DE102018108294B4 - Steuerungsvorrichtung für eine Brennkraftmaschine - Google Patents

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Abstract

Steuerungsvorrichtung (40) zur Steuerung einer Brennkraftmaschine, die ausgebildet ist zur Steuerung einer Maschine (10), wobei die Maschine (10) umfasst:einen Injektor (30), der in einem oberen Bereich einer Brennkammer (20) angeordnet ist, in der eine Tumble-Strömung erzeugt wird, wobei der Injektor (30) ausgebildet ist zum Einspritzen eines Brennstoffs in einen Zylinder (12) mittels mehrerer Einspritzöffnungen;eine Zündkerze (32), die in dem oberen Bereich vorgesehen und ausgebildet ist zum Zünden eines Luft-Brennstoff-Gemischs innerhalb des Zylinders (12) unter Verwendung eines Entladefunkens, wobei die Zündkerze (32) auf einer stromab liegenden Seite relativ zu dem Injektor (30) in einer Tumble-Strömungsrichtung bei dem oberen Bereich angeordnet ist, die Zündkerze (32) auf einer stromab liegenden Seite des nächstliegenden Brennstoffsprays aus den mittels der mehreren Einspritzöffnungen eingespritzten Brennstoffsprays und näher an dem oberen Bereich als eine Konturoberfläche des nächstliegenden Brennstoffsprays angeordnet ist; undeinen Abgasreinigungskatalysator, der ausgebildet ist zum Reinigen des Abgases aus der Brennkammer (12),wobei die Steuerungsvorrichtung (40) ausgebildet ist zur Durchführung einer Maschinensteuerung zur Aktivierung des Abgassteuerungskatalysators und bei der die Zündkerze (32) und der Injektor (30) gesteuert werden, wobei die Zündkerze (32) gesteuert wird zur Erzeugung eines Entladefunkens in einer Zündzeitdauer auf der verzögerten Seite des oberen Kompressionstotpunkts, der Injektor (30) gesteuert wird, dass eine erste Einspritzung auf der voreilenden Seite des oberen Kompressionstotpunkts durchgeführt wird und eine zweite Einspritzung, deren Einspritzzeitdauer mit zumindest einem Teil der Zündzeitdauer überlappend ist, auf der verzögerten Seite des oberen Kompressionstotpunkts durchgeführt wird,wobei die Steuerungsvorrichtung (40) des Weiteren ausgebildet ist zur Durchführung einer Maschinensteuerung, bei der die Drehzahl der Maschine (10) zwingend vergrößert wird, wenn bestimmt wird, dass ein Parameter relativ zu einer Stabilität der Anfangsverbrennung einen Schwellenwert überschreitet.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Steuerungsvorrichtung für eine Brennkraftmaschine, und im Einzelnen eine Steuerungsvorrichtung für eine Brennkraftmaschine, die ausgebildet ist zur Steuerung einer mittels eines Zündfunkens gezündeten Maschine und die eine Einspritzeinrichtung aufweist, die ausgebildet ist zum Einspritzen eines Brennstoffs in einen Zylinder der Maschine.
  • Grundlagen
  • Die Druckschrift JP 2011 - 106 377 A offenbart eine Maschine mit einem Injektor bzw. einer Einspritzeinrichtung, die ausgebildet ist zum Einspritzen eines Brennstoffs in einen Zylinder, sowie eine Zündkerze, die ausgebildet ist zum Zünden des Luft-Brennstoff-Gemischs in dem Zylinder. Der Injektor und die Zündkerze sind in einem oberen Bereich einer Brennkammer der Maschine angeordnet. Der Injektor umfasst mehrere Einspritzöffnungen. Die Einspritzöffnungen umfassen eine Einspritzöffnung, bei der eine zentrale Position am nächsten benachbart zu einer zentralen Position eines Entladungsspalts der Zündkerze angeordnet ist. Bei dieser Maschine wird der Abstand zwischen der zentralen Position der zentralen Position des Entladungsspalts und derjenigen der nächstliegenden Einspritzöffnung im Voraus auf einen bestimmten Abstand eingestellt.
  • Die Patentveröffentlichung offenbart ebenfalls ein Maschinensteuerungsverfahren, bei der eine Hochspannung an die Zündkerze zwischen einem Ablauf einer vorbestimmten Zeitdauer von dem Starten der Brennstoffeinspritzung durch den Injektor und dem Ende der Brennstoffeinspritzung angelegt wird. In einer kurzen Darstellung stellt somit die Maschinensteuerung eine Steuerung dar, bei der eine Einspritzzeitdauer überlappend ist mit einer Zündzeitdauer. Das Brennstoffspray unmittelbar nach der Einspritzung bewegt sich in Einspritzrichtung unter Verdrängung der umgebenden Luft. Es wird daher in der Einspritzzeitdauer ein Niederdruckteil gebildet (Mitreißen). Andererseits wird ein Entladefunke in dem Entladungsspalt während der Zündzeitdauer erzeugt. Wird sodann die Maschinensteuerung durchgeführt, bei der eine Einspritzzeitdauer mit einer Zündzeitdauer überlappend ausgebildet ist, dann wird der Entladefunke durch den Bereich mit niedrigem Druck angezogen. Entsprechend einem derartigen Anziehungsvorgang kann die Zündbarkeit des um die Zündkerze ausgebildeten Luft-Brennstoff-Gemischs verbessert werden.
  • Des Weiteren offenbart die Patentpublikation eine Aktivierungssteuerung eines Abgasreinigungskatalysators beim Starten der Maschine als ein Anwendungsbeispiel des Anziehungsvorgangs. Obwohl sich die Patentpublikation nicht hierauf bezieht, wird die Aktivierungssteuerung des Abgasreinigungskatalysators im Allgemeinen durchgeführt durch Einstellen der Zündzeitdauer auf eine Verzögerungsseite relativ zu dem oberen Kompressionstotpunkt. Daher bedeutet eine Aktivierungssteuerung, bei der der Anziehungsvorgang verwendet wird, eine Maschinensteuerung, bei der die Brennstoffeinspritzzeitdauer überlappend ist mit der Zündzeitdauer, die auf die Verzögerungsseite relativ zu dem oberen Kompressionstotpunkt eingestellt ist.
  • Ferner zeigt die Druckschrift DE 10 2006 035 139 A1 ein Verfahren zum Kaltlauf-Betrieb einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine mit einem Abgaskatalysator, bei welchem Kraftstoff mittels eines Injektors in einen Zylinder der Brennkraftmaschine eingespritzt und mittels einer Zündkerze fremdgezündet wird. Zur beschleunigten Aufheizung des kalten Abgaskatalysators erfolgt in einem Ansaugtakt eine Saughubeinspritzung, bei der im Zylinder ein mageres, brennfähiges, aber nicht zündfähiges Magergemisch erzeugt wird. In dem darauffolgenden Kompressionstakt wird eine Kompressionshubeinspritzung durchgeführt, bei der im Zylinder ein brenn- und zündfähiges Gemisch erzeugt wird. Anschließend erfolgt zeitnah zu einem Zündzeitpunkt eine Schichteinspritzung zur Erzeugung eines lokal im Bereich der Zündkerze angefetteten Gemisches.
  • Des Weiteren ist in der Druckschrift DE 10 2009 002 198 A1 ein Verfahren zum Betreiben einer mehrere Zylinder aufweisenden Brennkraftmaschine offenbart. Dabei werden zum Aufheizen eines im Abgastrakt angeordneten Katalysators zumindest eine erste und eine zweite und/oder dritte Einspritzung innerhalb eines Arbeitszyklus zumindest eines Zylinders durchgeführt und zylinderindividuelle Drehmomente ermittelt. Zur Zylindergleichstellung werden zylinderindividuell der Zündwinkel und/oder Parameter der zweiten und/oder dritten Einspritzung verstellt.
  • Darüber hinaus offenbart die Druckschrift US 2008 / 0 302 331 A1 ein Verfahren zur Steuerung eines Zündzeitpunkts einer Brennkraftmaschine durch Ermitteln einer Rauheit des aktuellen Motorbetriebs, Vergleichen der ermittelten Rauheit mit einer Steuerrauheit, um festzustellen, ob die ermittelte Rauheit innerhalb eines Schwellenwerts der Steuerrauheit liegt, und Ändern des Zündzeitpunkts bei einer nachfolgenden Kraftstoffzufuhr in Abhängigkeit von der Differenz zwischen der ermittelten Rauheit und der Steuerrauheit.
  • Der Erfinder der vorliegenden Anmeldung berücksichtigt eine andere Aktivierungssteuerung des Abgasreinigungskatalysators auf der Basis einer Maschine, bei der eine Tumble-Strömung gebildet wird. Die betreffende Maschine umfasst einen Injektor und eine Zündkerze. Der Injektor umfasst im Rahmen dieser Betrachtung mehrere Einspritzöffnungen. Die Zündkerze gemäß der Betrachtung ist an einer stromab liegenden Seite des Injektors entsprechend dem Blick in einer Tumble-Strömungsrichtung in einem oberen Teil einer Brennkammer der betrachteten Brennkraftmaschine angeordnet. Im Einzelnen ist die Zündkürze angeordnet an einer stromab liegenden Seite relativ zu einem Brennstoffspray aus den Brennstoffsprays, das durch die mehreren Einspritzöffnungen eingespritzt wird, das nächstmöglich zu der Zündkerze angeordnet ist, und ist ebenfalls angeordnet an einer oberen Seite einer Konturenoberfläche des nächstliegenden Brennstoffsprays.
  • Die betrachtete Maschinensteuerung ist eine Maschinensteuerung, bei der eine erste Brennstoffeinspritzung, die mit der Zündzeitdauer auf der Verzögerungsseite relativ zu dem oberen Kompressionstotpunkt überlappend ist, und eine zweite Brennstoffeinspritzung auf der voreilenden Seite relativ zu dem oberen Kompressionstotpunkt durchgeführt werden. Die erste Brennstoffeinspritzung bildet ein Luft-Brennstoff-Gemisch, das in der Tumble-Strömungsrichtung verwirbelt wird. Die zweite Brennstoffeinspritzung erzeugt den vorstehend beschriebenen Niederdruckteil. Wird die betrachtete Maschinensteuerung durchgeführt, dann wird somit nicht nur der in der Zündzeitdauer erzeugte Entladefunke sondern ebenfalls eine durch den Entladefunke erzeugte Anfangsflamme und das Luft-Brennstoff-Gemisch zu dem Niederdruckteil angezogen. Hierbei wird das Luft-Brennstoff-Gemisch zur Verursachung der Anfangsflamme von der ersten Brennstoffeinspritzung abgeleitet. Die Anfangsflamme, die zu dem Niederdruckteil angezogen wird, wächst in Kontakt mit dem aus der Brennstoffeinspritzung abgeleiteten bzw. stammenden Brennstoffspray, und expandiert sodann unter Beteiligung eines verbleibenden Luft-Brennstoff-Gemischs in der Brennkammer. Das verbleibende Luft-Brennstoff-Gemisch wird abgeleitet von bzw. stammt aus der ersten Brennstoffeinspritzung und hat nicht zur Erzeugung der Anfangsflamme beigetragen.
  • Bei der Berücksichtigung der betrachteten Maschinensteuerung hat der zuständige Erfinder das folgende Problem erkannt. Gemäß den vorstehenden Angaben ist bei der Maschine mit der Steuerung durch die betrachtete Maschinensteuerung die Zündkerze auf der stromab liegenden Seite des Injektors in Blickrichtung zu der Tumble-Strömungsrichtung in einem oberen Teil der Brennkammer angeordnet. Wird eine vergleichsweise starke Tumble-Strömung in der Brennkammer erzeugt, dann bewegen sich die Anfangsflamme und das Brennstoffspray in kräftiger Weise. Ungeachtet der Anziehung durch den Niederdruckteil sind jedoch die Anfangsflamme und die Brennstoffsprays nicht in der Lage, in Kontakt mit dem aus der zweiten Brennstoffeinspritzung abgeleiteten Brennstoffspray zu gelangen, und es kann somit die Verbrennung instabil werden. Tritt eine derartige Situation häufig in den Verbrennungszyklen auf, dann wird eine Ungleichmäßigkeit oder Fluktuation der Verbrennung zwischen den Zyklen größer und beeinflusst in nachteiliger Weise die Leistungsfähigkeit der Maschine.
  • Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf die vorstehend beschriebenen Probleme und es liegt der vorliegenden Offenbarung eine Aufgabe zugrunde, in der Brennkraftmaschine, die mit einem Injektor in der Anordnung in einem oberen Teil einer Brennkammer und einer Zündkerze in der Anordnung stromab des Injektors in der Tumble-Strömungsrichtung in dem oberen Teil ausgestattet ist, die Verbrennung während einer Maschinensteuerung zu stabilisieren, bei der eine Zündzeitdauer mittels der Zündkerze mit einer Brennstoffeinspritzzeitdauer überlappend ist.
  • Kurzdarstellung
  • Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Die vorliegende Offenbarung stellt eine Steuerungsvorrichtung für eine Brennkraftmaschine bereit, die ausgebildet ist zur Steuerung einer einen Injektor, eine Zündkerze und einen Abgasreinigungskatalysator aufweisenden Brennkraftmaschine.
  • Der Injektor ist an einem oberen Teil einer Brennkammer angeordnet, in der eine Tumble-Strömung erzeugt wird. Der Injektor ist zum Einspritzen von Brennstoff in einen Zylinder mittels mehrerer Einspritzöffnungen ausgebildet.
  • Die Zündkerze ist in dem oberen Teil angeordnet und ausgebildet zum Zünden eines Brennstoff-Luft-Gemischs innerhalb des Zylinders unter Verwendung eines Zündfunkens. Die Zündkerze ist an einer stromab liegenden Seite relativ zu dem Injektor in der Tumble-Strömungsrichtung in dem oberen Teil angeordnet. Die Zündkerze ist auf der stromab liegenden Seite des nächstliegenden bzw. benachbarten Brennstoffsprays aus den durch die mehreren Einspritzöffnungen eingespritzten Brennstoffsprays angeordnet und befindet sich näher an dem oberen Teil als eine Konturoberfläche des nächstliegenden Brennstoffsprays.
  • Der Abgasreinigungskatalysator ist ausgebildet zum Reinigen des aus der Brennkammer stammenden Abgases.
  • Die Steuerungsvorrichtung ist ausgebildet zur Durchführung einer Maschinensteuerung zur Aktivierung des Abgasreinigungskatalysators. Bei der Maschinensteuerung wird die Zündkerze gesteuert zum Erzeugen eines Entladefunkens bei einer Zündzeitdauer auf der Verzögerungsseite des oberen Kompressionstotpunkts. In der Maschinensteuerung wird der Injektor in der Weise gesteuert, dass eine erste Einspritzung durchgeführt wird auf der voreilenden Seite des oberen Kompressionstotpunkts, und eine zweite Einspritzung, deren Einspritzzeitdauer überlappend ist mit zumindest einem Teil der Zündzeitdauer, auf der Verzögerungsseite des oberen Kompressionstotpunkts durchgeführt wird.
  • Die Steuerungsvorrichtung ist ferner ausgebildet zur Durchführung einer Maschinensteuerung, bei der die Drehgeschwindigkeit bzw. Drehzahl der Maschine zwingend vergrößert wird, wenn bestimmt wird, dass ein Parameter relativ zur Stabilität der Anfangsverbrennung einen Schwellenwert überschreitet.
  • Ist die Anfangsverbrennung instabil, dann wird der Parameter bezogen auf die Stabilität der Anfangsverbrennung den Schwellenwert überschreiten. Ist die Drehzahl der Maschine zwangsläufig vergrößert, dann wird in diesem Fall die Fluidität bzw. die Strömung in dem Zylinder vergrößert. Wird die Fluidität in dem Zylinder vergrößert, dann wird die Homogenität eines homogenen Luft-Brennstoff-Gemischs in dem Zylinder verbessert. Wird die Homogenität verbessert, dann wird die durch das homogene Luft-Brennstoff-Gemisch erzeugte Anfangsflamme in der Zündzeitdauer vergrößert. Sodann wird es für die vergrößerte Anfangsflamme leicht, aus der zweiten Einspritzung abgeleitetes bzw. stammendes Brennstoffspray einzubeziehen, und es kann in der Folge die Verbrennung mit dem Anwachsen der Anfangsflamme (d.h. der Anfangsverbrennung) stabilisiert werden.
  • Wird in Zyklen nach dem Vergrößern der Drehzahl bestimmt, dass der Parameter erneut den Schwellenwert überschreitet, dann kann die Steuerungsvorrichtung des Weiteren ausgebildet sein zur Durchführung einer Maschinensteuerung, bei der der Injektor in der Weise gesteuert wird, dass die Einspritzmenge für die erste Einspritzung vergrößert wird.
  • Ist die Anfangsverbrennung noch immer instabil, dann wird trotz der zwingenden Erhöhung der Drehzahl der Parameter relativ zu der Stabilität der Anfangsverbrennung den Schwellenwert erneut überschreiten. Wird die Einspritzmenge für die erste Einspritzung vergrößert, dann wird in diesem Fall die Brennstoffkonzentration des homogenen Luft-Brennstoff-Gemischs vergrößert. Wird die Brennstoffkonzentration vergrößert bzw. erhöht, dann wird ebenfalls die Brennstoffkonzentration um die Zündkerze und den Entladefunken vergrößert. Es wird auf diese Weise die Verbrennung zum Wachsen bzw. Ausweiten der Anfangsflamme stabilisiert.
  • In Zyklen nach der Vergrößerung der Drehzahl, und wenn bestimmt wird, dass der Parameter erneut den Schwellenwert überschreitet, kann die Steuerungsvorrichtung des Weiteren ausgebildet sein zur Durchführung einer Maschinensteuerung, bei der der Injektor in der Weise gesteuert wird, dass die erste Einspritzung mehrfach durchgeführt wird.
  • Ist die Anfangsverbrennung noch immer instabil, dann wird der Parameter relativ zu der Stabilität der Anfangsverbrennung trotz der zwingenden Vergrößerung der Drehzahl den Schwellenwert erneut überschreiten. Wird in einem derartigen Fall die erste Einspritzung mehrfach durchgeführt, dann wird die Homogenität verbessert. Es kann auf diese Weise die Verbrennung für ein Wachsen oder Ausweiten der Anfangsflamme stabilisiert werden.
  • In Verbindung mit der Steuerungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung ist es bei der Brennkraftmaschine, die mit einem an dem oberen Teil anordneten Injektor und der Zündkerze stromab des Injektors in der Tumble-Strömungsrichtung bei dem oberen Teil angeordnet ist, möglich, während der Maschinensteuerung die Verbrennung zu stabilisieren, wobei in der Maschine die Zündzeitdauer durch die Zündkerze überlappend mit der Brennstoffeinspritzzeitdauer ist.
  • Figurenliste
    • 1 ist eine Darstellung zur Veranschaulichung eines Systemaufbaus gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung;
    • 2 ist eine Darstellung zur Veranschaulichung eines Beispiels eines Brennstoffeinspritzmusters unmittelbar nach dem Starten einer Brennkraftmaschine 10;
    • 3 ist eine Darstellung zur Veranschaulichung von Einspritzstartzeiten, Einspritzzeiten und einer Entladezeitdauer an einem Elektrodenteil während der Katalysator-Aufwärmsteuerung;
    • 4 ist eine Darstellung zur Veranschaulichung einer Beziehung zwischen einer Verbrennungsfluktuationsrate und einer Brennstoffeinspritzmenge für eine Arbeitstakteinspritzung;
    • 5 ist eine Darstellung zur Beschreibung eines durch die Arbeitstakteinspritzung bewirkten Anziehungsvorgangs
    • 6A bis 6C sind Darstellungen zur Beschreibung eines Problems bei der Katalysator-Aufwärmsteuerung unter Verwendung des Anziehungsvorgangs;
    • 7 ist eine Darstellung zur Beschreibung einer Übersicht über die Katalysator-Aufwärmsteuerung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung;
    • 8 ist eine Darstellung zur Veranschaulichung einer Relation zwischen der Verbrennungsfluktuationsrate und SA-CA10;
    • 9 ist ein Ablaufdiagramm zur Veranschaulichung eines Beispiels einer Verarbeitung durch eine elektronische Steuerungseinheit ECU 40 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung;
    • 10 ist eine Darstellung zur Beschreibung einer Übersicht über die Katalysator-Aufwärmsteuerung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung;
    • 11 ist ein Ablaufdiagramm zur Veranschaulichung eines Beispiels einer Verarbeitung durch die ECU 40 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung;
    • 12 ist eine Darstellung zur Veranschaulichung einer Beziehung zwischen der Brennstoffeinspritzmenge für die Arbeitstakteinspritzung und der Temperatur des Maschinenkühlmittels oder des Maschinenöls;
    • 13 ist eine Darstellung zur Beschreibung einer Übersicht über die Katalysator-Aufwärmsteuerung gemäß einem ersten Referenzbeispiel der vorliegenden Offenbarung;
    • 14 ist eine Darstellung zur Veranschaulichung einer Beziehung zwischen der Brennstoffeinspritzmenge für eine Arbeitstakteinspritzung und der Temperatur des Maschinenkühlmittels oder des Maschinenöls;
    • 15 ist eine Darstellung zur Beschreibung einer Übersicht über die Katalysator-Aufwärmsteuerung gemäß einem dritten Referenzbeispiel der vorliegenden Offenbarung; und
    • 16 ist eine Darstellung zur Veranschaulichung einer Beziehung zwischen einer Startzeit einer Kompressionstakteinspritzung und der Maschinendrehzahl.
  • Beschreibung der Ausführungsbeispiele
  • Nachstehend werden Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung auf der Basis der zugehörigen Figuren beschrieben. Hierbei werden Elemente oder Komponenten, die den jeweiligen Figuren gemeinsam sind, mittels denselben Bezugszeichen bezeichnet, und es wird daher eine mehrfache Beschreibung derselben weggelassen. Des Weiteren ist die vorliegende Offenbarung nicht auf die nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt.
  • Erstes Ausführungsbeispiel
  • Zuerst wird ein erstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf die 1 bis 9 beschrieben.
  • [Beschreibung des Systemaufbaus]
  • 1 ist eine Darstellung zur Beschreibung des Systemaufbaus gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Entsprechend der Veranschaulichung in 1 umfasst ein System gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Brennkraftmaschine (nachstehend ebenfalls als „Maschine“ bezeichnet) 10, die in einem Fahrzeug angeordnet ist. Die Maschine 10 ist eine Viertakt-Maschine und umfasst eine Mehrzahl von Zylindern. In der Darstellung gemäß 1 ist jedoch lediglich ein Zylinder 12 aus der Vielzahl der Zylinder veranschaulicht. Die Maschine 10 umfasst einen Zylinderblock 14, in dem der Zylinder 12 ausgebildet ist, und einen Zylinderkopf 16, der oberhalb des Zylinderblocks 14 angeordnet ist. In dem Zylinder 12 ist ein Kolben 18 angeordnet, der in axialer Richtung (in der vertikalen Richtung gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel) eine hin- und hergehende Bewegung durchführt. Eine Brennkammer 20 der Maschine 10 ist definiert durch zumindest eine Wandoberfläche des Zylinderblocks 14, eine untere Oberfläche des Zylinderkopfs 16 und eine obere Oberfläche des Kolbens 18.
  • In dem Zylinderkopf 16 sind zwei Einlassöffnungen 22 und zwei Auslassöffnungen 24 ausgebildet, die in Verbindung mit der Brennkammer 20 stehen. Ein Einlassventil 26 ist an einem Öffnungsbereich angeordnet, der mit der Brennkammer 20 und jeder Einlassöffnung 22 kommuniziert bzw. in Verbindung steht. Ein Auslassventil 28 ist an einem Öffnungsbereich angeordnet, der mit der Brennkammer 20 jeder Auslassöffnung 24 kommuniziert bzw. in Verbindung steht. Ein Injektor 30 ist in dem Zylinderkopf 16 in der Weise vorgesehen, dass ein spitzes Ende desselben der Brennkammer 20 an ungefähr der Mitte eines oberen Teils der Brennkammer 20 gegenüberliegt. Der Injektor 30 ist mit einem Brennstoffversorgungssystem verbunden, das aus einem Brennstofftank, einer Common-Rail-Anordnung, einer Zuführungspumpe und dergleichen besteht. Eine Vielzahl von Einspritzöffnungen ist in radialer Form in dem spitzen Ende des Injektors 30 gebildet. Wird der Injektor 30 geöffnet, dann wird Brennstoff mit einem Hochdruckzustand über die Einspritzöffnungen eingespritzt.
  • In dem Zylinderkopf 16 ist eine Zündkerze 32 in einem oberen Teil der Brennkammer 20 an einer Position angeordnet, die weiter zu der Seite des Auslassventils 28 liegt im Vergleich zu der Position, bei der der Injektor 30 angeordnet ist. Die Zündkerze 32 umfasst an einem spitzen Ende derselben ein Elektrodenteil 34, das gebildet ist durch eine Mittelelektrode und eine Masseelektrode. Der Elektrodenteil 34 ist in der Weise angeordnet, dass er in einem Bereich hervorsteht bzw. hineinragt, der oberhalb einer Konturoberfläche eines Brennstoffsprays angeordnet ist (nachstehend auch als „Spraykonturoberfläche“ des Injektors 30 bezeichnet (d.h. hervorsteht in einem Bereich von der Spraykonturoberfläche zu der unteren Oberfläche des Zylinderkopfs 16)). Im Einzelnen ist der Elektrodenteil 34 in der Weise angeordnet, dass er in einen Bereich hervorsteht, der sich oberhalb einer Konturoberfläche eines Brennstoffsprays aus den Brennstoffsprays befindet, das als nächstes zu der Zündkerze 32 liegt (nachstehend auch als „nächstliegendes Brennstoffspray“ bezeichnet) und das in radialer Form mittels der Einspritzöffnungen des Injektors 30 eingespritzt wird. Hierbei ist zu beachten, dass eine Konturlinie gemäß der Darstellung in 1 eine Konturoberfläche des nächstliegenden Brennstoffsprays bezeichnet.
  • Die Einlassöffnung 22 erstreckt sich ungefähr gerade in der Richtung der Brennkammer 20 von einem Einlass auf der Einlassdurchgangsseite, und es wird der Kanalquerschnitt in Richtung nach unten verkleinert bei einer Ventilkehle 36, die einen Verbindungsbereich zu der Brennkammer 20 darstellt. Diese Form der Einlassöffnung 22 erzeugt eine Tumble-Strömung bzw. eine Fallströmung der Ansaugluft, die über die Einlassöffnung 22 zugeführt wird, zu der Brennkammer 20. Die Tumble-Strömung verwirbelt innerhalb der Brennkammer 20. Im Einzelnen bewegt sich in einem oberen Teil der Brennkammer 20 die Tumble-Strömung von der Seite der Einlassöffnung 22 zu der Seite der Auslassöffnung 24, und es bewegt sich auf der Seite der Auslassöffnung 24 die Tumble-Strömung von dem oberen Bereich der Brennkammer 20 in Richtung des tieferen Bereichs derselben. Bei dem tieferen Bereich der Brennkammer 20 bewegt sich sodann die Tumble-Strömung von der Seite der Auslassöffnung 24 zu der Seite der Einlassöffnung 22, und es bewegt sich auf der Seite der Einlassöffnung 22 die Tumble-Strömung von dem niedrigen Bereich der Brennkammer 20 zu einem oberen Bereich derselben. In der oberen Oberfläche des Kolbens 18, die den Bodenbereich der Brennkammer 20 bildet, ist zur Aufrechterhaltung der Tumble-Strömung eine Vertiefung ausgebildet.
  • In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird das Tumble-Verhältnis TR der Tumble-Strömung (Winkelgeschwindigkeit der Tumble-Strömung / Maschinendrehzahl) auf einen hohen Wert von 3.5 oder größer eingestellt. Die Gründe hierfür liegen darin, dass die Maschine 10 ausgebildet ist, ein hohes Kompressionsverhältnis und eine erhebliche Einleitung von rückgeführtem Abgas oder EGR-Gas in einem Betriebsbereich mit hoher Verwendungsfrequenz zu erstreben. Wird das Kompressionsverhältnis vergrößert, dann werden die Turbulenzen in dem Zylinder vermindert. Wird somit eine große Menge EGR-Gas in die Zylinder mit niedriger Turbulenz eingebracht, dann wird der Verbrennungswiderstand in dem vorstehenden Betriebsbereich vermindert. Aus diesem Grund wird das Tumble-Verhältnis TR auf einen hohen Wert gesetzt. Hierbei ist zu beachten, dass die Tumble-Strömung nicht auf die eine Strömung beschränkt ist, die durch die Ventilkehle 36 erzeugt wird. Es kann beispielsweise die Tumble-Strömung auch erzeugt werden durch Steuern eines Öffnungsgrads eines Tumble-Steuerungsventils TCV, das in dem Einlassweg wie der Einlassöffnung 22 vorgesehen ist.
  • Gemäß der Darstellung in 1 umfasst das System des vorliegenden Ausführungsbeispiels des Weiteren eine elektronische Steuerungseinheit ECU 40 als eine Steuerungseinrichtung. Die ECU 40 umfasst einen Schreib-/Lesespeicher RAM, einen Festwertspeicher ROM, eine Zentraleinheit CPU und dergleichen. Die ECU 40 führt eine Verarbeitung von aufgenommenen Signalen unterschiedlicher Sensoren durch, die an dem Fahrzeug angeordnet sind. Die unterschiedlichen Sensoren umfassen zumindest einen Drucksensor 42, der ausgebildet ist zur Erfassung eines Drucks in dem Zylinder (Zylinderinnendruck), einen Kurbelwinkelsensor 44, der ausgebildet ist zur Erfassung eines Drehwinkels einer mit dem Kolben 18 verbundenen Kurbelwelle, und einen Temperatursensor 46, der ausgebildet ist zur Erfassung einer Kühlmitteltemperatur oder einer Öltemperatur der Maschine 10. Die ECU 40 verarbeitet die zugeführten bzw. aufgenommenen Signale der jeweiligen Sensoren, und betätigt verschiedene Aktuatoren in Abhängigkeit von einem vorbestimmten Steuerungsprogramm. Die Aktuatoren, die mittels der ECU 40 betätigt oder betrieben werden, umfassen zumindest den Injektor 30 und die Zündkerze 32.
  • [Startsteuerung durch ECU 40]
  • In dem ersten Ausführungsbeispiel führt die in 1 gezeigte ECU 40 eine Steuerung durch, bei der die Aktivierung eines Abgasreinigungskatalysators unterstützt wird (nachstehend auch als „Katalysator-Aufwärmsteuerung“ bezeichnet), da unmittelbar nach dem Kaltstart der Maschine 10 eine Maschinensteuerung durchgeführt wird. Der Abgasreinigungskatalysator ist ein Katalysator, der in einer Abgasanlage der Maschine 10 angeordnet ist. Als ein Beispiel des Abgasreinigungskatalysators kann ein Drei-Wege-Katalysator vorgesehen sein, der Stickoxide (NOx), Kohlenwasserstoffe (HC) und Kohlenmonoxid (CO), die in dem Abgas enthalten sind, reinigt, wenn der Zustand des Katalysators derjenige eines aktivierten Zustands in der Nähe des stöchiometrischen Zustands ist. Die Katalysator-Aufwärmsteuerung wird durchgeführt in einer voreingestellten Zeitdauer, in der sich ein Übertragungsgetriebe in einem neutralen Zustand nach dem Starten der Maschine 10 befindet. Die voreingestellten Zeitdauer wird mittels der ECU 40 auf der Basis des erfassten Werts des Temperatursensors 46 bei dem Kaltstart der Maschine 10 berechnet.
  • Die Katalysator-Aufwärmsteuerung wird nachstehend im Zusammenhang mit den 2 bis 4 beschrieben. 2 veranschaulicht ein Beispiel eines Brennstoffeinspritzmusters unmittelbar nach dem Kaltstart der Maschine 10. Gemäß der Veranschaulichung in 2 wird unmittelbar nach dem Starten zuerst ein Brennstoffeinspritzmuster angewendet, bei dem eine einzige Einspritzung in einem Ansaugtakt (nachstehend auch als „Ansaugtakteinspritzung“ bezeichnet) und eine einzige Einspritzung in einem Kompressionstakt (nachstehend auch als „Kompressionstakteinspritzung“ bezeichnet) kombiniert werden. Danach wird das Brennstoffeinspritzmuster geändert zum Starten der Katalysator-Aufwärmsteuerung. Im Einzelnen wird die Kompressionstakteinspritzung umgeschaltet zu einer einzigen Einspritzung in einem Arbeitstakt (nachstehend auch als „Arbeitstakteinspritzung“ bezeichnet). D.h. in der Katalysator-Aufwärmsteuerung wird ein Brennstoffeinspritzmuster angewendet, das die Ansaugtakteinspritzung und die Arbeitstakteinspritzung kombiniert.
  • 3 veranschaulicht Einspritzstartzeiten, Einspritzzeiten oder Einspritzperioden, und Entladezeiten bei dem Elektrodenbereich während der Katalysator-Aufwärmsteuerung. In der Darstellung in 3 wird die Ansaugtakteinspritzung bei einem Kurbelwinkel (crank angle CA) CA1 gestartet (als ein Beispiel, in der Nähe von BTDC 280°). Die Entladezeitdauer oder Entladeperiode CP des Elektrodenbereichs wird auf eine verzögerte Seite des oberen Totpunkts TDC (d.h. des oberen Kompressionstotpunkts) eingestellt. Der Grund dafür, dass die Entladezeitdauer CP auf der Verzögerungsseite des TDC liegt, besteht in dem Anheben der Abgastemperatur. Die Arbeitstakteinspritzung wird während der Entladezeitdauer CP durchgeführt. Im Einzelnen wird die Entladezeitdauer CP von einem Kurbelwinkel CA2 (als ein Beispiel, in der Nähe von ATDC 25° bis 35°) zu einem Kurbelwinkel CA3 eingestellt. Die Arbeitstakteinspritzung wird bei einem Kurbelwinkel CA4 auf der Verzögerungsseite relativ zu dem Kurbelwinkel CA2 eingestellt und endet bei einem Kurbelwinkel CA5 auf der voreilenden Seite relativ zu dem Kurbelwinkel CA3.
  • 3 veranschaulicht des Weiteren ein Intervall IT zwischen dem Kurbelwinkel CA2 und dem Kurbelwinkel CA4. Das Intervall IT kann jedoch auch Null betragen. Es kann in diesem Zusammenhang der Kurbelwinkel CA2 mit dem Kurbelwinkel CA4 übereinstimmen. Ferner kann das Intervall IT auch einen negativen Wert annehmen. Hierbei kann der Kurbelwinkel CA4 auf der voreilenden Seite relativ zu dem Kurbelwinkel CA2 angeordnet sein. Die Beziehung zwischen dem Kurbelwinkel CA2 und dem Kurbelwinkel CA4 kann ebenfalls zwischen dem Kurbelwinkel CA3 und dem Kurbelwinkel CA5 bestehen. Es kann mit anderen Worten der Kurbelwinkel CA5 mit dem Kurbelwinkel CA3 übereinstimmen oder kann auf der voreilenden Seite relativ zu dem Kurbelwinkel CA3 liegen. Die Kurbelwinkel CA2, CA3, CA4 und CA5 können eingestellt werden, solange zumindest ein Teil der Einspritzzeitdauer der Arbeitstakteinspritzung mit der Entladezeitdauer CP überlappend ist. Es steht dies im Zusammenhang damit, dass ein nachstehend noch beschriebener Anziehungsvorgang erhalten wird, wenn die Überlappungsbedingung erfüllt ist.
  • Die Einspritzzeitdauer der Arbeitstaktzeitdauer wird auf der Basis einer Beziehung zwischen einer Brennstoffeinspritzmenge für die Arbeitstakteinspritzung und einer Verbrennungsfluktuationsrate voreingestellt. Die Verbrennungsfluktuationsrate wird unter äquivalenten Betriebsbedingungen wie die Betriebsbedingungen während der Katalysator-Aufwärmsteuerung erhalten. Ein Beispiel für diese Beziehung ist in 4 veranschaulicht. Gemäß der Darstellung in 4 weist die Verbrennungsfluktuationsrate, die unter äquivalenten Betriebsbedingungen wie die Betriebsbedingungen während der Katalysator-Aufwärmsteuerung erhalten wird, eine nach unten gerichtete konvexe Form innerhalb eines speziellen Brennstoffeinspritzmengenbereichs auf. Die Einspritzzeitdauer der Arbeitstaktzeitdauer wird als eine Einspritzzeitdauer eingestellt entsprechend einer Brennstoffeinspritzmenge, wenn die Verbrennungsfluktuationsrate am kleinsten wird (als ein Beispiel, von 3 bis 5 mm3/st).
  • [Katalysator-Aufwärmsteuerung mit Verwendung des Anziehungsvorgangs und darauf bezogenen Aspekt]
  • 5 ist eine Darstellung zur Veranschaulichung eines Anziehungsvorgangs, der durch die Arbeitstakteinspritzung bewirkt wird. Hierbei ist zu beachten, dass zur Vereinfachung der Darstellung in 5 lediglich das nächstliegende Brennstoffspray dargestellt ist. Die obere Grafik in 5 veranschaulicht eine Zylinderbedingung oder einen Zylinderzustand unmittelbar vor der Arbeitstakteinspritzung während der Entladezeitdauer des Elektrodenbereichs 34. Gemäß der oberen Grafik wird während der Entladezeitdauer des Elektrodenbereichs 34 ein Flammenkern mittels des Entladefunken bei dem Elektrodenbereich 34 und einem homogenen Luft-Brennstoff-Gemisch in der Brennkammer 20 gebildet. Das homogene Luft-Brennstoff-Gemisch ist ein Luft-Brennstoff-Gemisch, das von dem Brennstoffspray bei der Ansaugtakteinspritzung abgeleitet wird bzw. stammt. Gemäß der Darstellung in derselben Grafik erstreckt sich der Entladefunke in der Richtung der Tumble-Strömung. Der Flammenkern wird weggetragen in der Richtung der Tumble-Strömung.
  • Die mittlere Grafik in 5 veranschaulicht eine Zylinderbedingung bzw. einen Zylinderzustand unmittelbar nach der Arbeitstakteinspritzung. Gemäß der Darstellung in der mittleren Grafik wird ein Niederdruckbereich um das nächstliegende Brennstoffspray gebildet, wenn die Arbeitstakteinspritzung durchgeführt wird (Mitnahme oder Mitreißen). Sodann werden der Entladefunken und eine durch den Flammenkern erzeugte Anfangsflamme durch das nächstliegende Brennstoffspray angezogen. Somit dehnt sich die Anfangsflamme unter Einbeziehen des nächstliegenden Brennstoffsprays aus. Eine untere Grafik in 5 veranschaulicht eine Zylinderbedingung oder einen Zylinderzustand unmittelbar nach der Zylinderbedingung, wie sie in der mittleren Grafik dargestellt ist. Gemäß der unteren Grafik dehnt sich die Anfangsflamme weiter aus unter Einbeziehen des nächstliegenden Brennstoffsprays. Im Zusammenhang mit dem Anziehungsvorgang unter Verwendung der Arbeitstakteinspritzung ist es möglich, die Verbrennung zu stabilisieren zum Wachsen der Anfangsflamme, die durch das homogene Luft-Brennstoff-Gemisch erzeugt wird (nachstehend auch als „Anfangsverbrennung“ bezeichnet).
  • Entsprechend den vorstehenden Angaben wird das Tumble-Verhältnis TR auf einen hohen Wert gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel eingestellt. Die Gründe hierfür und gemäß der vorstehenden Darstellung sind die Unterdrückung der Verschlechterung des Verbrennungswiderstands im Betriebsbereich, bei dem eine große Menge von rückgeführtem Abgas oder EGR-Gas in den Zylinder eingebracht wird. Die Tumble-Strömung mit einem derartig hohen Tumble-Verhältnis TR wird während der Katalysator-Aufwärmsteuerung erzeugt. Das Auftreten einer derartigen Tumble-Strömung bedeutet jedoch, dass sich der Entladefunke leicht in der Tumble-Strömungsrichtung erstreckt bzw. ausdehnt, und dass der Flammenkern und die Anfangsflamme sich leicht in die gleiche Richtung bewegen können. 6A veranschaulicht eine Zylinderbedingung, bei der sich der Entladefunke erheblich in die Tumble-Strömungsrichtung erstreckt und der Flammenkern in großem Umfang in die gleiche Richtung strömt. Liegt eine Zylinderbedingung gemäß dem in 6A gezeigten Zustand vor, dann wird der Abstand zwischen dem nächsten Brennstoffspray zu dem Entladefunken oder der Abstand von dem nächsten Brennstoffspray zu dem Flammenkern vergrößert. Es ist daher schwierig für die Anfangsflamme, das nächstliegende Brennstoffspray einzubeziehen, so dass die Anfangsverbrennung instabil wird.
  • Neben dem hohen Tumble-Verhältnis TR bestehen weitere Faktoren, die die Anfangsverbrennung instabil machen. Beispielsweise tendiert die Anfangsverbrennung zu einem instabilen Zustand, wenn das Luft-Brennstoff-Verhältnis des homogenen Luft-Brennstoff-Gemischs um den Elektrodenbereich oder den Entladefunken nicht angemessen oder geeignet ist. 6B veranschaulicht eine Zylinderbedingung oder einen Zylinderzustand, bei dem das Luft-Brennstoff-Verhältnis des homogenen Luft-Brennstoff-Gemischs um den Elektrodenbereich übermäßig fett ist. Liegt eine Zylinderbedingung mit dem in 6B veranschaulichten Zustand vor, dann wird es durch eine geringe Menge an Luft schwierig, die Verbrennung in dem Zylinder zu beschleunigen. Es wird daher die Anfangsverbrennung instabil, auch wenn durch die Arbeitstakteinspritzung der Entladefunke angezogen werden kann. 6C veranschaulicht eine Zylinderbedingung oder einen Zylinderzustand, bei dem das Luft-Brennstoff-Verhältnis des homogenen Luft-Brennstoff-Gemischs um den Elektrodenbereich übermäßig mager ist. Befindet sich die Zylinderbedingung bzw. der Zylinderzustand in dem in 6C veranschaulichten Zustand, dann tendiert die Anfangsflamme zum Verschwinden. Es wird somit die Anfangsverbrennung instabil, auch wenn der Entladefunke durch die Arbeitstakteinspritzung angezogen werden kann.
  • [Eigenschaften der Katalysator-Aufwärmsteuerung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel]
  • Tritt ein derartiger instabiler Zustand in dem Verbrennungszyklus während der Katalysator-Aufwärmsteuerung häufiger auf, dann bewirkt eine Verbrennungsfluktuation zwischen den Zyklen eine Vergrößerung der nachteiligen Wirkungen auf die Leistungsfähigkeit der Maschine. Es wird daher gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Bestimmungsverarbeitung bezüglich der Stabilität der Anfangsverbrennung während der Katalysator-Aufwärmsteuerung durchgeführt. Wird in diesem Zusammenhang bestimmt, dass die Anfangsverbrennung instabil ist, dann wird eine Maschinensteuerung durchgeführt zum zwingenden Vergrößern der Maschinendrehzahl.
  • 7 zeigt eine Darstellung zur Veranschaulichung einer Übersicht über die Katalysator-Aufwärmsteuerung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Wird gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel und der vorstehenden Beschreibung bestimmt, dass die Anfangsverbrennung instabil ist, dann wird die Maschinendrehzahl zwingend oder zwangsläufig vergrößert. Wird die Maschinendrehzahl zwingend vergrößert, dann vergrößert sich die Fluidität in dem Zylinder. Steigt in dem Zylinder die Fluidität an, dann wird die Homogenität des homogenen Luft-Brennstoff-Gemischs verbessert. Es ist daher gemäß der Darstellung in 7 möglich, den Flammenkern zu vergrößern. Wird der Flammenkern vergrößert, dann wird ebenfalls die aus dem Flammenkern hervorgehende Anfangsflamme vergrößert oder verbreitert. Auf diese Weise kann die Anfangsflamme leicht das nächstliegende Brennstoffspray beteiligen oder involvieren, wodurch die Anfangsverbrennung stabilisiert wird.
  • Eine zwingende Anhebung der Maschinendrehzahl wird durch eine Änderung eines Solldrehmoments verwirklicht. Das Solldrehmoment vor dieser Änderung entspricht einem Solldrehmoment, das beim Starten der Maschine eingestellt wird. Im Allgemeinen wird das Solldrehmoment während der Katalysator-Aufwärmsteuerung bei demselben Wert wie dem bei dem Maschinenstart eingestellten Solldrehmoment gehalten. Es ist daher die Maschinendrehzahl während einer konventionellen Katalysator-Aufwärmsteuerung im Wesentlichen konstant (siehe 2). Andererseits wird das Solldrehmoment nach Änderung gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel auf einen Wert eingestellt, der höher ist als das bei dem Maschinenstart eingestellte Solldrehmoment. Wird das Solldrehmoment auf einen höheren Wert geändert, dann wird die Ansaugluftmenge vergrößert, die ihrerseits die Maschinendrehzahl erhöht. Da die Änderung des Drehmoments auf den höheren Wert nicht von einer Leistungsübertragung einer Maschine abhängt, ist dies eine bevorzugte Maßnahme zum Vergrößern der Maschinendrehzahl. Umfasst die Maschine eine rotierende Maschine (beispielsweise einen Motor-Generator) zum Drehen der Kurbelwelle, dann ist es im Sinne einer weiteren Maßnahme möglich, die Maschinendrehzahl anzuheben in Verbindung mit der rotierenden elektrischen Maschine.
  • Eine Bestimmungsverarbeitung bezüglich der Anfangsverbrennung wird auf der Basis eines Werts SA-CA10 durchgeführt. SA-CA10 ist definiert als eine Kurbelwellenperiode von einem Startpunkt der Anfangsverbrennung (Kurbelwinkel CA0), die nach dem Startpunkt der Zündzeit beginnt (d.h. der Entladestartzeit des Elektrodenbereichs), bis zu einem Verbrennungspunkt, bei dem eine verbrannte Teilmasse (Mass Fraction Burned, MFB) 10% erreicht (Kurbelwinkel CA10). Hierbei ist zu beachten, dass MFB berechnet wird auf der Basis eines Ergebnisses der Analyse von Zylinderinnendruckdaten, die unter Verwendung des Zylinderinnendrucksensors 42 erhalten werden, und dem Kurbelwinkelsensor 44, und es wird SA-CA10 auf der Basis des berechneten Werts MFB berechnet. Ein Verfahren zur Berechnung von MFB auf der Basis des Analyseergebnisses und eines Verfahrens zur Berechnung von SA-CA10 auf der Basis des berechneten Werts von MFB sind im Einzelnen, beispielsweise in den Druckschriften JP 2015 - 94 339 A und JP 2015 - 98 799 A beschrieben, so dass in der vorliegenden Beschreibung eine Beschreibung dieser Maßnahmen weggelassen ist.
  • Wie es aus der Definition von SA-CA10 erkennbar ist, bedeutet die Tatsache, dass ein Wert SA-CA10 klein ist, dass die Periode von MFB von 0% bis 10% kurz ist. Ist demgegenüber der Wert von SA-CA10 groß, dann bedeutet dies, dass die Periode von MFB von 0% bis 10% lang ist. 8 zeigt eine Darstellung zur Veranschaulichung einer Beziehung zwischen der Verbrennungsfluktuationsrate und SA-CA10. Wird gemäß der Darstellung in 8 SA-CA10 größer, dann wird die Verbrennungsfluktuationsrate größer und überschreitet einen erlaubten Bereich.
  • Bei der Katalysator-Aufwärmsteuerung gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird eine Differenz zwischen dem Wert SA-CA10, der tatsächlich mittels der elektronischen Steuerungseinheit ECU 40 berechnet wird (nachstehend auch als „tatsächliche SA-CA10“ bezeichnet), und dem Wert SA-CA10 während einer normalen Zeit über mehrere zehn bis hundert Zyklen nach dem Start der Katalysator-Aufwärmsteuerung berechnet. Ist sodann ein Durchschnittswert der Differenzen größer als ein vorbestimmter Kurbelwinkel (beispielsweise 5 Grad) oder größer, dann wird bestimmt, dass die Anfangsverbrennung instabil ist. Hierbei ist zu beachten, dass der Wert SA-CA10 zur normalen Zeit im Voraus im Zusammenhang mit einer Feststellung oder Übernahme eingestellt wird.
  • [Spezielle Verarbeitung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel]
  • 9 zeigt ein Ablaufdiagramm zur Veranschaulichung eines Beispiels einer Verarbeitung, die die elektronische Steuerungseinheit ECU 40 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel durchführt. Es wird in diesem Zusammenhang der Ablauf gemäß 9 wiederholt während einer Periode oder Zeitdauer durchgeführt, in der eine Betriebsart zur Durchführung der Katalysator-Aufwärmsteuerung (nachstehend auch als „Katalysator-Aufwärmbetriebsart“ bezeichnet) ausgewählt wird. Die Katalysator-Aufwärmbetriebsart wird ausgewählt, wenn verschiedene Voraussetzungen oder Vorbedingungen erfüllt sind. Die Vorbedingungen umfassen, dass in dem System keine Abnormalität aufgetreten ist, dass die Aufwärm-Anforderungsbedingung erfüllt ist und dass eine Sicherheitsbedingung erfüllt ist. Die Aufwärm-Anforderungsbedingung umfasst, dass die Kühlmitteltemperatur oder die Öltemperatur innerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegt. Die Sicherheitsbedingung umfasst, dass keine Anforderung zum Verhindern der Durchführung einer Katalysator-Aufwärmsteuerung vorliegt.
  • In dem in 9 veranschaulichten Ablauf wird zuerst bestimmt, ob der tatsächliche Wert von SA-CA10 größer ist als der Wert SA-CA10 zur normalen Zeit durch die vorbestimmte Kurbelwinkelperiode oder größer (Schritt S10). In Schritt S10 berechnet die ECU 40 den tatsächlichen Wert SA-CA10 und den Durchschnitt der Differenz zwischen dem tatsächlichen Wert SA-CA10 und dem Wert SA-CA10 zur normalen Zeit (ein fester Wert). Wird das Bestimmungsergebnis in Schritt S10 negativ, dann wird bestimmt, dass kein bestimmtes Problem bei der Anfangsverbrennung vorliegt. In diesem Fall verlässt die Verarbeitung durch die ECU 40 den vorliegenden Ablauf.
  • Ist demgegenüber das Bestimmungsergebnis in Schritt S10 positiv, dann wird bestimmt, dass die Anfangsverbrennung stabil ist. Daher setzt in diesem Fall die ECU 40 das Solldrehmoment auf einen höheren Wert als denjenigen, der bei dem Maschinenstart eingestellt wird (Schritt S12). Es wird hierbei die Maschinendrehzahl im Zusammenhang mit dem Anzeigen des Solldrehmoments vergrößert, wodurch im Ergebnis die Homogenität des homogenen Luft-Brennstoff-Gemischs in dem Zylinder verbessert wird.
  • Gemäß der vorstehenden Beschreibung wird entsprechend dem in 9 veranschaulichten Ablauf die Bestimmungsverarbeitung bezüglich der Stabilität der Anfangsverbrennung auf der Basis des tatsächlichen Werts SA-CA10 durchgeführt. Wird des Weiteren bestimmt, dass die Anfangsverbrennung instabil ist, dann wird die Maschinendrehzahl durch ein Ändern des Solldrehmoments zu einem höheren Wert vergrößert. Es kann auf diese Weise die Anfangsverbrennung während der Katalysator-Aufwärmbetriebsart stabilisiert werden.
  • Hierbei ist zu beachten, dass gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel die Ansaugtakteinspritzung der „ersten Einspritzung“ der vorliegenden Offenbarung entspricht. Die Arbeitstakteinspritzung, die während der Katalysator-Aufwärmbetriebsart durchgeführt wird, entspricht der „zweiten Einspritzung“ der vorliegenden Offenbarung. Der Wert SA-CA10 entspricht dem „Parameter relativ zur Stabilität der Anfangsverbrennung“ der vorliegenden Offenbarung.
  • Zweites Ausführungsbeispiel
  • Nachstehend wird ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf die 10 und 11 beschrieben.
  • [Eigenschaften der Katalysator-Aufwärmsteuerung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel]
  • Bei der Katalysator-Aufwärmsteuerung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel wird das Solldrehmoment auf einen höheren Wert eingestellt als das Solldrehmoment, das beim Start der Maschine eingestellt wird, wenn bestimmt wird, dass die Anfangsverbrennung instabil ist. Es kann jedoch in einigen Fällen ungeachtet der Änderung des Solldrehmoments die Anfangsverbrennung nicht stabilisiert werden. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird daher die Bestimmungsverarbeitung bezüglich der Stabilität der Anfangsverbrennung erneut durchgeführt bzw. verarbeitet. Wird nun erneut bestimmt, dass die Anfangsverbrennung instabil ist, dann wird eine Brennstoffeinspritzmenge für die Ansaugtakteinspritzung vergrößert, wobei die Änderung des Solldrehmoments auf den höheren Wert beibehalten wird. Wird die Brennstoffeinspritzmenge für die Ansaugtakteinspritzung vergrößert, dann wird ebenfalls die Brennstoffkonzentration des homogenen Luft-Brennstoff-Gemischs vergrößert. Wird die Brennstoffkonzentration vergrößert, dann wird die Anfangsverbrennung unter der Bedingung stabilisiert, dass das Luft-Brennstoff-Verhältnis des homogenen Luft-Brennstoff-Gemischs um den Elektrodenbereich extrem bzw. exzessiv mager ist (siehe 6C).
  • Wird jedoch die Einspritzzeitdauer der Ansaugtakteinspritzung einfach erweitert, dann kann das Luft-Brennstoff-Verhältnis des homogenen Luft-Brennstoff-Gemischs um den Elektrodenbereich extrem bzw. exzessiv fett werden. In einem derartigen Fall wird sich das in 6B veranschaulichte Problem neu entwickeln. Wird des Weiteren die Einspritzzeitdauer einfach erweitert, dann tendiert der eingespritzte Kraftstoff dazu, sich an einer Wand der Brennkammer niederzuschlagen. Hierbei kann ein weiteres Problem auftreten, bei dem die Anzahl der Partikel PN, eines der Ziele der Abgassteuerung, vergrößert wird. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird daher die Einspritzzeitdauer erweitert, und sie ist ebenfalls aufgeteilt in zwei Zeiten.
  • 10 zeigt eine Darstellung zur Beschreibung einer Übersicht über die Katalysator-Aufwärmsteuerung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel. Die untere Grafik in 10 zeigt eine Übersicht über die Katalysator-Aufwärmsteuerung gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel. Die Katalysator-Aufwärmsteuerung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ist in der oberen Grafik von 10 als eine vergleichbare Steuerung ebenfalls dargestellt. Aus dem Vergleich der unteren und der oberen Grafik ist erkennbar, dass die Katalysator-Aufwärmsteuerung gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel unterschiedlich ist zu derjenigen des ersten Ausführungsbeispiels in der Weise, dass die Einspritzzeitdauer der Ansaugtakteinspritzung in zwei Zeiten aufgeteilt ist. Die erste Einspritzzeitdauer IP1' wird auf die gleiche Länge wie eine zweite Einspritzzeitdauer IP2' eingestellt. Jede der beiden Zeiten oder Perioden ist kürzer als die Einspritzzeitdauer IP1 gemäß der oberen Grafik. Es ist jedoch die Gesamtlänge der Einspritzzeitdauer IP1' und IP2' länger als diejenige der Einspritzzeitdauer IP1. Die Einspritzzeitdauer IP2' wird bei einem Kurbelwinkel CA6 gestartet.
  • Es wurde bereits angegeben, dass die Brennstoffkonzentration des homogenen Luft-Brennstoff-Gemischs vergrößert wird, wenn die Brennstoffeinspritzmenge für die Ansaugtakteinspritzung vergrößert wird. Wird somit die Ansaugtakteinspritzung in zwei Zeiten aufgeteilt, dann wird die Homogenität des homogenen Luft-Brennstoff-Gemischs verbessert. Bei der Aufteilung des Ansaugtakts in zwei Zeiten ist es ebenfalls möglich, das Anhaften des eingespritzten Brennstoffs an der Wand der Brennkammer zu unterdrücken. Es ist somit im Ergebnis gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel möglich, die Anfangsverbrennung zu stabilisieren, während eine Vergrößerung der Partikelanzahl PN vermieden bzw. unterdrückt wird.
  • Es ist hier zu beachten, dass die Bestimmungsverarbeitung bezüglich der Stabilität der Anfangsverbrennung im Wesentlichen in gleicher Weise wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel durchgeführt wird. Es wird somit gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Differenz zwischen dem tatsächlichen Wert SA-CA10 und dem Wert SA-CA10 bei einer normalen Zeit über mehrere zehn bis hundert Zyklen nach der Änderung des Solldrehmoments zu dem höheren Wert berechnet. Ist der Mittelwert der Differenzen länger als der vorbestimmte Kurbelwinkel (von beispielsweise 6 Grad) oder größer, dann wird bestimmt, dass die Anfangsverbrennung noch immer instabil ist.
  • [Spezielle Verarbeitung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel]
  • 11 zeigt ein Ablaufdiagramm zur Veranschaulichung eines Beispiels der Verarbeitung durch die elektronische Steuerungseinheit ECU 40 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel. Hierbei ist zu beachten, dass der in 11 gezeigte Ablauf wiederholt während einer Zeitdauer durchgeführt wird, in der die Katalysator-Aufwärmbetriebsart ausgewählt ist.
  • In dem in 11 gezeigten Ablauf führt die ECU 40 in angemessener Weise eine Verarbeitung der Schritte S10 und S12 durch. Die Verarbeitung dieser Schritte S10 und S12 ist die gleiche wie sie im Zusammenhang mit 9 beschrieben ist.
  • Nachfolgend zu einem Schritt S12 wird bestimmt, ob der tatsächliche Wert SA-CA10 länger ist als der Wert SA-CA10 zu einer normalen Zeit oder nicht im Zusammenhang mit der vorbestimmten Kurbelwinkelperiode oder größer (Schritt S14). In Schritt S14 vergleicht die ECU 40 den tatsächlichen Wert SA-CA10 mit dem Wert SA-CA10 zu einer normalen Zeit durch Berechnen eines Mittelwerts der Differenzen zwischen den beiden Werten. Ist das Bestimmungsergebnis gemäß Schritt S14 negativ, dann wird bestimmt, dass die Anfangsverbrennung als eine Konsequenz infolge der Solldrehmomentänderung stabil wird. Daher verlässt in diesem Fall die ECU 40 den vorliegenden Ablauf.
  • Ist demgegenüber das Bestimmungsergebnis gemäß Schritt S14 positiv, dann wird bestimmt, dass die Anfangsverbrennung noch immer instabil ist, ungeachtet der Änderung des Solldrehmoments. Die ECU 40 steuert daher in diesem Fall den Injektor, so dass die Brennstoffeinspritzmenge der Ansaugtakteinspritzung vergrößert wird, während die Ansaugtakteinspritzung in zwei Zeiten oder Perioden aufgeteilt wird. Es wird somit die Brennstoffkonzentration und die Homogenität des homogenen Luft-Brennstoff-Gemischs in dem Zylinder vergrößert.
  • Entsprechend der vorgesehen Beschreibung und dem in 11 veranschaulichten Ablauf kann die Anfangsverbrennung während der Katalysator-Aufwärmbetriebsart stabilisiert werden. Wird des Weiteren bestimmt, dass die Anfangsverbrennung nicht vollständig stabilisiert ist, ungeachtet der Änderung in dem Solldrehmoment, dann wird die Brennstoffeinspritzmenge der Ansaugtakteinspritzung vergrößert, während die Ansaugtakteinspritzung in zwei Zeiten oder Perioden aufgeteilt wird. Es kann auf diese Weise die Anfangsverbrennung während der Katalysator-Aufwärmbetriebsart mit einer großen Wahrscheinlichkeit stabilisiert werden.
  • Anderes Ausführungsbeispiel
  • In den ersten und zweiten Ausführungsbeispielen wird ein Aufbau der Maschine zugrunde gelegt, bei dem in der Brennkammer 20 die Tumble-Strömung auf der Seite der Abgasöffnung 24 strömt bzw. verwirbelt, wobei die Bewegung von dem oberen Bereich der Brennkammer 20 in Richtung des unteren Bereichs derselben erfolgt, und die Verwirbelung weiter verläuft zur Seite der Ansaugöffnung 22, und auf diese Weise von dem unteren Bereich der Brennkammer 20 zu dem oberen Bereich derselben verläuft. Es ist jedoch der Aufbau einer Maschine denkbar, bei dem die Tumble-Strömung in der entgegengesetzten Richtung strömt bzw. verwirbelt. Es ist in diesem Fall jedoch erforderlich, die Position, bei der Zündkerze 32 angeordnet ist, von der Seite des Auslassventils 28 zu der Seite des Einlassventils 26 zu ändern. Wird der Ort oder die Position der Anordnung der Zündkerze 32 in dieser Weise verändert, dann ist die Zündkerze 32 an der stromab liegenden Seite des Injektors 30 in der Strömungsrichtung der Tumble-Strömung angeordnet, wobei durch diese Maßnahme ein durch die Arbeitstakteinspritzung bewirkter Anziehungsvorgang erhalten wird.
  • In dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel wird eine Bestimmung bezüglich der Stabilität der Anfangsverbrennung auf der Basis von SA-CA10 durchgeführt. Es kann jedoch anstelle von SA-CA10 die Bestimmung auf der Basis einer Variation (Standardabweichung) σ von Gat 30 durchgeführt werden. Die Kurbelwelle weist einen Rotor mit entsprechenden Zähnen auf, die in Intervallen von 30° CA (Kurbelwellenwinkel) angeordnet sind. Der Kurbelwinkelsensor 44 ist ausgebildet zur Abgabe eines Signals jedes Mal dann, wenn sich der Rotor um einen Kurbelwinkel von 30° CA dreht. Der Wert Gat 30 wird berechnet als die Zeit zwischen den beiden Signalen, d.h. die für eine Drehung der Kurbelwelle um 30° CA erforderliche Zeitdauer.
  • Ohne Beschränkung auf die Werte Gat 30 und SA-CA10 kann des Weiteren die erforderliche Zeitdauer zum Drehen der Kurbelwelle um 60° CA (Gat 60), eine Kurbelwinkelzeitdauer von der Startzeit der Zündzeitdauer bis MFB 5% erreicht (SA-CA5), und eine Kurbelwinkelzeitdauer von der Startzeit der Zündzeitdauer bis MFB 15% erreicht (SA-CA15), verwendet werden. Gemäß der vorstehenden Beschreibung kann somit jeder Parameter mit einer Beziehung zur Stabilität der Anfangsverbrennung zur Durchführung dieser Bestimmung verwendet werden.
  • In dem zweiten Ausführungsbeispiel wird die Brennstoffeinspritzmenge der Ansaugtakteinspritzung vergrößert, wenn das Bestimmungsergebnis bezüglich der Stabilität der Anfangsverbrennung, das nach der Änderung des Solldrehmoments erhalten wird, positiv ist. Es kann jedoch auch die Brennstoffeinspritzmenge der Arbeitstakteinspritzung anstelle der Vergrößerung der Brennstoffeinspritzmenge der Ansaugtakteinspritzung vergrößert werden. Wird die Brennstoffeinspritzmenge der Arbeitstakteinspritzung vergrößert, dann ist es möglich, den Anziehungsvorgang in Richtung der Anfangsflamme und dergleichen zu verbessern. Es ist somit möglich, die Anfangsverbrennung unter einer Bedingung zu stabilisieren, bei der das Problem infolge eines großen Tumble-Verhältnisses TR auftritt (siehe 6A). In diesem Zusammenhang zeigt 12 eine Darstellung zur Veranschaulichung einer Beziehung zwischen einer Brennstoffeinspritzmenge für die Arbeitstakteinspritzung und einer Temperatur des Maschinenkühlmittels oder des Maschinenöls. Gemäß der Darstellung in 12 kann die Brennstoffeinspritzmenge für die Arbeitstakteinspritzung vergrößert werden, so dass die Kühlmitteltemperatur oder die Öltemperatur niedriger wird. Wird somit die Brennstoffeinspritzmenge für die Arbeitstakteinspritzung vergrößert, dann ist es möglich, den für die Erzeugung der Anfangsflamme erforderlichen verdampften Brennstoff auch bei einer niedrigen Umgebungstemperatur sicherzustellen. Des Weiteren kann die in 12 beschriebene Erhöhung der Brennstoffeinspritzmenge hinzugefügt werden zu der Vergrößerung der Brenneinspritzmenge entsprechend der Durchführung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel.
  • In dem zweiten Ausführungsbeispiel wird die Einspritzzeitdauer der Ansaugtakteinspritzung erweitert und wird ebenfalls in zwei Zeiten aufgeteilt, wenn das Bestimmungsergebnis bezüglich der Stabilität der Anfangsverbrennung, das nach der Änderung des Solldrehmoments erhalten wird, positiv ist. Es kann jedoch lediglich die Einspritzzeitdauer der Ansaugtakteinspritzung ohne Verlängerung der Einspritzzeitdauer aufgeteilt werden. Sofern nicht die Einspritzzeitdauer der Ansaugtakteinspritzung erweitert oder verlängert wird, tritt bei der Brennstoffkonzentration des homogenen Luft-Brennstoff-Gemischs keine Änderung auf. Es kann jedoch zumindest die Homogenität des homogenen Luft-Brennstoff-Gemischs durch die Aufteilung der Einspritzzeitdauer vergrößert werden, wobei die Anfangsverbrennung stabilisiert werden kann. Des Weiteren kann die Einspritzzeitdauer der Ansaugtakteinspritzung in drei oder mehr Zeiten aufgeteilt werden.
  • Referenzbeispiele
  • Nachstehend werden ein erstes bis viertes vergleichendes Referenzbeispiel beschrieben, die im Zusammenhang mit der vorliegenden Offenbarung betrachtet werden. Hierbei werden dieselben Bezugszeichen denselben Aufbauelementen wie diejenigen der vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele 1 und 2 zugeordnet, und es wird eine erneute Beschreibung derselben weggelassen.
  • [Beschreibung des Systemaufbaus]
  • In jedem der Systeme gemäß den ersten bis vierten Referenzbeispielen wird ein System angenommen, bei dem ein Portinjektor zu dem Systemaufbau gemäß der Darstellung in 1 hinzugefügt ist. Es wird ferner angenommen, dass der Portinjektor in der Betätigungseinrichtung angeordnet ist, die mittels der in 1 veranschaulichten elektronischen Steuerungseinheit ECU 40 betrieben wird. Wird der Injektor 30 gemäß 1 geöffnet, dann wird Brennstoff direkt in die Brennkammer 20 eingespritzt. Wird demgegenüber der Portinjektor geöffnet, dann wird Brennstoff in die Ansaugöffnung 22 eingespritzt. Das Brennstoffspray von dem Portinjektor wird mit der Ansaugluft in der Ansaugöffnung 22 zur Bildung eines Luft-Brennstoff-Gemischs gemischt. Das Luft-Brennstoff-Gemisch in der Ansaugöffnung 22 strömt in die Brennkammer 20, wenn das in 1 gezeigte Einlassventil 26 geöffnet wird.
  • Erstes Referenzbeispiel
  • [Eigenschaften der Katalysator-Aufwärmsteuerung gemäß dem ersten Referenzbeispiel]
  • In gleicher Weise wie beim ersten und zweiten Ausführungsbeispiel wird gemäß dem ersten Referenzbeispiel die Bestimmungsverarbeitung bezüglich der Stabilität der Anfangsverbrennung während der Katalysator-Aufwärmsteuerung durchgeführt. Es wird jedoch gemäß dem vorliegenden Referenzbeispiel eine Einspritzung in einem Abgastakt oder Ausstoßtakt unter Verwendung des Portinjektors (nachstehend auch als „Abgastakteinspritzung“ bezeichnet) durchgeführt, wenn bestimmt wird, dass die Anfangsverbrennung instabil ist. 13 zeigt eine Darstellung zur Beschreibung einer Übersicht über die Katalysator-Aufwärmsteuerung gemäß dem ersten Referenzbeispiel. Die untere Grafik gemäß 13 zeigt eine Übersicht über die Katalysator-Aufwärmsteuerung gemäß dem vorliegenden Beispiel. Die Katalysator-Aufwärmsteuerung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ist ebenfalls in der oberen Grafik von 13 als eine vergleichbare Steuerung dargestellt. Es wird aus einem Vergleich der unteren und oberen Grafik verständlich, dass die Katalysator-Aufwärmsteuerung gemäß dem vorliegenden Beispiel unterschiedlich ist zu derjenigen des ersten Ausführungsbeispiels, indem die Abgastakteinspritzung mit dem Portinjektor durchgeführt wird, die der in dem ersten Ausführungsbeispiel durchgeführten Ansaugtakteinspritzung entspricht. Die Abgastakteinspritzung wird bei einem Kurbelwinkel CA7 gestartet.
  • Das durch die Abgastakteinspritzung erzeugte Luft-Brennstoff-Gemisch ist hinsichtlich der Homogenität gegenüber dem durch die Ansaugtakteinspritzung erzeugten Luft-Brennstoff-Gemisch verbessert bzw. höherwertig. Wird bestimmt, dass die Anfangsverbrennung instabil ist, dann kann die Homogenität des Luft-Brennstoff-Gemischs verbessert werden, wenn die Abgastakteinspritzung anstelle der Ansaugtakteinspritzung durchgeführt wird. Es ist in gleicher Weise wie in der Darstellung von 7 möglich, den Flammenkern zu vergrößern, wobei mit dieser Maßnahme die Anfangsverbrennung stabilisiert werden kann.
  • Zweites Referenzbeispiel
  • [Eigenschaften der Katalysator-Aufwärmsteuerung gemäß dem zweiten Referenzbeispiel]
  • In dem zweiten Referenzbeispiel wird die in dem ersten Referenzbeispiel beschriebene Brennstoffeinspritzmenge für die Abgastakteinspritzung in Abhängigkeit von der Kühlmitteltemperatur oder der Öltemperatur geändert. 14 zeigt eine Darstellung zur Veranschaulichung einer Beziehung zwischen der Einspritzzeitdauer (d.h. der Brennstoffeinspritzmenge) der Arbeitstakteinspritzung und der Temperatur des Maschinenkühlmittels oder des Maschinenöls. Bei dem zweiten Referenzbeispiel wird gemäß der Darstellung in 14 die Einspritzzeitdauer der Arbeitstakteinspritzung vergrößert, wenn sich die Kühlmitteltemperatur oder die Öltemperatur vermindern. Mit der Verlängerung der Einspritzzeitdauer der Abgaseinspritzung ist es in dieser Weise möglich, den für die Erzeugung der Anfangsflamme erforderlichen verdampften Brennstoff auch bei einer Umgebung mit niedriger Temperatur sicherzustellen.
  • Drittes Referenzbeispiel
  • [Eigenschaften der Katalysator-Aufwärmsteuerung gemäß dem dritten Referenzbeispiel]
  • In dem dritten Referenzbeispiel wird eine Brennstoffeinspritzung für einen Kompressionstakt unter Verwendung des Injektors gemäß der Darstellung in 1 durchgeführt (nachstehend auch als „Kompressionstakteinspritzung“ bezeichnet), wenn bestimmt wird, dass die Anfangsverbrennung noch immer instabil ist, ungeachtet der Durchführung der im Zusammenhang mit dem ersten Referenzbeispiel beschriebenen Abgastakteinspritzung. 15 zeigt eine Darstellung zur Beschreibung einer Übersicht über die Katalysator-Aufwärmsteuerung gemäß dem dritten Referenzbeispiel. Die untere Grafik gemäß 15 zeigt eine Übersicht über die Katalysator-Aufwärmsteuerung gemäß dem vorliegenden Beispiel. Die Katalysator-Aufwärmsteuerung gemäß dem ersten Referenzbeispiel ist in der oberen Grafik von 15 ebenfalls gezeigt. Aus einem Vergleich der oberen und der unteren Grafik ist erkennbar, dass die Katalysator-Aufwärmsteuerung gemäß dem vorliegenden Beispiel unterschiedlich ist zu derjenigen des ersten Referenzbeispiels in der Weise, dass die Kompressionstakteinspritzung in anderer Weise durchgeführt wird als die Abgastakteinspritzung und die Arbeitstakteinspritzung. Die Kompressionstakteinspritzung wird bei einem Kurbelwinkel von CAs gestartet.
  • Wird die Kompressionstakteinspritzung durchgeführt, dann wird die Konzentration des homogenen Luft-Brennstoff-Gemischs um den Elektrodenbereich vergrößert. Es wird daher die Anfangsverbrennung unter der Bedingung stabilisiert, dass das Luft-Brennstoff-Verhältnis des homogenen Luft-Brennstoff-Gemischs um den Elektrodenbereich in übermäßiger Weise mager ist (siehe 6C).
  • Viertes Referenzbeispiel
  • [Eigenschaften der Katalysator-Aufwärmsteuerung gemäß dem vierten Referenzbeispiel]
  • Bei der Katalysator-Aufwärmsteuerung gemäß dem vierten Referenzbeispiel wird der Kurbelwinkel CAs, bei dem die in dem dritten Referenzbeispiel beschriebene Kompressionstakteinspritzung gestartet wird, in Abhängigkeit von der Maschinendrehzahl geändert. 16 zeigt eine Darstellung zur Veranschaulichung einer Beziehung zwischen einer Startzeit der Kompressionstakteinspritzung und der Maschinendrehzahl. Gemäß der Darstellung in 16 wird die Startzeit der Kompressionstakteinspritzung (d.h. der Kurbelwinkel CAs) zu dem Kurbelwinkel mehr auf der verzögerten Seite geändert, wenn die Maschinendrehzahl ansteigt. Durch die beschriebene Änderung der Startzeit der Kompressionstakteinspritzung ist es in verlässlicher Weise möglich, das homogene Luft-Brennstoff-Gemisch um den Elektrodenbereich während der Entladezeitdauer CP zu vergrößern.
  • Zusammenfassend kann gesagt werden, dass die Drehzahl der Maschine zwingend vergrößert wird, wenn bestimmt wird, dass die Anfangsverbrennung instabil ist. Wird die Drehzahl der Maschine zwingend vergrößert, dann vergrößert sich die Fluidität in dem Zylinder. Steigt in dem Zylinder die Fluidität an, dann wird die Homogenität des homogenen Luft-Brennstoff-Gemischs verbessert. Es ist auf diese Weise möglich, den Flammenkern zu vergrößern. Wird der Flammenkern vergrößert, dann wird die sich aus dem Flammenkern ergebende Anfangsflamme ebenfalls vergrößert. Die Anfangsflamme ist nun in der Lage, das nächstliegende Brennstoffspray auf einfache Weise einzubeziehen, wodurch die Anfangsverbrennung stabilisiert werden kann.

Claims (3)

  1. Steuerungsvorrichtung (40) zur Steuerung einer Brennkraftmaschine, die ausgebildet ist zur Steuerung einer Maschine (10), wobei die Maschine (10) umfasst: einen Injektor (30), der in einem oberen Bereich einer Brennkammer (20) angeordnet ist, in der eine Tumble-Strömung erzeugt wird, wobei der Injektor (30) ausgebildet ist zum Einspritzen eines Brennstoffs in einen Zylinder (12) mittels mehrerer Einspritzöffnungen; eine Zündkerze (32), die in dem oberen Bereich vorgesehen und ausgebildet ist zum Zünden eines Luft-Brennstoff-Gemischs innerhalb des Zylinders (12) unter Verwendung eines Entladefunkens, wobei die Zündkerze (32) auf einer stromab liegenden Seite relativ zu dem Injektor (30) in einer Tumble-Strömungsrichtung bei dem oberen Bereich angeordnet ist, die Zündkerze (32) auf einer stromab liegenden Seite des nächstliegenden Brennstoffsprays aus den mittels der mehreren Einspritzöffnungen eingespritzten Brennstoffsprays und näher an dem oberen Bereich als eine Konturoberfläche des nächstliegenden Brennstoffsprays angeordnet ist; und einen Abgasreinigungskatalysator, der ausgebildet ist zum Reinigen des Abgases aus der Brennkammer (12), wobei die Steuerungsvorrichtung (40) ausgebildet ist zur Durchführung einer Maschinensteuerung zur Aktivierung des Abgassteuerungskatalysators und bei der die Zündkerze (32) und der Injektor (30) gesteuert werden, wobei die Zündkerze (32) gesteuert wird zur Erzeugung eines Entladefunkens in einer Zündzeitdauer auf der verzögerten Seite des oberen Kompressionstotpunkts, der Injektor (30) gesteuert wird, dass eine erste Einspritzung auf der voreilenden Seite des oberen Kompressionstotpunkts durchgeführt wird und eine zweite Einspritzung, deren Einspritzzeitdauer mit zumindest einem Teil der Zündzeitdauer überlappend ist, auf der verzögerten Seite des oberen Kompressionstotpunkts durchgeführt wird, wobei die Steuerungsvorrichtung (40) des Weiteren ausgebildet ist zur Durchführung einer Maschinensteuerung, bei der die Drehzahl der Maschine (10) zwingend vergrößert wird, wenn bestimmt wird, dass ein Parameter relativ zu einer Stabilität der Anfangsverbrennung einen Schwellenwert überschreitet.
  2. Steuerungsvorrichtung (40) nach Anspruch 1, wobei die Steuerungsvorrichtung (40) des Weiteren ausgebildet ist zur Durchführung einer Maschinensteuerung, bei der der Injektor (30) derart gesteuert wird, dass eine Einspritzmenge der ersten Einspritzung vergrößert wird, wenn in Zyklen nach der Vergrößerung der Drehzahl der Maschine (10) bestimmt wird, dass der Parameter den Schwellenwert erneut überschreitet.
  3. Steuerungsvorrichtung (40) nach Anspruch 1, wobei die Steuerungsvorrichtung (40) des Weiteren ausgebildet ist zur Durchführung einer Maschinensteuerung, bei der der Injektor (30) derart gesteuert wird, dass die erste Einspritzung mehrmals durchgeführt wird, wenn in Zyklen nach der Vergrößerung der Drehzahl der Maschine (10) bestimmt wird, dass der Parameter den Schwellenwert erneut überschreitet.
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