCM 60 in Schritt S201 zum Erfassen verschiedener Informationssignale des Fahrzeugs. Das PCM 60 dient im Einzelnen dazu, das von dem Gasstellungssensor 40 detektierte Gasstellungssignal, das von dem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 53 detektierte Fahrzeuggeschwindigkeitssignal, ein Motordrehzahlsignal, das dem von dem Kurbelwinkelsensor 46 detektierten Kurbelwinkelsignal entspricht, das Motorlastsignal, das der von dem Luftmengenmesser 41 detektierten Ansaugluftmenge entspricht, und/oder das von dem Temperatursensor 49 detektierte Wassertemperatursignal zu erfassen. Ferner dient das PCM 60 dazu, ein die Temperatur der katalytischen Vorrichtung 35 (Katalysatortemperatur) repräsentierendes Signal zu erfassen. Im Grunde wird die Katalysatortemperatur beruhend auf der Abgastemperatur bei Fortbewegung des Fahrzeugs geschätzt, und unmittelbar nach Anlassen des Fahrzeugs wird sie beruhend auf der geschätzten Katalysatortemperatur bei Beenden des Fahrzeugbetriebs und einer Einwirkzeit (Zeit von Abschalten bis Anlassen des Motors) geschätzt.
  • Anschließend dient in Schritt S202 das PCM 60 dazu zu ermitteln, ob sich der Motor in einem Kaltstartzustand befindet. Das PCM 60 dient im Einzelnen dazu zu ermitteln, ob die in Schritt S201 erfasste Wassertemperatur kleiner oder gleich der vorbestimmten Temperatur (zum Beispiel 40 Grad Celsius) ist oder nicht und die in Schritt S201 erfasste Katalysatortemperatur kleiner oder gleich der vorbestimmten Temperatur (zum Beispiel 350 Grad Celsius) ist. In diesem Fall dient das PCM 60 dazu zu ermitteln, dass der Motor in dem Kaltstartzustand ist, wenn die Wassertemperatur kleiner oder gleich der vorbestimmten Temperatur ist und die Katalysatortemperatur kleiner oder gleich dem vorbestimmten Wert ist. Durch Vornehmen einer solchen Ermittlung in Schritt S202 dient das PCM 60 zum Ermitteln, ob sich die katalytische Vorrichtung 35 in einem aktivierten Zustand befindet oder nicht.
  • Infolge der Ermittlung in Schritt S202 rückt der Prozess zu Schritt S203 vor, wenn ermittelt wird, dass sich der Motor in dem Kaltstartzustand befindet (Schritt S202: Ja). Da sich die katalytische Vorrichtung 35 nicht in dem aktivierten Zustand befindet, dient nach Schritt S203 das PCM 60 dazu, die AWS-Steuerung zum Beschleunigen des Aufwärmens der katalytischen Vorrichtung 35 auszuführen. Wenn dagegen nicht ermittelt wird, dass sich der Motor in dem Kaltstartzustand befindet (Schritt S202: Nein), wird der Prozess beendet. Da sich in diesem Fall die katalytische Vorrichtung in dem aktivierten Zustand befindet, führt das PCM 60 nicht die AWS-Steuerung aus.
  • In Schritt S203 dient das PCM 60 zum Ermitteln, ob sich der Motor in einem Leerlaufbetrieb befindet oder nicht. Das PCM 60 ermittelt mit anderen Worten, ob das Fahrzeug angehalten hat oder nicht. Im Einzelnen ermittelt das PCM 60, ob die in Schritt S201 erfasste Gasstellung 0 ist oder nicht und die in Schritt S201 erfasste Fahrzeuggeschwindigkeit 0 ist. In diesem Fall dient das PCM 60 zum Ermitteln, dass sich der Motor in dem Leerlaufbetrieb befindet, wenn die Gasstellung 0 ist und die Fahrzeuggeschwindigkeit 0 ist.
  • Wenn infolge der Ermittlung in Schritt S203 ermittelt wird, dass sich der Motor in dem Leerlaufbetrieb befindet (Schritt S203: Ja), wenn das Fahrzeug mit anderen Worten angehalten hat, rückt der Prozess zu Schritt S204 vor. In Schritt S204 dient das PCM 60, um zum Ausführen der AWS-Steuerung eine Ansaugluftmengensteuerung zum Vergrößern der Ansaugluftmenge und eine Zündzeitpunktsteuerung zum Spätverstellen des Zündzeitpunkts von dem Referenzzündzeitpunkt durchzuführen, während es eine Kraftstoffeinspritzsteuerung zum Einspritzen von Kraftstoff so durchführt, dass verglichen mit einem Bereich um die Zündkerze 14 in dem Brennraum 11 eine Schicht eines konzentrierten oder fetten Kraftstoff-Luft-Gemisches in der Nähe der Zündkerze 14 gebildet wird, um eine Schichtladungsverbrennung zu erzeugen. Im Folgenden wird eine solche AWS-Steuerung, die bei Anhalten des Fahrzeugs durchgeführt wird, als ”AWS-Steuerung mit schwacher Schichtladung” bezeichnet. Eine solche AWS-Steuerung mit schwacher Schichtladung entspricht einer ersten Aufwärmungssteuerung.
  • Wenn im Einzelnen die AWS-Steuerung mit schwacher Schichtladung durchgeführt wird, dient das PCM 60 dazu, die Zündzeitpunktsteuerung zum Spätverstellen des Zündzeitpunkts von dem Referenzzündzeitpunkt um den Zündzeitpunkt-Spätverstellbetrag gemäß dem Betriebszustand des Motors 10 (zum Beispiel Ansteuerwerte einer Klimaanlage und/oder eines Generators und/oder einer Ölpumpe und/oder einer externen Last des Motors 10, etwa Umschalten zwischen EIN/AUS) durchzuführen und auch die Ansaugluftmengensteuerung zum Vergrößern der Ansaugluftmenge beruhend auf dem Zündzeitpunkt-Spätverstellbetrag durchzuführen, während die Kraftstoffeinspritzsteuerung (insbesondere die Steuerung des Kraftstoffeinspritzzeitpunkts) zum Verwirklichen der Verbrennung mit schwacher Schichtladung durchgeführt wird.
  • Wenn dagegen nicht ermittelt wird, dass sich der Motor in dem Leerlaufbetrieb befindet (Schritt S203: Nein), wenn sich mit anderen Worten das Fahrzeug fortbewegt, rückt der Prozess zu Schritt S205 vor. In Schritt S205 dient das PCM 60 dazu, um zum Ausführen der AWS-Steuerung die Ansaugluftmengensteuerung zum Vergrößern der Ansaugluftmenge und die Zündzeitpunktsteuerung zum Spätverstellen des Zündzeitpunkts von dem Referenzzündzeitpunkt durchzuführen, während es eine Kraftstoffeinspritzsteuerung zum Einspritzen von Kraftstoff so durchführt, dass in dem Brennraum 11 ein homogenes Kraftstoff-Luft-Gemisch gebildet wird, um eine homogene Verbrennung zu erzeugen. Im Folgenden wird eine solche AWS-Steuerung, die bei Fortbewegung des Fahrzeugs durchgeführt wird, als ”AWS-Steuerung homogenen Verbrennung” bezeichnet. Eine solche AWS-Steuerung mit homogener Verbrennung entspricht einer zweiten Aufwärmungssteuerung.
  • Wenn im Einzelnen die AWS-Steuerung mit homogener Verbrennung durchgeführt wird, dient das PCM 60 zum Durchführen der Zündzeitsteuerung zum Spätverstellen des Zündzeitpunkts von dem Referenzzündzeitpunkt um den Zündzeitpunkt-Spätverstellbetrag gemäß dem Betriebszustand des Motors 10 (Motordrehzahl und Motorlast) und der Ansaugluftmengensteuerung zum Vergrößern der Ansaugluftmenge beruhend auf dem Zündzeitpunkt-Spätverstellbetrag, während es eine Kraftstoffeinspritzsteuerung (insbesondere die Steuerung des Kraftstoffeinspritzzeitpunkts) zum Verwirklichen der homogenen Verbrennung durchführt. Wenn diese AWS-Steuerung mit homogener Verbrennung durchgeführt wird, dient das PCM 60 dazu, den Zündzeitpunkt-Spätverstellbetrag beruhend auf einem Zündzeitpunkt-Spätverstell-Kennfeld einzustellen (siehe 8 und 9), das im Folgenden beschrieben wird. Im Grunde ist unter dem gleichen Betriebszustand des Motors 10 der bei der AWS-Steuerung mit homogener Verbrennung verwendete Zündzeitpunkt-Spätverstellbetrag kleiner als der bei der AWS-Steuerung mit schwacher Schichtladung verwendete Zündzeitpunkt-Spätverstellbetrag.
  • Nach Durchführen der AWS-Steuerung mit schwacher Schichtladung in Schritt S204 oder der AWS-Steuerung mit homogener Verbrennung in Schritt S205 rückt der Prozess anschließend zu Schritt S206 vor. In Schritt S206 dient das PCM 60 zum Ermitteln, ob die Ausführungszeit der AWS-Steuerung mit schwacher Schichtladung größer oder gleich einer ersten vorbestimmten Zeit (zum Beispiel 30 Sekunden) ist oder nicht. Die hierin verwendete Ausführungszeit der AWS-Steuerung mit schwacher Schichtladung wird durch ein Kumulieren der Ausführungszeiten, bei denen die AWS-Steuerung mit schwacher Schichtladung angewendet wird, ermittelt. Wenn zum Beispiel die AWS-Steuerung mit homogener Verbrennung nach der AWS-Steuerung mit schwacher Schichtladung durchgeführt wird und dann die AWS-Steuerung mit schwacher Schichtladung erneut durchgeführt wird, wird die Kumulation der Ausführungszeit der ersten AWS-Steuerung mit schwacher Schichtladung und die der zweiten AWS-Steuerung mit schwacher Schichtladung als Ausführungszeit für das Vornehmen der Ermittlung in Schritt S206 verwendet. Die in Schritt S206 verwendete erste vorbestimmte Zeit wird ferner beruhend auf der Ausführungszeit der AWS-Steuerung mit schwacher Schichtladung, die zum ausreichenden Aufwärmen der katalytischen Vorrichtung 35 erforderlich ist, ermittelt. Beim Ermitteln der ersten vorbestimmten Zeit können Kraftstoffverbrauch und/oder Verschlechterung des Fahrverhaltens, die durch das Ausführen der AWS-Steuerung mit schwacher Schichtladung hervorgerufen werden, berücksichtigt werden.
  • Wenn infolge der Ermittlung von Schritt S206 ermittelt wird, dass die Ausführungszeit der Ausführungszeit der AWS-Steuerung mit schwacher Schichtladung größer oder gleich der ersten vorbestimmten Zeit ist (Schritt S206: Ja), rückt der Prozess zu Schritt S208 vor, und das PCM 60 bewirkt ein Beenden des Ausführens der AWS-Steuerung. Wenn im Einzelnen die AWS-Steuerung mit schwacher Schichtladung bis dahin ausgeführt wurde, bewirkt das PCM 60 ein Beenden dieser AWS-Steuerung mit schwacher Schichtladung. Wenn die AWS-Steuerung mit homogener Verbrennung bis dahin ausgeführt wurde, bewirkt das PCM 60 ein Beenden dieser AWS-Steuerung mit homogener Verbrennung.
  • Wenn dagegen nicht ermittelt wird, dass die Ausführungszeit der AWS-Steuerung mit schwacher Schichtladung größer oder gleich der ersten vorbestimmten Zeit ist (Schritt S206: Nein), wenn mit anderen Worten die Ausführungszeit der AWS-Steuerung mit schwacher Schichtladung kleiner als die erste vorbestimmte Zeit ist, rückt der Prozess zu Schritt S207 vor. In Schritt S207 dient das PCM 60 zum Ermitteln, ob die verstrichene Zeit nach dem Motorstart größer oder gleich der zweiten vorbestimmten Zeit (zum Beispiel 80 Sekunden) ist oder nicht. Die zweite vorbestimmte Zeit wird als Zeit ermittelt, die länger als die vorstehend erwähnte erste Zeit ist, und wird ermittelt unter Berücksichtigung der Verschlechterung des Kraftstoffverbrauchs und/oder der Verschlechterung des Fahrverhaltens, die durch das Langzeitausführen der AWS-Steuerung hervorgerufen werden, zusätzlich zur Ausführungszeit der AWS-Steuerung, die zum ausreichenden Aufwärmen der katalytischen Vorrichtung 35 erforderlich ist (zum Beispiel die Zeit, in der nur die AWS-Steuerung mit homogener Verbrennung ausgeführt wird).
  • Unter dem Kaltstart (wenn sich die katalytische Vorrichtung 35 nicht in dem aktivierten Zustand befindet) werden ferner aufgrund des Wechsels des Betriebszustands zwischen Situationen, bei denen das Fahrzeug anhält (Leerlaufbetrieb) und bei denen sich das Fahrzeug fortbewegt, die AWS-Steuerung mit schwacher Schichtladung und die homogene AWS-Steuerung abwechselnd ausgeführt. Die in Schritt S207 verwendete verstrichene Zeit nach dem Motorstart kann somit im Grunde der Zeit entsprechen, die durch Summieren der Ausführungszeit der AWS-Steuerung mit schwacher Schichtladung und der Ausführungszeit der AWS-Steuerung mit homogener Verbrennung erhalten wird.
  • Wenn infolge der Ermittlung in Schritt S207 ermittelt wird, dass die verstrichene Zeit nach dem Motorstart größer oder gleich der zweiten vorbestimmten Zeit ist (Schritt S207: Ja), rückt der Prozess zu Schritt S208 vor, und dann bewirkt das PCM 60 ein Beenden des Ausführens sowohl der AWS-Steuerung mit schwacher Schichtladung als auch der AWS-Steuerung mit homogener Verbrennung. Wenn dagegen nicht ermittelt wird, dass die verstrichene Zeit nach dem Motorstart größer oder gleich der zweiten vorbestimmten Zeit ist (Schritt S207: Nein), wenn mit anderen Worten die verstrichene Zeit nach dem Motorstart kleiner als der zweite vorbestimmte Wert ist, kehrt der Prozess zu Schritt S203 zurück. In diesem Fall bewirkt das PCM 60 erneut ein Durchführen von Schritten nach dem vorstehend erwähnten Schritt S203, um die AWS-Steuerung fortzusetzen.
  • Bei dem vorstehend erwähnten AWS-Steuerungsprozess wird ferner die AWS-Steuerung beruhend auf Zeit (im Einzelnen der Ausführungszeit der Schichtladungs-AWS-Steuerung und/oder der verstrichenen Zeit nach dem Motorstart) beendet, doch kann es möglich sein, die AWS-Steuerung unter Berücksichtigung dieser Zeit sowie der gesamten oder kumulierten Kraftstoffeinspritzmenge (entsprechend dem an der katalytischen Vorrichtung 35 angelegten Wärmebetrag) und/oder der wie vorstehend beschrieben geschätzten Katalysatortemperatur zu beenden. Im Einzelnen kann die AWS-Steuerung beendet werden, wenn eine der folgenden Bedingungen erfüllt ist: die Ausführungszeit der Schichtladungs-AWS-Steuerung ist größer oder gleich der ersten vorbestimmten Zeit; die verstrichene Zeit nach dem Motorstart ist größer oder gleich der zweiten vorbestimmten Zeit; die gesamte oder kumulierte Kraftstoffeinspritzmenge ist größer oder gleich einer vorbestimmten Menge; und die geschätzte Katalysatortemperatur ist größer oder gleich einer vorbestimmten Temperatur.
  • <Verbrennung schwacher Schichtladung und homogene Verbrennung>
  • Als Nächstes werden anhand von 5 bis 7 die Verbrennung schwacher Schichtladung und die homogene Verbrennung konkret beschrieben.
  • 5 ist eine Darstellung, die schematisch einen jeweiligen Verteilungszustand (Konzentrationsverteilung) des in dem Brennraum 11 des Motors 10 vor (unmittelbar vor) Erzeugen der Verbrennung schwacher Schichtladung oder der homogenen Verbrennung gebildeten Kraftstoff-Luft-Gemisches zeigt. Wie in Diagramm (a) von 5 gezeigt ist, wird unmittelbar vor Erzeugen der Verbrennung schwacher Schichtladung das Kraftstoff-Luft-Gemisch in dem Brennraum 11 in der Nähe der Zündkerze 14 (spezifisch in der Nähe einer Elektrode der Zündkerze 14) relativ fett und um einen solchen fetten Bereich herum relativ mager, was einen Zustand schwacher Schichtladung erzeugt. Wie in Diagramm (b) von 5 gezeigt ist, wird dagegen unmittelbar vor Erzeugen der homogenen Verbrennung in dem Brennraum 11 ein homogenes Kraftstoff-Luft-Gemisch gebildet, mit anderen Worten wird der Zustand gebildet, in dem der Kraftstoff in dem gesamten Brennraum 11 verteilt wird.
  • Da die Verbrennung schwacher Schichtladung einen besseren Verbrennungszustand erzeugt als die homogene Verbrennung, wird in den vorliegenden Ausführungsformen bei Anhalten des Fahrzeugs die AWS-Steuerung ausgeführt, während die Verbrennung schwacher Schichtladung erzeugt wird (mit anderen Worten die AWS-Steuerung mit schwacher Schichtladung). Wenn dagegen die Verbrennung schwacher Schichtladung in einem Fall genutzt wird, bei dem die AWS-Steuerung bei Fortbewegung des Fahrzeugs ausgeführt wird, kann ein Fall vorliegen, bei dem eine erwünschte Verbrennung schwacher Schichtladung aufgrund einer Änderung des Betriebszustands des Motors 10 nicht hergestellt werden kann, und es kann Fehlzündung eintreten. Wenn sich daher in den vorliegenden Ausführungsformen das Fahrzeug fortbewegt, wird die AWS-Steuerung (mit anderen Worten eine AWS-Steuerung mit homogener Verbrennung) ausgeführt, während die homogene Verbrennung anstelle der Verbrennung schwacher Schichtladung erzeugt wird. Da aber wie vorstehend dargelegt die homogene Verbrennung verglichen mit der Verbrennung schwacher Schichtladung einen schlechteren Verbrennungszustand erzeugt, wird bei Ausführen der AWS-Steuerung mit homogener Verbrennung unter dem gleichen Betriebszustand des Motors 10 der Zündzeitpunkt-Spätverstellbetrag kleiner als bei Ausführen der AWS-Steuerung mit schwacher Schichtladung ausgelegt.
  • Der Grad der Schichtung des Kraftstoff-Luft-Gemisches in dem Brennraum 11 des Motors 10 wird hier als ”Schichtungsgrad” bezeichnet. Ein solcher Schichtungsgrad entspricht zum Beispiel dem Konzentrationsverhältnis des in dem Gas in der Nähe der Zündkerze 14 enthaltenen Kraftstoffs bezüglich der Konzentration des in dem Gas in dem gesamten Brennraum 11 enthaltenen Kraftstoffs, und der Schichtungsgrad zeigt einen höheren Wert, wenn das Verhältnis größer wird (es kann eine Differenz zwischen dem Konzentrationsverhältnis von in Gas in der Nähe der Zündkerze 14 enthaltenem Kraftstoff und der Konzentration von in Gas des Bereichs um diesen Bereich enthaltenem Kraftstoff verwendet werden). Der Zustand des Brennraums 11 bei Erzeugen der vorstehend erwähnten Verbrennung schwacher Schichtladung (der Zustand schwacher Schichtladung) weist einen höheren Schichtungsgrad auf als der Zustand des Brennraums 11 bei Erzeugen der homogenen Verbrennung. Das PCM 60 bewirkt ein Steuern des Kraftstoffinjektors 13, bewirkt konkreter ein Steuern der Kraftstoffeinspritzzeit des Kraftstoffinjektors 13, um den Schichtungsgrad in dem Brennraum 11 zu ändern. Insbesondere bewirkt das PCM 60 ein Steuern des Kraftstoffeinspritzzeitpunkts des Kraftstoffinjektors 13, um zum Zeitpunkt der AWS-Steuerung entweder die Verbrennung schwacher Schichtladung oder die homogene Verbrennung zu verwirklichen.
  • Als Nächstes erfolgt unter Verweis auf 6 eine Beschreibung spezifisch zum Kraftstoffeinspritzzeitpunkt, der verwendet wird, wenn in den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung die AWS-Steuerung mit schwacher Schichtladung bzw. die AW-Steuerung mit homogener Verbrennung durchzuführen ist. Diagramm (a) von 6 stellt den Kraftstoffeinspritzzeitpunkt und den Zündzeitpunkt dar, die genutzt werden, wenn die AWS-Steuerung schwacher Schichtladung durchgeführt wird, und Diagramm (b) von 6 stellt den Kraftstoffeinspritzzeitpunkt und den Zündzeitpunkt dar, die genutzt werden, wenn die AW-Steuerung mit homogener Verbrennung durchgeführt wird. Die Diagramme (a) und (b) von 6 zeigen jeweils den Kurbelwinkel an der horizontalen Achse.
  • Wie in Diagramm (a) von 6 gezeigt ist, bewirkt das PCM 60 bei Durchführen der AWS-Steuerung schwacher Schichtladung ein Steuern des Kraftstoffinjektors 13 so, dass eine Einspritzung des Kraftstoffs in zwei Teile unterteilt wird, im Einzelnen einmal in dem Luftansaugtakt und einmal in dem Verdichtungstakt, d. h. es werden insgesamt zwei Einspritzungen pro Zyklus durchgeführt. Im Einzelnen bewirkt das PCM 60 ein Steuern des Kraftstoffinjektors 13 durch Starten der ersten Kraftstoffeinspritzung bei einem vorbestimmten Zeitpunkt T11 in der späten Phase des Luftansaugtakts und Starten der zweiten Kraftstoffeinspritzung bei einem vorbestimmten Zeitpunkt T12 in der mittleren Phase des Verdichtungstakts. Durch Teilen der Kraftstoffeinspritzung wie beschrieben in zwei Teile bei geeigneten Zeitpunkten wird in dem Brennraum 11 ein Zustand schwacher Schichtladung gebildet. Mit der ersten Kraftstoffeinspritzung in dem Luftansaugtakt wird in dem Brennraum 11 im Einzelnen eine beschleunigte Verdampfung und Zerstäubung erzeugt und mit der zweiten Kraftstoffeinspritzung in dem Verdichtungstakt wird dann eine fette Kraftstoff-Luft-Schicht hoher Kraftstoffkonzentration in der Nähe der Zündkerze 14 gebildet. Wie in Diagramm (a) von 6 gezeigt ist, bewirkt das PCM 60 ferner bei Durchführen der AWS-Steuerung schwacher Schichtladung ein Steuern des Betriebs der Zündkerze 14 so, dass eine Zündung bei einem Zündzeitpunkt T13 erfolgt, bei dem ein relativ großer Spätverstellbetrag gegenüber dem Referenzzündzeitpunkt verwendet wird. In dem in Diagramm (a) von 6 gezeigten Beispiel ist dieser Zündzeitpunkt T13 ein Zeitpunkt, der im Wesentlichen jenseits des oberen Totpunkts (OT) der Verdichtung liegt.
  • Wie in Diagramm (b) von 6 gezeigt ist, bewirkt das PCM 60 dagegen bei Durchführen der homogenen AWS-Steuerung ein Steuern des Kraftstoffinjektors 13 so, dass Kraftstoff nur einmal in dem Luftansaugtakt eingespritzt wird. Das PCM 60 bewirkt im Einzelnen ein Steuern des Kraftstoffinjektors 13 so, dass die Kraftstoffeinspritzung bei einem vorbestimmten Zeitpunkt T21 in der frühen Phase des Luftansaugtakts gestartet wird. Wie in Diagramm (b) von 6 gezeigt ist, bewirkt das PCM 60 ferner bei Durchführen der homogenen AWS-Steuerung ein Steuern des Betriebs der Zündkerze 14 so, dass eine Zündung bei einem Zündzeitpunkt T22 erfolgt, bei dem ein relativ kleiner Spätverstellbetrag (konkret ist der Betrag kleiner als der vorstehende Zündzeitpunkt-Spätverstellbetrag, der bei der AWS-Steuerung mit schwacher Schichtladung verwendet wird) auf den Referenzzündzeitpunkt angewendet wird. In dem in Diagramm (b) von 6 gezeigten Beispiel übersteigt der Zündzeitpunkt T22 nicht den oberen Totpunkt (OT) der Verdichtung. Wenn die homogene AWS-Steuerung durchgeführt wird, ist sie nicht auf das Durchführen der Kraftstoffeinspritzung einmal pro Zyklus beschränkt. Der Kraftstoffeinspritzvorgang kann in zwei oder mehr Einspritzteile unterteilt sein.
  • Als Nächstes erfolgt anhand von 7 eine Beschreibung eines Aspekts, bei dem der Zustand schwacher Schichtladung in dem Brennraum 11 des Motors 10 gebildet wird. Wie in Diagramm (a) von 7 gezeigt ist, wird ein Kraftstoffstrahl Ga von einem Einspritzloch des Mehrloch-Kraftstoffinjektors 13 hin zu einem Innenumfang 15b mit einer im Wesentlichen halbkugelförmigen Gestalt einer konkaven Mulde 15a, die auf einer Bodenfläche des Kolbens 15 ausgebildet ist, gerichtet. Wie in Diagramm (b) von 7 gezeigt, wird somit der Kraftstoffstrahl Ga durch eine ringförmige geneigte Fläche 15d des Innenumfangs 15b gelenkt und gleichmäßig und effektiv nach oben umgelenkt, um hin zu der Zündkerze 14 gerichtet zu werden.
  • Wie in Diagramm (a) von 7 gezeigt ist, wird dagegen ein Kraftstoffstrahl Gb von einem anderen Einspritzloch (dem Einspritzloch, das sich von dem vorstehend erwähnten einen Einspritzloch unterscheidet, das den Kraftstoffstrahl Ga erzeugt) des Kraftstoffinjektors 13 hin zu einer Aufnahmefläche 15c gerichtet. Somit kollidiert der Kraftstoffstrahl Gb mit der Aufnahmefläche 15c, so dass sein Moment abgeschwächt wird, und somit driftet der Kraftstoff in dem Strahl Gb in dem Bereich oberhalb der Aufnahmefläche 15c. Hierin ist zu beachten, dass nach Passieren des Kraftstoffstrahls Ga ein Unterdruck erzeugt wird, der Gas in die konkave Mulde 15a saugt, so dass wie in Diagramm (b) von 7 gezeigt der Kraftstoffstrahl Gb durch den Unterdruck in die konkave Mulde 15a gesaugt wird.
  • Durch den in die konkave Mulde 15a gesaugten Kraftstoffstrahl Gb zusätzlich zu dem Kraftstoffstrahl Ga kann somit eine größere Kraftstoffmenge in der Nähe der Zündkerze 14 vorhanden sein, und dadurch kann in der Nähe der Zündkerze 14 ein fettes Kraftstoff-Luft-Gemisch mit einer hohen Kraftstoffkonzentration vorhanden sein. In dem Brennraum 11 kann mit anderen Worten der Zustand schwacher Schichtladung ausgebildet sein.
  • <Zündzeitpunkt-Spätverstell-Kennfeld>
  • Als Nächstes erfolgt eine Beschreibung des Zündzeitpunkt-Spätverstell-Kennfelds gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wie vorstehend beschrieben wird das Zündzeitpunkt-Spätverstell-Kennfeld zum Ermitteln des Zündzeitpunkt-Spätverstellbetrags genutzt, der in dem Fall zum Einsatz kommt, da die AWS-Steuerung mit homogener Verbrennung in Schritt S203 des AWS-Steuerungsprozesses von 4 durchzuführen ist. Bei dem Zündzeitpunkt-Spätverstell-Kennfeld ist der Zündzeitpunkt-Spätverstellbetrag, der bei der AWS-Steuerung mit homogener Verbrennung genutzt werden sollte, vorläufig sowohl Motorlast als auch Motordrehzahl zugeordnet. Konkret umfasst der Zündzeitpunkt-Spätverstellbetrag in dem Zündzeitpunkt-Spätverstell-Kennfeld einen solchen Betrag, dass das Fahrverhalten sichergestellt werden kann und dass die katalytische Vorrichtung 35 durch die AWS mit homogener Verbrennung frühzeitig aufgewärmt werden kann, ohne den Kraftstoffverbrauch zu sehr zu verschlechtern. Mit der Aussage, dass das Fahrverhalten sichergestellt wird, ist hierin gemeint, dass die Aussage nicht nur das Unterbinden von Fehlzündung, sondern auch das Unterdrücken von Verbrennungsgeräusch, das durch die Zunahme der Ansaugluftmenge aufgrund des auf spät verstellten Zündzeitpunkts hervorgerufen wird, umfasst.
  • Zunächst erfolgt anhand von 8 eine Beschreibung einer Beziehung zwischen der Motordrehzahl und dem Zündzeitpunkt-Spätverstellbetrag, der in dem Zündzeitpunkt-Spätverstell-Kennfeld gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung festgelegt ist. 8 ist ein Graph des Kennfelds des Zündzeitpunkt-Spätverstellbetrags, der spezifisch eine Beziehung zwischen der Motorlast (horizontale Achse) und dem Zündzeitpunkt-Spätverstellbetrag (vertikale Achse) unter der gleichen Motordrehzahl zeigt.
  • Wie in 8 gezeigt ist, ist in der vorliegenden Ausführungsform unter einem Motorlastbereich, der durch das Bezugszeichen R11 gezeigt ist, das Zündzeitpunkt-Spätverstell-Kennfeld so festgelegt, dass unter der gleichen Motordrehzahl eine Niederlastseite des Motorlastbereichs einen kleineren Zündzeitpunkt-Spätverstellbetrag als eine Hochlastseite des Motorlastbereichs aufweist. Im Grunde wird in dem Motorlastbereich R11 der Zündzeitpunkt-Spätverstellbetrag allmählich kleiner, wenn die Motorlast geringer wird. Da eine Gasströmung in dem Brennraum 11 in dem Niederlastbereich klein ist, tendiert die Flammenausbreitung dazu, schwach zu werden, und da Verbrennungsstabilität in dem Hochlastbereich geringer wird, besteht eine Tendenz, dass das Fahrverhalten verschlechtert wird, wenn der Zündzeitpunkt in dem Niederlastbereich stark auf spät verstellt wird. In der vorliegenden Ausführungsform wird daher der Zündzeitpunkt-Spätverstellbetrag kleiner ausgelegt, wenn die Motorlast niedriger wird, um eine solche Verschlechterung des Fahrverhaltens zu unterbinden.
  • Wie ferner in 8 gezeigt ist, ist in der vorliegenden Ausführungsform unter einer Hochlastseite des Motorlastbereichs, die durch Bezugszeichen R12 gezeigt ist, das Zündzeitpunkt-Spätverstell-Kennfeld so festgelegt, dass der Zündzeitpunkt-Spätverstellbetrag kleiner als der vorstehend erwähnte Motorlastbereich R11 wird. Im Einzelnen entspricht der Motorlastbereich R12 einem Ladebereich, bei dem Laden durch den Turbolader 4 effektiv durchgeführt wird, und der Motorlastbereich R11 entspricht einem Nichtladebereich, bei dem Laden durch den Turbolader 4 nicht durchgeführt wird, und der Zeitpunkt-Spätverstellbetrag in dem Motorlastbereich R12, der ein solcher Ladebereich ist, ist im Wesentlichen 0, es wird mit anderen Worten ein Spätverstellen des Zündzeitpunkts von dem Referenzzündzeitpunkt unterbunden. In dem Ladebereich ist der Betrag der Drehmomentänderung bezüglich der Änderung des Zündzeitpunkt-Spätverstellbetrags größer als in dem Nichtladebereich, und in dem Ladebereich ist die Drehmomentanpassung zum Zeitpunkt der AWS-Steuerung aufgrund der mangelhaften Fähigkeit, dem Sollladedruck während der Ladesteuerung beruhend auf einem Sollladedruck zu folgen, schwierig. Da der eingespritzte Wärmebetrag in dem Ladebereich dagegen groß ist, kann die Temperatur der katalytischen Vorrichtung 35 auch ohne Spätverstellen des Zündzeitpunkts ausreichend angehoben werden. In der vorliegenden Ausführungsform wird daher das Spätverstellen des Zündzeitpunkts von dem Referenzzündzeitpunkt in dem Ladebereich unterbunden, um die Drehmomentänderung, die durch Spätverstellen des Zündzeitpunkts in dem Ladebereich hervorgerufen wird, zu unterbinden. In diesem Fall kann in dem Ladebereich das Ausführen der AWS-Steuerung selbst unterbunden werden.
  • Die die Grenze des Ladebereichs und des Nichtladebereichs festlegende Motorlast L1 ist ferner die Motorlast, mit der der Ladewirkungsgrad im Wesentlichen 1 wird. Das Laden mit dem Turbolader 4 wird mit anderen Worten in dem Lastbereich, in dem der Ladewirkungsgrad 1 oder höher ist, implementiert.
  • Als Nächstes erfolgt anhand von 9 eine Beschreibung einer Beziehung zwischen der Motordrehzahl und dem Zündzeitpunkt-Spätverstellbetrag, der in dem Zündzeitpunkt-Spätverstell-Kennfeld festgelegt ist, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 9 ist ein Graph des Kennfelds des Zündzeitpunkt-Spätverstellbetrags, der spezifisch die Beziehung zwischen der Motordrehzahl (horizontale Achse) und dem Zündzeitpunkt-Spätverstellbetrag (vertikale Achse) unter der gleichen Motorlast zeigt.
  • Wie in 9 gezeigt ist, ist in der vorliegenden Ausführungsform das Zündzeitpunkt-Spätverstell-Kennfeld so festgelegt, dass der Zündzeitpunkt-Spätverstellbetrag unter der gleichen Motorlast in dem Bereich hoher Drehzahl größer als in dem Bereich Lastdrehzahl ist. Im Grunde zeigt der Zündzeitpunkt-Spätverstellbetrag einen größeren Wert, wenn die Motordrehzahl steigt. Wenn die Motordrehzahl steigt, wird die Gasströmung in dem Brennraum 11 größer und auch die Verbrennungsstabilität wird höher, so dass weniger Verbrennungsinstabilität vorliegt, selbst wenn der Zündzeitpunkt um einen relativ großen Betrag auf spät verstellt wird. In der vorliegenden Ausführungsform wird somit der Zündzeitpunkt-Spätverstellbetrag größer ausgelegt, wenn die Motordrehzahl steigt, so dass die Temperatur der katalytischen Vorrichtung 35 schneller angehoben werden kann.
  • <Zeitdiagramm>
  • Als Nächstes erfolgt anhand von 10 eine Beschreibung eines Ergebnisses eines Falls, bei dem der AWS-Steuerungsprozess (siehe 4) gemäß den vorstehend erwähnten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ausgeführt wird. 10 zeigt ein Beispiel eines Zeitdiagramms bei Ausführen des AWS-Steuerungsprozesses gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Im Einzelnen zeigt 10 beginnend von oben die Fahrzeuggeschwindigkeit, die Motordrehzahl, den Ladewirkungsgrad, den Zündzeitpunkt, den Zündzeitpunkt-Spätverstellbetrag, die Temperatur an der Seite stromaufwärts des Katalysators (die Temperatur unmittelbar stromaufwärts der katalytischen Vorrichtung 35) und die Temperatur an der Seite stromabwärts des Katalysators (die Temperatur unmittelbar stromabwärts der katalytischen Vorrichtung 35). In 10 zeigt ferner der Graph durchgehender Linie das Ergebnis bei Ausführen des AWS-Steuerungsprozesses gemäß der vorliegenden Ausführungsform, und der gestrichelte Graph zeigt das Ergebnis bei Ausführen der AWS-Steuerung gemäß einem Vergleichsbeispiel. In dem Vergleichsbeispiel wird die AWS-Steuerung (konkret die AWS-Steuerung mit schwacher Schichtladung) nur ausgeführt, wenn das Fahrzeug anhält, und die AWS-Steuerung wird nicht ausgeführt, wenn sich das Fahrzeug fortbewegt.
  • Bei Zeit t1, die einen Zeitpunkt unmittelbar nach Motorstart zeigt, ist, da der Motor bei Kaltstart und im Leerlaufbetrieb ist, zunächst spezifisch die Wassertemperatur kleiner oder gleich der vorbestimmten Temperatur, die Katalysatortemperatur ist kleiner oder gleich der vorbestimmten Temperatur, die Gasstellung ist 0 und die Fahrzeuggeschwindigkeit ist 0. Daher wird die AWS-Steuerung mit schwacher Schichtladung sowohl in der vorliegenden Ausführungsform als auch in dem Vergleichsbeispiel ausgeführt, so dass der Zündzeitpunkt unter der schwachen geschichteten Verbrennung auf spät verstellt ist. Da dann bei Zeit t12 die Fahrzeuggeschwindigkeit über 0 hinaus erhöht wird und sich das Fahrzeug in einen Fortbewegungszustand begibt, wird in der vorliegenden Ausführungsform die AWS-Steuerung mit schwacher Schichtladung beendet und die AWS-Steuerung mit homogener Verbrennung gestartet, so dass der Zündzeitpunkt unter einer homogenen Verbrennung auf spät verstellt wird. Die AWS-Steuerung mit schwacher Schichtladung wird mit anderen Worten zu der AWS-Steuerung mit homogener Verbrennung umgeschaltet. In dem Vergleichsbeispiel dagegen wird die AWS-Steuerung mit schwacher Schichtladung bei der Zeit t12 beendet. In diesem Fall wird das Spätverstellen des Zündzeitpunkts beendet und der Zündzeitpunkt wird auf den Referenzzündzeitpunkt gestellt.
  • Da anschließend bei Zeit t13 die Fahrzeuggeschwindigkeit 0 wird und der Motorbetrieb in den Leerlaufzustand geht (der Zustand, bei dem das Fahrzeug angehalten ist), wird in der vorliegenden Ausführungsform die AWS-Steuerung mit homogener Verbrennung beendet und die AWS-Steuerung mit schwacher Schichtladung gestartet. Die AWS-Steuerung wechselt mit anderen Worten von der AWS-Steuerung mit homogener Verbrennung zu der AWD-Steuerung mit schwacher Schichtladung. In dem Vergleichsbeispiel dagegen wird die AWS-Steuerung mit schwacher Schichtladung bei der Zeit t13 erneut gestartet. Da dann bei Zeit t14 die Fahrzeuggeschwindigkeit über 0 hinaus erhöht wird und sich das Fahrzeug in den Fortbewegungszustand begibt, wird in der vorliegenden Ausführungsform die AWS-Steuerung mit schwacher Schichtladung beendet, um die AWS-Steuerung mit homogener Verbrennung zu starten. In dem Vergleichsbeispiel wird die AWS-Steuerung mit schwacher Schichtladung beendet. Da dann bei Zeit t15 die verstrichene Zeit nach Motorstart die zweite vorbestimmte Zeit wird, werden in der vorliegenden Ausführungsform sowohl die AWS-Steuerung mit schwacher Schichtladung als auch die AWS-Steuerung mit homogener Verbrennung beendet.
  • Bei Vergleichen der vorliegenden Ausführungsform mit dem vorstehend beschriebenen Vergleichsbeispiel lässt sich nachvollziehen, dass die Katalysatortemperatur in der vorliegenden Ausführungsform verglichen mit dem Vergleichsbeispiel umgehend angehoben wird, wie bei der Temperatur an der Seite stromaufwärts des Katalysators und der Temperatur an der Seite stromabwärts des Katalysators in 10 gezeigt ist.
  • <Funktionelle und vorteilhafte Wirkungen>
  • Als Nächstes werden funktionelle und vorteilhafte Wirkung der Motorsteuervorrichtung gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben.
  • Gemäß den vorliegenden Ausführungsformen wird, wenn die katalytische Vorrichtung 35 nicht in dem aktivierten Zustand ist, die AWS-Steuerung auch bei Fortbewegung des Fahrzeugs durchgeführt, die AWS-Steuerung wird mit anderen Worten nicht nur durchgeführt, wenn sich das Fahrzeug in dem angehaltenen Zustand befindet, sondern auch, wenn sich das Fahrzeug fortbewegt, die Temperatur der katalytischen Vorrichtung 35 kann umgehend angehoben werden, um verglichen mit dem Fall, da die AWS-Steuerung nur bei Anhalten des Fahrzeugs durchgeführt wird, das Aufwärmen der katalytischen Vorrichtung 35 wirksam zu beschleunigen. Da ferner gemäß den vorliegenden Ausführungsformen die AWS-Steuerung unter der homogenen Verbrennung durchgeführt wird, wenn sich das Fahrzeug fortbewegt, kann die Fehlzündung oder ein ähnliches Phänomen (das Phänomen, das aufgrund eines mangelnden Herstellens des erwünschten Zustands schwacher Schichtladung aufgrund einer Änderung des Motorbetriebszustands hervorgerufen werden kann), das in einem Fall hervorgerufen werden kann, in dem die AWS-Steuerung bei Ausführen der Verbrennung schwacher Schichtladung und Fortbewegung des Fahrzeugs durchgeführt wird, geeignet unterbunden werden.
  • Wenn ferner gemäß den vorliegenden Ausführungsformen die AWS-Steuerung unter der homogenen Verbrennung durchzuführen ist und sich das Fahrzeug fortbewegt, ist es aufgrund des Änderns des Zündzeitpunkt-Spätverstellbetrags zum Spätverstellen des Zündzeitpunkts von dem Referenzzündzeitpunkt unter Berücksichtigen des Betriebszustands des Motors 10 möglich, die katalytische Vorrichtung 35 durch die AWS-Steuerung geeignet aufzuwärmen, während die Verschlechterung von Fahrverhalten (zum Beispiel Verbrennungsgeräusch und/oder Fehlzündung) aufgrund eines übermäßigen Spätverstellens bei der Zündzeitsteuerung durch die AWS-Steuerung unterbunden wird.
  • Da ferner gemäß den vorliegenden Ausführungsformen der Zündzeitpunkt-Spätverstellbetrag unter der gleichen Motordrehzahl an der Niederlastseite des Motorlastbereichs kleiner als der der Hochlastseite des Motorlastbereichs ausgelegt wird, da insbesondere der Zündzeitpunkt-Spätverstellbetrag kleiner ausgelegt wird, wenn die Motorlast niedriger wird, kann die Verschlechterung des Fahrverhaltens aufgrund des starken Spätverstellens des Zündzeitpunkts in dem Niederlastbereich geeignet unterbunden werden.
  • Da ferner gemäß den vorliegenden Ausführungsformen unter der gleichen Motordrehzahl der Zündzeitpunkt-Spätverstellbetrag des Bereichs hoher Drehzahl größer als der des Bereichs niedriger Drehzahl ausgelegt wird, da mit anderen Worten der Zündzeitpunkt-Spätverstellbetrag in dem Bereich hoher Drehzahl, in dem die Verbrennungsstabilität hoch wird, größer ausgelegt wird, kann die Temperatur der katalytischen Vorrichtung 35 ohne Verschlechtern der Verbrennungsstabilität umgehend angehoben werden.
  • Gemäß den vorliegenden Ausführungsformen wird ferner die AWS-Steuerung mit der homogenen Verbrennung durchgeführt, wenn sich das Fahrzeug fortbewegt, und die AWS-Steuerung wird mit der Verbrennung schwacher Schichtladung durchgeführt, wenn das Fahrzeug angehalten wird, die AWS-Steuerung mit homogener Verbrennung und die AWS-Steuerung mit schwacher Schichtladung werden mit anderen Worten gemäß dem Betriebszustand des Fahrzeugs umgeschaltet. Durch Ausführen der AWS-Steuerung entsprechend dem Betriebszustand ist es daher möglich, die Temperatur der katalytischen Vorrichtung 35 umgehend anzuheben, während die Verschlechterung des Fahrverhaltens, etwa Fehlzündung oder dergleichen, geeignet unterbunden wird.
  • Da des Weiteren gemäß den vorliegenden Ausführungsformen die Ansaugluftmenge gemäß dem Zündzeitpunkt-Spätverstellbetrag vergrößert wird, wenn der Zündzeitpunkt von der AWS-Steuerung auf spät verstellt wird, kann das Solldrehmoment geeignet verwirklicht werden, selbst wenn die AWS-Steuerung ausgeführt wird.
  • <Abwandlungen>
  • Bei der vorstehenden Ausführungsform wird das Spätverstellen des Zündzeitpunkts im Ladebereich unterbunden, wenn die AWS-Steuerung homogener Verbrennung durchgeführt wird (8), doch könnten die Ausführungsformen nicht auf ein solches Unterbinden von Spätverstellen des Zündzeitpunkts im Ladebereich beschränkt sein, der Zündzeitpunkt könnte mit anderen Worten auch im Ladebereich auf spät verstellt werden. In einem solchen Fall kann der Zündzeitpunkt-Spätverstellbetrag gemäß dem durch den Turbolader 4 bereitgestellten Ladewert ermittelt werden. Wenn im Einzelnen der Ladewert groß ist, kann der Zündzeitpunkt-Spätverstellbetrag kleiner als bei kleinem Ladewert ausgelegt werden. Mit dieser Steuerung kann das Aufwärmen der katalytischen Vorrichtung 35 ebenfalls geeignet ausgeführt werden, während die Drehmomentänderung, die durch Spätverstellen des Zündzeitpunkts hervorgerufen werden kann, unterbunden wird.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Claims (6)

  1. Motorsteuervorrichtung, umfassend: ein Steuergerät, das ausgelegt ist, um eine Steuerung für frühzeitige Katalysatoraufwärmung zum Beschleunigen eines Aufwärmens einer an einem Abgastrakt vorgesehenen katalytischen Vorrichtung durchzuführen, wobei zum Beschleunigen des Aufwärmens der katalytischen Vorrichtung, wenn sich die katalytische Vorrichtung nicht in einem aktivierten Zustand befindet und sich ein Fahrzeug fortbewegt, das Steuergerät ausgelegt ist, um durchzuführen: eine Kraftstoffeinspritzsteuerung zum Einspritzen von Kraftstoff, so dass in einem Brennraum eines Motors ein homogenes Kraftstoff-Luft-Gemisch gebildet werden kann, um eine homogene Verbrennung zu erzeugen; eine Ansaugluftmengensteuerung zum Vergrößern von Ansaugluftmenge verglichen mit einer Situation, bei der die Steuerung für frühzeitige Katalysatoraufwärmung nicht durchgeführt wird; und eine Zündsteuerung zum Spätverstellen des Zündzeitpunkts von einem Bezugszündzeitpunkt, der in einer Situation genutzt wird, in dem die Steuerung für frühzeitige Katalysatoraufwärmung nicht durchgeführt wird, wobei das Steuergerät weiterhin ausgelegt ist, um einen Zündzeitpunkt-Spätverstellbetrag entsprechend einer Differenz zwischen dem durch die Zündzeitpunktsteuerung auf spät verstellten Zündzeitpunkt und dem Referenzzündzeitpunkt gemäß Motordrehzahl und/oder Motorlast zu ändern.
  2. Motorsteuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei in einem Niederlastbereich, in dem die Motorlast niedriger als ein vorbestimmter Wert ist, das Steuergerät ausgelegt ist, um unter der gleichen Motordrehzahl den Spätverstellbetrag des Zündzeitpunkts kleiner als in einem Hochlastbereich, in dem die Motorlast größer oder gleich dem vorbestimmten Wert ist, auszulegen.
  3. Motorsteuervorrichtung nach Anspruch 2, wobei das Steuergerät ausgelegt ist, um den Spätverstellbetrag des Zündzeitpunkts kleiner auszulegen, wenn die Motorlast niedriger wird.
  4. Motorsteuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei in einem Bereich hoher Drehzahl, in dem die Motordrehzahl größer oder gleich einem vorbestimmten Wert ist, das Steuergerät ausgelegt ist, um unter der gleichen Motorlast den Spätverstellbetrag des Zündzeitpunkts größer als in einem Bereich niedriger Drehzahl, in dem die Motordrehzahl niedriger als der vorbestimmte Wert ist, auszulegen.
  5. Motorsteuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Referenzzündzeitpunkt beruhend auf einem Solldrehmoment, das von dem Motor auszugeben ist, eingestellt wird und wobei bei Spätverstellen des Zündzeitpunkts um den Zündzeitpunkt-Spätverstellbetrag von dem Referenzzündzeitpunkt das Steuergerät ausgelegt ist, um die Ansaugluftmenge gemäß dem Zündzeitpunkt-Spätverstellbetrag zu vergrößern, um das Solldrehmoment von dem Motor auszugeben.
  6. Motorsteuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei, wenn sich die katalytische Vorrichtung nicht in dem aktivierten Zustand befindet und das Fahrzeug anhält, das Steuergerät ausgelegt ist, um die Ansaugluftmengensteuerung und die Zündsteuerung durchzuführen, während es die Kraftstoffeinspritzsteuerung so durchführt, dass verglichen mit einem Bereich um die Zündkerze in dem Brennraum des Motors eine Schicht eines fetten Kraftstoff-Luft-Gemisches in der Nähe einer Zündkerze gebildet wird, um eine Schichtladungsverbrennung zu erzeugen, um das Aufwärmen der katalytischen Vorrichtung zu beschleunigen.
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