DE19536098C2 - System und Verfahren zur Steuerung der Katalysatoraktivierung in einem Motor mit Kraftstoffdirekteinspritzung - Google Patents

System und Verfahren zur Steuerung der Katalysatoraktivierung in einem Motor mit Kraftstoffdirekteinspritzung

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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein System und Ver­ fahren zur Steuerung der Katalysatoraktivierung in einem Motor mit Kraftstoffdirekt­ einspritzung zur Katalysatoraktivierung und betrifft insbesondere ein System und ein Verfahren zur Aktivierung eines Katalysators, der in einer Motorabgasanlage angeordnet ist, indem die Abgastemperatur auch dann angehoben wird, wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis der Mischung gering ist. Bei dem Motor mit Kraftstoffdirekteinspritzung wird der Kraftstoff direkt (ohne mit Luft gemischt zu werden, bevor er in jeden Zylinder eingeleitet wird) in jeden Zylinder eingespritzt und dann über Funkenzündung gezündet.
In Motoren, in denen der Kraftstoff direkt in jeden Zylinder eingespritzt wird und dann durch Funkenzündung, d. h. Fremdzündung, gezündet wird, wird im allgemeinen ein Schichtverbrennungsverfahren oder Stratifikations-Verbrennungsverfahren angewandt. In diesem Verbrennungsverfahren wird der Kraftstoff in jeden Zylinder in der letzteren Periode des Kompressionshubs oder Verdichtungshubs derart eingespritzt, daß die Luft/Kraftstoff-Mischung geschichtet werden kann und ferner nur eine relativ fette Mischung in der Umgebung einer Zündkerze gezündet werden kann, mit dem Ergebnis, daß der Motor bei einem sehr mageren oder armen Luft/Kraftstoff-Verhältnis so angetrieben werden kann, daß ein geringer Kraftstoffverbrauch realisierbar ist.
In diesem Schichtverbrennungsverfahren wird jedoch die Gemischbildung durch die Kraftstoffzerstäubungs- oder Vergasungseigenschaften wie die Kraftstoffzerstäubungsrate und den Kraftstoffzerstäubungswinkel des Kraftstoffeinspritzers außerordentlich stark beeinflußt. Die Fig. 1 zeigt im Detail den Verbrennungsprozeß bei einer einzelnen Kraftstoffeinspritzung. Wie in Fig. 1 gezeigt, kann, wenn zerstäubter Kraftstoff unter einem weiten Winkel eingespritzt wird, da das äußerste Gas außerordentlich mager ist, selbst bei Funkenzündung der äußerste Kraftstoff nicht voll­ kommen gezündet werden, so daß unvermeidlicherweise eine verbrennungsfreie Region vorliegt. Dadurch steigt die Kohlenwasserstoffkonzentration (HC) im Abgas. Ferner zeigt
Fig. 2 die Beziehung zwischen dem Wärmeerzeugungsmuster und der NOx-Erzeugungsrate für eine Einzelkraftstoffein­ spritzung. Wie in Fig. 2 gezeigt, neigt, wenn die Kraft­ stoffeinspritzmenge außerordentlich hoch ist, da die anfängliche Verbrennung aktiv wird, die Wärmeerzeugungs­ rate dazu, in der ersten Hälfte der Verbrennung anzustei­ gen, mit dem Ergebnis, daß das in der ersten Hälfte ge­ zündete Gas in der zweiten Hälfte komprimiert wird und es hierdurch zur Erzeugung von Stickoxid NOx im Abgas kommt.
Ferner ist im oben dargelegten Schichtverbrennungsver­ fahren der Mischung die Abgastemperatur im Vergleich zum gewöhnlichen Verfahren mit gleichmäßiger oder gleichförmiger Verbrennung deutlich reduziert. Dies ist deshalb der Fall, weil im Schichtverbrennungsverfahren der thermische Nutz­ effekt bzw. der Wärmewirkungsgrad hoch ist und hierdurch der Wärmeverlust gering ist und darüber hinaus die pro Kraftstoffeinheit erwärmte Luftmenge groß ist. Folglich wird die Abgastemperatur niedriger als ein unterer Grenz­ wert für die Katalysatoraktivierungstemperatur (die im allgemeinen auf der Grundlage der Abgastemperatur des konventionellen Motors mit gleichförmiger Verbrennung be­ stimmt ist), und zwar insbesondere im Antriebsbereich des Motors mit geringer Last wie beim Leerlauf. Infolgedessen besteht die Möglichkeit, daß sich das Abgasreinigungs­ vermögen verschlechtert.
Um diesem Problem zu begegnen (d. h. die Abgastempera­ tur zu steigern), offenbart die japanische veröffentlichte (nicht geprüfte) Patentanmeldung Nr. 4-183922 von Kokai ein Katalysatoraktivierungsverfahren, bei dem Kraftstoff im Expansions- oder im Auspuffhub des Motors erneut einge­ spritzt wird (das heißt zum Beispiel mit Zweifachkraft­ stoffeinspritzung), und zwar zusätzlich zur normalen Ein­ zelkraftstoffeinspritzung, um die Abgastemperatur durch Neuzündung oder Wiederzündung des zweitmalig eingespritzten Kraftstoffs zur Aktivierung des Katalysators anzuheben.
Da jedoch im oben dargelegten Stand der Technik der eingespritzte Kraftstoff für jeden Motorzyklus oder Motortakt zweimal gezündet wird, besteht das Problem, daß nicht nur der Zündenergieverbrauch ansteigt, sondern daß auch die Möglichkeit einer Fehlzündung bei dem zweiten Zündvorgang hoch ist. Der Grund hierfür besteht darin: nachdem die primäre Verbrennung durch die erste Kraftstoffeinspritzung und Zündung beendet ist, gibt es, da der zweite Kraftstoff im Expansions- oder Auspuffhub neu eingespritzt wird und dann im Auspuffhub neu gezündet wird, unvermeidlicherweise ein Zeitintervall zwischen der ersten primären Kraftstoffverbrennung und der zweiten Hilfskraftstoffverbrennung, so daß es infolge des Abfalls der Abgastemperatur schwierig ist, in der Nähe der Zündkerze eine zündfähige Mischung zu bilden; d. h. es ist schwierig, die zweite Kraftstoffverbrennung gut zu steuern.
Wird im oben dargelegten Fall der zweite eingespritzte Kraftstoff nicht gezündet (der abnormen Verbrennung), so wird der Kraftstoff, so wie er ist, selbst emittiert, weshalb nicht nur die Lebensdauer des Katalysators deutlich verschlechtert wird, sondern auch die Abgasemissionseigenschaften sich merklich verschlechtern.
Wird ferner der Motor bei niedriger Temperatur gestartet, ist es, da die Abgastemperatur durch nur zweifache Kraftstoffeinspritzungen nicht ausreichend stark angehoben werden kann, unmöglich, den Katalysator in einem frühen Stadium zu aktivieren. Andererseits ist es im Hinblick auf den Kraftstoffverbrauch unvorteilhaft, stets zweifach Kraftstoff einzuspritzen, wenn die gewünschte Sollabgastemperatur entsprechend den Motorbetriebsbedingungen als relativ gering bestimmt wird.
Die obige Problematik wird auch nicht durch die folgenden Systeme gelöst.
So zeigt die US 45 28 964 eine Vorrichtung zur Steuerung eines Motors mit Kraftstoffeinspritzung, aufweisend: eine Mo­ torbetriebszustand-Detektoreinrichtung, die verschiedene Mo­ torbetriebszustände detektiert; eine Verbrennungseinrichtung für einen ersten Kraftstoff zur Funkenzündung eines ersten Kraftstoffs, der eingespritzt wird, entsprechend den detek­ tierten Motorbetriebszuständen; und eine Einrichtung zur Ein­ spritzung zusätzlichen Kraftstoffs zumindest einmal in jeden Motorzylinder von einer frühen Periode zu einer mittleren Pe­ riode eines Expansionshubs der vorausgehenden Kraftstoffver­ brennung gemäß den Motorbetriebszuständen, wobei eine zusätz­ liche Einspritzung erfolgt, wenn ein Beschleunigungsfall de­ tektiert wird.
Weiterhin zeigt die JP-4-183-922 ein gattungsgemäßes Sy­ stem zur Steuerung eines Motors mit Kraftstoffdirekteinsprit­ zung zur Katalysatoraktivierung. Gemäß Fig. 3 dieser Schrift hängt dort die Mehrfachkraftstoffverbrennung jeweils von einer Neuzündung ab. Ferner ist dieser Schrift ein Verfahren zur Steuerung eines Motors mit Kraftstoffdirekteinspritzung zur Katalysatoraktivierung entnehmbar, das umfaßt, einen er­ sten Festlegungsprozeß für eine erste Kraftstoffeinspritzung und einen Festlegungsprozeß für eine zweite Kraftstoffein­ spritzung mit den Schritten: Detektieren von Motorbetriebspa­ rametern; Berechnen einer Basiskraftstoffeinspritzmenge auf der Grundlage der detektierten Motorbetriebsparameter; Fest­ legen einer ersten Kraftstoffeinspritzmenge durch Korrigieren der Basiskraftstoffeinspritzmenge auf der Grundlage verschie­ dener Motorbetriebsbedingungen; Festlegen einer Zeitpunktein­ stellung für die erste Kraftstoffeinspritzung; Prüfen, ob eine zweite Kraftstoffeinspritzung erforderlich ist oder nicht; falls erforderlich, Festsetzen einer zweiten Kraft­ stoffeinspritzmenge; und Festlegen einer Zeitpunkteinstellung für die zweite Kraftstoffeinspritzung bei einer geeigneten Kurbelwinkelposition.
Vor dem Hintergrund dieser Probleme liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein System und ein Verfahren zur Steuerung der Katalysatoraktivierung in einem Motor mit Kraftstoffdirekteinspritzung anzugeben, durch welches eine Zweifach- oder Mehrfachkraftstoffverbrennung, ohne von einer Neuzündung abzuhängen, im Hinblick auf eine zuverlässige An­ hebung der Abgastemperatur zur Katalysatoraktivierung rea­ lisierbar ist.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche 1 und 26 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüche definiert.
Das erfindungsgemäße Verfahren und erfindungsgemäße System für einen Motor mit Direktkraftstoffeinspritzung oder Einspritzung in den Zylinder ist imstande, eine verbrennungsfreie Region der äußersten zerstäubten Mischung dadurch zu eliminieren, daß die Steuerbarkeit der Verbrennung in einer Mischung eines mageren Luft/Kraftstoff- Verhältnisses verbessert wird, um dadurch auch die Verbrennungsleistung und die Abgasemission zu verbessern.
Ferner gelingt es erfindungsgemäß, den Katalysator in einem frühen Stadium zu aktivieren, während die Kraftstoffverbrauchsrate gleichzeitig auf einem so geringen Pegel wie möglich gehalten wird.
Ferner eröffnet das erfindungsgemäße System bzw. Verfahren die Möglichkeit, zu verhindern, daß der Katalysator sich selbst im Fall einer abnormen Verbrennung (Fehlverbrennung) des primären oder vorausgehend eingespritzten Kraftstoffs verschlechtert oder beschädigt wird, während gleichzeitig verhindert wird, daß sich die Abgasemission merklich verschlechtert.
Das erfindungsgemäße System zur Steuerung eines Motors mit Kraftstoffdirekteinspritzung zur Katalysatoraktivierung umfaßt: eine Motorbetriebsbedingung-Detektoreinrichtung oder Motorbetriebszustand-Detektoreinrichtung zur Detektion verschiedener Motorbetriebsbedingungen und -zustände; eine erste Kraftstoffverbrennungseinrichtung zur Funkenzündung oder Fremdzündung eines ersten Kraftstoffs, der direkt in jeden der Motorzylinder eingespritzt wird, entsprechend den detektierten Motorbetriebsbedingungen; und eine Katalysatoraktivierungseinrichtung zur Einspritzung zusätzlichen Kraftstoffs zumindest einmal in jeden der Motorzylinder vorzugsweise von einer frühen Periode zu einer mittleren Periode eines Expansionshubs der vorausgehenden Kraftstoffverbrennung entsprechend den jeweiligen Motorbetriebszuständen und -bedingungen, um den zusätzlichen eingespritzten Kraftstoff durch Flammenausbreitung der vorausgehenden Kraftstoffverbrennung derart zu entflammen und zu entzünden, daß die Abgastemperatur für die Katalysatoraktivierung anhebbar ist.
Dieses Entflammen oder Entzünden des zusätzlich eingespritzten Kraftstoffs durch die Flammenausbreituung, das ohne erneute Zündung einer Zündkerze erfolgt, d. h. ohne Funkenzündung, wird im folgenden der Einfachheit halber auch mit Zünden bezeichnet.
Hier umfaßt die Motorbetriebsbedingung-Detektoreinrichtung vorzugsweise ein Luftdurchsatzmeßgerät zur Detektion des Luftdurchsatzes oder der Strömungsrate von Luft, die in den Zylinder eingeleitet wird; einen Drosselöffnungsbetragssensor zur Detektion des Öffnungsgrades oder der Öffnungsrate einer Drossel; einen Kurbelwinkelsensor zur Detektion von Kurbelwinkelpositionen; einen Kühlmitteltemperatursensor (Kühlwassertemperatursensor) zur Detektion der Kühlmitteltemperatur und einen Abgastemperatursensor zur Detektion der Temperatur der Abgase.
Ferner umfaßt die erste Kraftstoffverbrennungseinrichtung vorzugsweise einen Zylinderdiskriminatorsensor zur Unterscheidung und Feststellung jedes Zylinders; einen Einspritzer zum Einspritzen von Kraftstoff in jeden Zylinder; eine Kraftstoffzündeinrichtung zur Funkenzündung des in jeden Zylinder eingespritzten Kraftstoffs; eine Motordrehzahl- Berechnungseinrichtung zur Berechnung einer Motordrehzahl (Drehgeschwindigkeit) N auf der Grundlage von Signalen, die vom Kurbelwinkelsensor ausgegeben werden; eine Kurbelwinkelpositions- Detektoreinrichtung zur Detektion der Kurbelwinkelpositionen jedes Zylinders; eine Betriebsbedingung- Detektoreinrichtung zur Berechnung einer Basiskraft­ stoffeinspritzmenge (basic fuel injection amount) (TP = K × Q/N) als Motorlast auf der Grundlage der Motorbetriebs­ bedingungen (Q, N), die von der Motorbetriebsbedingung-Detektoreinrichtung detektiert sind, und einer Korrektur­ konstanten K, die für den Kraftstoffeinspritzer bestimmt ist, um sich für eine Verbrennungsart, nämlich für eine gleichförmige normale Verbrennung bei Einspritzung eines Kraftstoffs in einer frühen Periode eines Motoransaughubs oder für eine Stratifikationsverbrennung oder Schicht­ verbrennung mit Einspritzung von Kraftstoff in einer spä­ teren oder letzteren Periode des Kompressionshubs, jedoch unmittelbar vor der Kraftstoff-Funkenzündung zu ent­ scheiden; eine Festlegungseinrichtung für eine erste Kraft­ stoffeinspritzmenge (Ti1 = TP × COEF × Ts) durch Korrigie­ ren der Basiskraftstoffeinspritzmenge TP von der Betriebs­ bedingung-Detektoreinrichtung auf der Grundlage eines Koeffizienten COEF, der entsprechend den gegenwärtigen Motorbetriebsbedingungen und Motorzuständen bestimmt wird, die von der Motorbetriebsbedingung-Detektoreinrich­ tung detektiert sind, und auf der Grundlage einer Spannungs­ korrekturrate Ts, die auf der Grundlage einer Batterie­ spannung VB ermittelt ist; eine Festlegungseinrichtung für die Zeitpunkteinstellung der Einspritzung des ersten Kraft­ stoffs zur Festlegung der Kraftstoffeinspritzzeit (TINJ1) entsprechend dem Verbrennungsmodus, für den sich die Betriebsbedingung-Detektoreinrichtung entschieden hat, und entsprechend den detektierten Motorbetriebsbedingun­ gen N, TP; eine Festlegungseinrichtung zur Festlegung einer Zündzeitpunkteinstellung θIG durch Korrigieren einer Basiszündzeitpunkteinstellung θBASE die durch die detektier­ ten Motorbetriebsbedingungen N, TP, Kühlmitteltemperatur, bestimmt wird; eine Berechnungseinrichtung für die Ein­ spritzzeitpunkteinsteilung in Abhängigkeit einer Kurbel­ winkelposition relativ zu einem Bezugskurbelwinkel und zur Ausgabe des berechneten Kraftstoffeinspritz-Zeitsignals an den Einspritzer; und eine Zündzeitpunktberechnungsein­ richtung zur Berechnung der festgesetzten Kraftstoffzünd­ zeitpunkteinstellung in Abhängigkeit einer Kurbelwinkel­ position relativ zu einer Bezugskurbelwinkelposition und zur Ausgabe des den berechneten Zündzeitpunkt repräsentie­ renden Signals an die Zündeinrichtung.
Im ersten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Systems umfaßt die Katalysatoraktivierungseinrichtung eine Diskriminatoreinrichtung für die Zweiteinspritzung, die ermittelt, ob die gegenwärtigen Betriebsbedingungen in einem Bereich liegen, bei dem eine zweite Kraftstoffein­ spritzung erforderlich ist oder nicht, auf der Grundlage der detektierten Motorbetriebsbedingungen und Motorzustände und zur Ausgabe eines Befehls, daß eine Zweitkraftstoff­ einspritzung anzeigt; eine Festlegungseinrichtung für die zweite Kraftstoffeinspritzinenge ansprechend auf den Befehl zur Zweitkraftstoffeinspritzung, zur Festlegung einer zweiten Kraftstoffeinspritzmenge (fuel injection amount Ti2), welche durch Flammenausbreitung der ersten Kraftstoff­ verbrennung entflammt bzw. gezündet wird, wobei diese zweite Einspritzmenge Ti2 der Berechnungseinrichtung für den Einspritzzeitpunkt zugeführt wird; und eine Festle­ gungseinrichtung für die Zeitpunkteinstellung der zweiten Kraftstoffeinspritzung ansprechend auf den Zweiteinspit­ zungsbefehl zur Festlegung der Zeitpunkteinstellung oder des Zeitpunkts TINJ2 für die zweite Kraftstoffeinspritzung, wobei dieser Zeitpunkt TINJ2 der Berechnungseinrichtung für den Zeitpunkt der Kraftstoffeinspritzung zugeführt wird.
Gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel des erfindungs­ gemäßen Systems umfaßt die Katalysatoraktivierungseinrich­ tung eine Diskriminatoreinrichtung zur Feststellung, ob die gegenwärtigen Betriebsbedingungen innerhalb eines Be­ reiches liegen, bei welchem mehrere Kraftstoffeinspritzun­ gen erforderlich sind oder nicht, auf der Grundlage der Motordrehzahl N und der Motorlast, repräsentiert durch die berechnete Basiskraftstoffeinspritzmenge TP, und zur Ausgabe eines Befehls, der anzeigt, daß die mehreren Kraftstoffeinspritzungen erforderlich sind; eine Fest­ legungseinrichtung für die mehreren Kraftstoffeinspritz­ mengen auf einen solchen Befehl hin zur Festlegung von Kraftstoffeinspritzmengen Ti2, Ti3 . . ., die durch die Flammenausbreitung der jeweils vorausgehenden Kraftstoff­ verbrennung gezündet werden, wobei die Einspritzmengen Ti2, Ti3 . . . der Berechnungseinrichtung für die Zeit­ punkteinstellung oder Kraftstoffeinspritzung zugeführt werden und wobei die Festlegungseinrichtungen für diese Mengen in der Festlegungseinrichtung für die erste Kraft­ stoffeinspritzmenge enthalten ist; und Festlegungsein­ richtungen, die auf diesen Befehl ansprechen, um mehrere Zeiteinstellungen oder Zeitpunkte für die Kraftstoff­ einspritzung TINJ2, TINJ2, . . . festzulegen, wobei diese Zeitpunkte der Berechnungseinrichtung für die Kraftstoff­ einspritzzeitpunkte zugeführt wird und die Festlegungs­ einrichtung für die mehreren Zeitpunkte der Einspritzung in der Festlegungseinrichtung für die Zeiteinstellung der ersten Einspritzung enthalten ist.
In einem dritten Ausführungsbeispiel umfaßt das erfin­ dungsgemäße System zusätzlich zum ersten Ausführungsbei­ spiel eine Sollabgastemperatur-Festlegungseinrichtung, wenn die Diskriminatoreinrichtung für die Zweitkraftstoff­ einspritzung feststellt, daß die Motorbetriebsbedingungen in einem Bereich liegen, in welchem der Katalysator nicht aktivierbar ist, wobei diese Festlegungseinrichtung eine Soll- oder Zielabgastemperatur festlegt; eine Temperatur­ anhebungsverfahren-Selektionseinrichtung, die ein Verfah­ ren des Zweifacheinspritzverfahrens und eines Zündzeitpunkt-Verzögerungsverfahrens entsprechend der festgelegten Soll­ abgastemperatur unter Einbeziehung und Beachtung der Kraftstoffverbrauchsrate auswählt; und eine Zündzeitpunkt-Verzögerungseinrichtung zur Verzögerung des Zündzeitpunk­ tes, der durch die Festlegungseinrichtung für die Zündzeit­ punkteinstellung bestimmt ist.
In einem vierten Ausführungsbeispiel des erfindungs­ gemäßen Systems umfaßt diese ferner zusätzlich zum drit­ ten Ausführungsbeispiel einen Abgastemperatursensor; eine Vergleichseinrichtung zum Vergleichen der Sollabgas­ temperatur, die durch die Sollabgastemperatur-Festlegungs­ einrichtung festgelegt wurde, mit einer aktuellen oder Ist-Abgastemperatur, die vom Abgassensor detektiert ist; wobei die Festlegungseinrichtung für die zweite Einspritz­ menge und die Zündzeitpunktverzögerungseinrichtung die zweite Kraftstoffeinspritzmenge Ti2 und die Zündzeitpunkt­ verzögerungsrate θRD jeweils auf der Grundlage des Unter­ schiedes zwischen der Sollabgastemperatur und der Ist-Abgastemperatur unter Rückkopplungsregelung einstellen.
Im fünften Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Systems umfaßt dieses ferner zusätzlich zum dritten Aus­ führungsbeispiel einen Abgastemperatursensor, eine Dis­ kriminatoreinrichtung, die feststellt, ob die Abgas­ temperatur eine Temperatur erreicht, bei der der Kataly­ sator aktiviert werden kann, auf der Grundlage der ak­ tuellen Temperatur oder Ist-Temperatur, die vom Tempe­ ratursensor detektiert ist; eine Festlegungseinrichtung für eine dritte Kraftstoffeinspritzmenge und eine Festle­ gungseinrichtung für den Zeitpunkt der dritten Kraft­ stoffeinspritzung in Abhängigkeit von der Sollabgastempe­ ratur.
Gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel des erfin­ dungsgemäßen Systems umfaßt dieses zusätzlich zum ersten Ausführungsbeispiel eine Zylinderdruck-Detektoreinrichtung zur Detektion des durch die erste Verbrennung erzeugten Zylinderdrucks; eine Wärmeerzeugungsrate-Berechnungsein­ richtung zur Berechnung der Wärme, die durch die erste Kraftstoffverbrennung erzeugt wird, auf der Grundlage des detektierten Zylinderdrucks und der Kurbelwinkelposition, die vom Kurbelwinkelsensor detektiert wurde; einen Abnorma­ litäts-Diskriminatorabschnitt zur Feststellung, ob die erste Kraftstoffverbrennung normal ist oder nicht, auf der Grundlage der berechneten Wärmeerzeugungsrate, und eine Verbrennungsmodus-Änderungseinrichtung, die, wenn die Abnormalität festgestellt ist und ein entsprechendes Signal vom Diskriminatorabschnitt ausgegeben wird, die Stratifikationsverbrennung auf eine gleichförmige Ver­ brennung ändert.
In einem siebten Ausführungsbeispiel des erfindungs­ gemäßen Systems umfaßt dieses zusätzlich zum ersten Aus­ führungsbeispiel wiederum eine Zylinderdruckdetektorein­ richtung zur Detektion des Zylinderdrucks der ersten Kraftstoffverbrennung; eine Berechnungseinrichtung für die durch die erste Verbrennung erzeugte Wärme auf der Grundlage des detektierten Zylinderdrucks und der Kurbel­ winkelposition; einen Diskriminatorabschnitt zur Fest­ stellung, ob die erste Kraftstoffverbrennung normal ist oder nicht, auf der Grundlage der berechneten Wärmeerzeu­ gungsrate; eine Selektionseinrichtung zur Selektion eines Korrekturparameters für den ersten Kraftstoff, wenn das Abnormalitätssignal vom Diskriminatorabschnitt ausgegeben ist, um zumindest einen Parameter zur Korrektur der ersten Kraftstoffverbrennung festzulegen; und eine Para­ meterfestlegungseinrichtung zur Festlegung des selektier­ ten Parameters für die Festlegungseinrichtung der ersten Kraftstoffeinspritzmenge, für die Festlegungseinrich­ tung des Zeitpunktes der ersten Einspritzung bzw. die Zündzeitpunkteinstelleinrichtung, um so die Wärmeerzeu­ gungsrate durch die erste Kraftstoffverbrennung im nach­ folgenden Zyklus oder Takt jeweils ohne Änderung des Verbrennungsmodus aus Stratifikationsverbrennung in gleichförmige Verbrennung.
Ferner wird bevorzugt zwischen einem zusätzlichen Kraftstoffeinspritzverfahren und einem Zündzeitpunktver­ zögerungsverfahren entsprechend den jeweiligen Motor­ betriebsbedingungen zu selektieren. Darüber hinaus wird bevorzugt so verfahren, daß bei Erzeugung einer Wärme­ menge durch die erste Kraftstoffverbrennung, die nicht groß genug zur Entzündung des zusätzlich eingespritzten Kraftstoffs (ohne neue Funkenzündung) ist, eines der im folgenden aufgeführten Verfahren selektiv anzuwenden:
Ändern der Stratifikationsverbrennung in gleichförmige Verbrennung, Steigern der ersten Kraftstoffeinspritz­ menge und Unterbrechen der zusätzlichen Kraftstoffein­ spritzung.
Das erfindungsgemäße Verfahren umfaßt einen Festle­ gungsprozeß für eine erste Kraftstoffeinspritzung und einen Festlegungsprozeß für eine zweite Kraftstoffein­ spritzung umfassend die Schritte: Detektieren von Motor­ betriebsparametern; Berechnen einer Basiskraftstoffein­ spritzmenge TP auf der Grundlage der detektierten Betriebs­ parameter; Festlegen einer ersten Kraftstoffeinspritz­ menge Ti1 durch Korrigieren der Basiskraftstoffeinspritz­ menge auf der Grundlage verschiedener Motorbetriebsbedin­ gungen; Festlegen einer ersten Kraftstoffeinspritz-Zeit­ einstellung; Prüfen, ob die zweite Kraftstoffeinspritzung erforderlich ist oder nicht; falls erforderlich, Fest­ legen einer zweiten Kraftstoffeinspritzmenge Ti2 und Festlegen eines Zeitpunkts für diese zweite Einspritzung TINJ2 zwischen 30 und 60 Grad der Kurbelwinkelposition nach dem oberen Totpunkt.
Gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ein Verfahren zur Katalysatoraktivierung für eine Kraftstoffeinspritzung in den Zylinder angegeben, um­ fassend einen Festlegungsprozeß für eine erste Kraft­ stoffeinspritzung und einen Festlegungsprozeß für eine n-fache Kraftstoffeinspritzung mit den Schritten: Detek­ tieren von Motorbetriebsparameter; Berechnen einer Bais­ kraftstoffeinspritzmenge TP auf der Grundlage der Be­ triebsbedingungen; Prüfen, ob die n-fache Einspritzung erforderlich ist oder nicht; falls ja, Festlegen einer ersten Kraftstoffeinspritzmenge T₁ durch Korrigieren der Basiskraftstoffeinspritzmenge TP auf der Grundlage von verschiedenen Betriebsbedingungen des Motors und ferner Festlegen des Zeitpunktes für die erste Kraftstoffein­ spritzung TINJ1; und falls ja, Festlegen einer ersten Kraftstoffeinspritzmenge Ti1 einer zweiten Kraftstoff­ einspritzmenge Ti2 einer dritten Kraftstoffeinspritz­ menge Ti3 . . . in Folge; und ferner Festlegen der ent­ sprechenden Zeitpunkte TINJ1, TINJ2, TINJ3 in Folge.
Gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel umfaßt das erfindungsgemäße Verfahren ferner zu den Schritten des ersten Ausführungsbeispiels für das Verfahren einen Zünd­ zeitpunktverzögerungsprozeß mit den Schritten: Detektie­ ren von Motorbetriebsbedingungen N, TP; Prüfen, ob die Abgastemperatur-Anhebungsbedingungen erfüllt sind oder nicht; falls ja, Festlegen einer Sollabgastemperatur unter Bezugnahme auf eine Tabelle und auf der Grundlage der detektierten Motorbetriebsbedingungen; Prüfen, ob die Sollabgastemperatur 300°C oder mehr beträgt; falls ja, Selektieren der Zweifacheinspritzung und Festlegen der Einspritzmenge Ti2 und des Einspritzzeitpunktes TINJ2 hierfür; und falls nein, Selektieren einer Zündzeitver­ zögerung und Festlegen eines Zündzeitpunktverzögerungs­ winkels θRD.
Gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel umfaßt das erfindungsgemäße Verfahren zusätzlich zum dritten Ausfüh­ rungsbeispiel einen Rückkopplungsprozeß mit den Schritten:
Prüfen, ob die Abgastemperatur-Anhebung ausgeführt wird oder nicht; falls ja, Messen einer Abgastemperatur; Prüfen, ob die gemessene Temperatur die Sollabgastempera­ tur erreicht; falls nein, Prüfen, ob die Zweifacheinsprit­ zung vorliegt oder nicht; falls ja, Steigern der zweiten Kraftstoffeinspritzmenge; und falls nein, Steigern des Zündzeitpunktverzögerungswinkels θRD.
Nach einem fünften Ausführungsbeispiel umfaßt das Verfahren zusätzlich zu den Schritten des ersten Ausfüh­ rungsbeispiels einen Abgastemperaturanhebungsprozeß mit den Schritten: Detektieren der Motorbetriebsbedingungen; Detektieren der Kühlmitteltemperatur; Prüfen, ob der Motor gestartet wird; falls ja, Festlegen einer Sollab­ gastemperatur; Prüfen, ob die festgelegte Abgastempera­ tur 400°C oder mehr beträgt; falls ja, Festlegen einer zweiten Kraftstoffeinspritzmenge Ti2 und einer dritten Kraftstoffeinspritzmenge Ti3; und Festlegen eines Zeit­ punktes für die zweite Einspritzung TINJ2 und eines Zeit­ punktes TINJ3 für die dritte Einspritzung.
Der Abgastemperatur-Anhebungsprozeß umfaßt ferner vorzugsweise die Schritte: falls im Schritt der Prüfung, ob der Motor gestartet wird, sich ein Nein ergibt, Fest­ legen einer weiteren Sollabgastemperatur; Prüfen, ob die Dreifacheinspritzung erforderlich ist; falls ja, Festlegen der entsprechenden Einspritzmenge Ti3 und Zeitpunkteinstellung TINJ3; falls nein, Selektieren der Zweifacheinspritzung und Festlegen nur der zweiten Kraft­ stoffeinspritzmenge Ti2 und des entsprechenden Zeitpunktes TINJ2.
Ferner umfaßt vorzugsweise der Abgastemperatur-Anhe­ bungsprozeß die Schritte: falls bei der Prüfung, ob die Sollabgastemperatur 400°C oder mehr beträgt, sich ein Nein ergibt; Prüfen, ob die Abgastemperatur 300°C oder mehr beträgt; falls ja, Selektieren der Zweifacheinsprit­ zung; und Festlegen der entsprechenden Menge Ti2 und Zeitgebung TINJ2 für die zweite Einspritzung; falls nein, Selektieren der Zündzeitpunktverzögerung und Festlegen der Zündzeitpunktverzögerungsrate θRD.
Gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel des Verfahrens umfaßt dieses zusätzlich zu den Schritten des ersten Aus­ führungsbeispiels einen Verbrennungszustand-Detektorprozeß umfassend die Schritte: Detektieren des Drucks jedes Zy­ linders; Berechnen einer Wärmeerzeugungsrate; Prüfen, ob diese Wärmeerzeugungsrate normal ist oder nicht; falls ja, Ausführen der zweiten Kraftstoffeinspritzung; falls nein, Erzeugen eines Alarms und Unterbrechen der zweiten Kraftstoffeinspritzung; Festlegen eines Korrekturwerts für den Zeitpunkt der ersten Kraftstoffeinspritzung ΔTM; Festlegen eines Korrekturwerts ΔK für die erste Kraft­ stoffeinspritzmenge und Festlegen eines Korrekturwerts θM für die Zündzeitpunkteinstellung.
Ein siebtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens umfaßt ferner zusätzlich zu den Schritten des ersten Ausführungs­ beispiels einen Verbrennungszustand-Detektorprozeß mit den Schritten: Detektieren des Drucks jedes Zylinders; Berechnen der Wärmeerzeugungsrate; Prüfen, ob die erzeug­ te Wärmemenge groß genug ist, um die zweite Kraftstoff­ verbrennung zu entzünden oder nicht; falls ja, Ausführen der zweiten Kraftstoffeinspritzung; falls nein, Selektie­ ren der ersten Kraftstoffverbrennungs-Korrekturparameter; und Festlegen eines Korrekturwerts für den Zeitpunkt der ersten Kraftstoffeinspritzung.
Wie oben erläutert, kann das System der vorliegenden Erfindung, da der zweite Kraftstoff von einer frühen Periode zur mittleren Periode des Expansionshubs der ersten (primären) Verbrennung auf solche Weise eingespritzt wird, daß dieser zweitmalig eingespritzte Kraftstoff durch die Flammenausbreitung des primären Kraftstoffs (ohne Funkenzündung) gezündet werden kann, ermöglichen, daß der zweite eingespritzte Kraftstoff ohne von einer Neuzündung (re-ignition) abzuhängen (es ist zu beachten, daß die Wahrscheinlichkeit für eine Fehlzündung groß ist) entflammt wird oder gezündet wird (is fired), so daß die Abgastemperatur stabil für eine Katalysatoraktivierung angehoben werden kann.
Da erfindungsgemäß vorzugsweise ferner entweder das Zweifachkraftstoffeinspritzverfahren oder das Zündzeit­ punktverzögerungsverfahren zur Verzögerung des Zündzeit­ punktes der primären Verbrennung selektiv entsprechend den jeweiligen Motorbetriebsbedingungen ausgeführt wird und da ferner die Dreifacheinspritzung nach der Zweifachein­ spritzung selektiv entsprechend der Aktivierungsbedin­ gung für den Katalysator ausgewählt wird, und auf eine solche Weise ausgeführt wird, daß der dritte einge­ spritzte Kraftstoff durch die Flammenausbreitung des zweiten eingespritzten Kraftstoffs gezündet wird, ist es möglich, die frühe Aktivierung des Katalysators zu realisieren, während gleichzeitig der Kraftstoffver­ brauch auf einem so geringen Wert wie möglich gehalten wird.
Ferner ist es erfindungsgemäß, da der dritte oder noch weitere Kraftstoffeinspritzungen in jeden Zylinder nach der primären Verbrennung entsprechend den jeweiligen Motorbetriebsbedingungen (beispielsweise wenn ein Motor bei niedriger Temperatur gestartet wird) und den Kataly­ satorspezifikationen (z. B. im Fall einer Sollgastempera­ tur von immerhin 400°C) vorgenommen werden, mög­ lich, den Katalysator schneller und wirksamer zu aktivie­ ren, während die Kraftstoffverbrauchsrate gleichzeitig auf einem so geringen Wert wie möglich gehalten wird.
Da ferner erfindungsgemäß vorzugsweise, wenn die durch die primäre Verbrennung des zuerst eingespritzten Kraft­ stoffs unter den Betriebsbedingungen, die die Zweifach­ kraftstoff-Einspritzungsbedingungen erfüllen, nicht groß genug zur Zündung des zweiteingespritzten Kraftstoffs ist, der Verbrennungszustand der primären Verbrennung korrigierbar ist (die Wärmemenge gesteigert wird), ist es möglich, zuverlässig zu verhindern, daß Rohgas, so wie es ist, emittiert wird, so daß wiederum verhindert werden kann, daß der Katalysator überhitzt wird, be­ einträchtigt wird oder infolge einer Fehlzündung des zweiten eingespritzten Kraftstoffs beschädigt wird.
Im folgenden wird die Erfindung an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Hilfsdarstellung zur Erläuterung des Verbrennungsprozesses bei einer einzelnen Kraftstoffein­ spritzung aus dem Stand der Technik in die Zylinder eines Motors;
Fig. 2 ein Zeitablaufdiagramm zur Erläuterung der Beziehung zwischen dem Wärmeerzeugungsmuster und der NOx-Erzeugungsrate für die Einzelkraftstoffeinspritzung aus dem Stand der Technik;
Fig. 3 eine Hilfsdarstellung zur Erläuterung des Verbrennungsprozesses für die Zweifacheinspritzung in die Zylinder eines Motors entsprechend der vorliegenden Erfindung;
Fig. 4 ein Zeitdiagramm zur Erläuterung der Bezie­ hung zwischen dem Wärmeerzeugungsmuster und der NOx-Er­ zeugungsrate bei der Zweifacheinspritzung entsprechend der vorliegenden Erfindung;
Fig. 5 ein schematisches Blockschaltbild, das ein Motorsteuersystem für die Direkteinspritzung von Kraftstoff in den Motor nach der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 6 ein funktionelles Blockschaltbild einer elektronischen Steuereinheit entsprechend einem ersten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Systems;
Fig. 7 eine graphische Darstellung, die einen Be­ reich von Zweifacheinspritzung zeigt, in welchem die Motordrehzahl N und die Basiskraftstoffeinspritzmenge TP (die Motorlast) als Motorparameter herangezogen sind;
Fig. 8 ein Zeitdiagramm, das die Beziehung zwischen dem Zündzeitpunkt des Kraftstoffs und den Einspritzzeiten für die erste (primäre) und zweite Einspritzung des Kraft­ stoffs in Abhängigkeit vom Kurbelwinkel nach einem oberen Totpunkt des Motors zeigt;
Fig. 9A eine graphische Darstellung, die die Be­ ziehung zwischen der Abgastemperatur und dem Zeitpunkt der zweiten Kraftstoffeinspritzung in Abhängigkeit von der Kurbelwinkelposition nach dem oberen Totpunkt (ATDC) zeigt;
Fig. 9B eine graphische Darstellung, die die Be­ ziehung zwischen der Verbrennungsfluktuationsrate und dem Zeitpunkt der zweiten Kraftstoffeinspritzung in Ab­ hängigkeit vom ATDC zeigt;
Fig. 9C eine graphische Darstellung, die die Be­ ziehung zwischen der Rauchkonzentration und dem Zeitpunkt der zweiten Einspritzung wiederum bezogen auf ATDC zeigt;
Fig. 9D eine graphische Darstellung, die die Be­ ziehung zwischen der HC-Konzentration und dem Zeitpunkt der zweiten Kraftstoffeinspritzung bezogen auf ATDC zeigt;
Fig. 9E eine graphische Darstellung, die die Be­ ziehung zwischen der Kraftstoffverbrauchsrate und dem Zeitpunkt der zweiten Kraftstoffeinspritzung bezogen auf ATDC zeigt;
Fig. 10 eine graphische Darstellung, die die Be­ ziehung zwischen der Kraftstoffverbrauchsrate und der Abgastemperatur für die zweite Kraftstoffeinspritzung und die Zündzeitverzögerung zeigt;
Fig. 11 ein Flußdiagramm, das die Prozedur einer Routine für die Festlegung der ersten Kraftstoffein­ spritzung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vor­ liegenden Erfindung zeigt;
Fig. 12 ein Flußdiagramm, das die Prozedur für die Routine der Einstellung der zweiten Kraftstoffeinspritzung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Er­ findung zeigt;
Fig. 13 ein funktionelles Blockschaltbild einer elektronischen Steuereinheit, das ein zweites Ausführungs­ beispiel der Erfindung zeigt;
Fig. 14 ein Flußdiagramm, das die Prozedur einer Routine für die Festlegung einer n-fachen Kraftstoff­ einspritzung nach dem zweiten Ausführungsbeispiel zeigt;
Fig. 15 ein funktionelles Blockschaltbild einer elektronischen Steuereinheit für ein drittes Ausführungs­ beispiel der Erfindung;
Fig. 16 ein Flußdiagramm, das die Prozedur einer Routine der Gastemperaturanhebung gemäß dem dritten Aus­ führungsbeispiel zeigt;
Fig. 17A eine graphische Darstellung, die die Be­ ziehung zwischen der HC-Konzentration und der angezeigten spezifischen Kraftstoffverbrauchsrate (ISFC) für die Zweifacheinspritzung, die Zündzeitverzögerung und die Ansaugdrossel zeigt;
Fig. 17B eine graphische Darstellung, die die Be­ ziehung zwischen der Abgastemperatur und der angezeigten spezifischen Kraftstoffverbrauchsrate (ISFC) für die Zweifachkraftstoffeinspritzung, die Zündzeitverzögerung und die Ansaugdrossel zeigt;
Fig. 18 ein funktionelles Blockschaltbild einer elektronischen Steuereinheit, das ein viertes Ausführungs­ beispiel der Erfindung zeigt;
Fig. 19 ein Flußdiagramm, das die Prozedur einer Gastemperaturanhebungsroutine des vierten Ausführungsbei­ spiels zeigt;
Fig. 20 ein funktionelles Blockschaltbild einer elektronischen Steuereinheit, das ein fünftes Ausführungs­ beispiel der Erfindung zeigt;
Fig. 21 ein Flußdiagramm, das die Prozedur einer Gastemperaturanhebungsroutine des fünften Ausführungsbei­ spiels zeigt;
Fig. 22A eine graphische Darstellung, die die Be­ ziehung zwischen der HC-Konzentration und der angezeigten spezifischen Kraftstoffverbrauchsrate (ISFC) für die Zweifacheinspritzung, die Dreifacheinspritzung, die Zünd­ zeitpunktverzögerung und die Ansaugdrossel zeigt;
Fig. 22B eine graphische Darstellung, die die Be­ ziehung zwischen der Abgastemperatur und der angezeigten spezifischen Kraftstoffverbrauchsrate (ISFC) für die Zwei­ facheinspritzung, die Dreifacheinspritzung, die Zündzeit-Verzögerung und die Ansaugdrossel zeigt;
Fig. 23 ein funktionelles Blockschaltbild einer elektronischen Steuereinheit, das ein sechstes Ausführungs­ beispiel der Erfindung zeigt;
Fig. 24 ein Flußdiagramm, das die Prozedur einer Routine für die Einstellung der ersten Kraftstoffein­ spritzmenge des sechsten Ausführungsbeispiels zeigt;
Fig. 25 ein Flußdiagramm, das die Prozedur einer Routine zur Verbrennungszustand-Detektion des sechsten Ausführungsbeispiels zeigt;
Fig. 26 eine Zeittafel, die zur Erläuterung einer abnormen Verbrennung bei Einzelkraftstoffeinspritzung dient;
Fig. 27 ein funktionelles Blockschaltbild einer elektronischen Steuereinheit, die ein siebtes Ausführungs­ beispiel der Erfindung zeigt; und
Fig. 28 ein Flußdiagramm, das die Prozedur einer Routine zur Verbrennungszustand-Detektion des siebten Ausführungsbeispiels zeigt.
Es werden im folgenden bevorzugte Ausführungsbeispie­ le der vorliegenden Erfindung an Hand der detaillierten Er­ läuterung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen erläutert.
(Erstes Ausführungsbeispiel)
Unter Bezugnahme auf die Fig. 3 bis 12 wird ein erstes grundlegendes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung im folgenden erläutert.
Das Merkmal des ersten Ausführungsbeispiels besteht darin, einen zweiten Einspritzkraftstoff oder sekundären Einspritzkraftstoff in jeden Motorzylinder von einer frühen Periode zu einer mittleren Periode eines Expansionshubs der primären (ersten) Kraftstoffverbrennung auf eine solche Weise einzuspritzen, daß der zweite Einspritzkraftstoff durch die Flammenausbreitung der primären Kraftstoffver­ brennung gezündet werden kann, so daß die Abgastemperatur für die Katalysatoraktivierung zuverlässig angehoben wer­ den kann.
Im Detail zeigt Fig. 3 den Verbrennungsprozeß bei der zweifachen Kraftstoffeinspritzung. Wie in Fig. 3 dar­ gestellt, wird nach Einspritzung eines ersten Einspritz­ kraftstoffs oder Ersteinspritzkraftstoffs in jeden Motor­ zylinder der erste Einspritzkraftstoff für die primäre Kraftstoffverbrennung in derselben Weise wie beim konven­ tionellen Verfahren gezündet. Anschließend wird wieder ein zweiter Kraftstoff eingespritzt. Hier in der vorliegenden Erfindung wird der sekundär eingespritzte Kraftstoff nicht wieder gezündet wie im Fall der Vorrichtung aus dem Stand der Technik, sondern durch die Flammenausbreitung der ersten Kraftstoffverbrennung entzündet. Durch dieses Verfah­ ren ist es möglich, eine Nichtverbrennungsregion (die nicht durch die primäre Verbrennung des ersten Einspritz­ kraftstoffs gezündet werden kann) der äußersten Mischung eines mageren Luft-Kraftstoffverhältnisses zu eliminieren. Darüber hinaus ist es möglich, das in der Quench-Schicht oder Quetsch-Schicht der Wandfläche der Verbrennungskammer und innerhalb von Spalten, die zwischen einem Kolben oder Kolbenringen und der Innenwand des Kolbens ausgebildet sind, zurückbleibende Gas durch die zweite Verbrennung des zweiten Einspritzkraftstoffs zu zünden.
Ferner zeigt Fig. 4 die Beziehung zwischen dem Wärme­ erzeugungsmuster und der NOx Erzeugungsrate bei der Zweifach­ kraftstoffeinspritzung. Wie aus Fig. 4 hervorgeht, ist es möglich, Wärme, die in der ersten Hälfte der Verbrennung er­ zeugt wird, so zu unterdrücken, daß die Erzeugung des NOx reduziert werden kann, wodurch die Steuerbarkeit der Verbren­ nung verbessert wird. Mit anderen Worten ist es möglich, die Verbrennungseffizienz zu verbessern und die Abgastemperatur in der letzteren Periode der Verbrennung im Expansionshub des Motors für die Aktivierung des Katalysators zu steigern.
In Fig. 5 ist ein Motor 1 mit Direktkraftstoffeinsprit­ zung gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt, wobei Kraft­ stoff direkt in jeden einer Mehrzahl von Zylindern des Motors 1 eingespritzt wird, und die Mischung aus eingespritztem Kraftstoff und Luft wird durch Funkenzündung gezündet. Als Ansaugsystem dieses Motors 1 ist ein Drosselkörper 2 mit einem darin installierten Drosselventil (Drosselklappe) am Motor 1 angebracht, und es ist ein Luftfilter 4 auf der stromabwärtigen Seite des Drosselkörpers 2 oder auch Klap­ penstutzens 2 über ein Luftdurchsatzmeßgerät 3 angeschlos­ sen. Andererseits ist als Abgassystem des Motors 1 ein Ka­ talysator 5 zur Reinigung von Abgasen in einem Abgassystem des Motors 1 angeordnet, und es ist auf der stromabwärtigen Seite des Katalysators 5 ein Schalldämpfer bzw. Auspuff­ topf 6 angebracht.
Ferner sind Kraftstoffeinspritzer 7 jeweils zur Ein­ spritzung eines Hochdruckkraftstoffs direkt in jede Ver­ brennungskammer (jeden Zylinder) des Motors 1 vorgesehen, und es sind Zündkerzen 8 zum Zünden des eingespritzten Kraftstoffs wie auch die Einspritzer 7 so am Motor 1 ange­ bracht, daß sie sich in jede der Verbrennungskammern hinein erstrecken. Ferner sind Zylinderdrucksensoren 9 ebenfalls so am Motor 1 angebracht, daß sie sich in jede der Verbrennungs­ kammern erstrecken, um den Innenzylinderdruck zu messen. Jeder der Kraftstoffeinspritzer 6 und jede Zündkerze 8 sind beide in solcher positioneller Beziehung angebracht, daß ein relativ reiches oder fettes Gemisch in der Umge­ bung des Zündbereichs der Zündkerze 8 durch den von den Kraftstoffeinspritzern 7 eingespritzten Kraftstoff ge­ bildet werden kann; mit anderen Worten auf eine solche Weise, die für eine Stratifikationsverbrennung geeignet ist.
Ferner ist jede Zündkerze 8 mit einer Sekundärwick­ lungsseite einer Zündspule 10 verbunden. Eine Zündeinrich­ tung 11 ist mit einer elektronischen Steuereinheit (ECU) 20 zum Steuern der Kraftstoffeinspritzung und der Kraft­ stoffzündung des Motors 1 verbunden.
Wie in Fig. 5 gezeigt, ist die ECU 20 ein Mikro­ computer zur Steuerung des Betriebs vom Motor 1, wobei die Einheit aus einer CPU 21, einem ROM 22, einem RAM 23, einem Eingangsinterface 24, einem Ausgangsinterface 25 und einer Busleitung 26 usw. aufgebaut ist.
Mit dem Eingangsinterface 24 sind das Luftdurchsatz­ meßgerät 3, der Innenzylinderdrucksensor 9, ein Drossel­ öffnungsbetragsensor 12 zur Detektion des Öffnungsbetrags oder Öffnungsgrads der Drosselklappe, die am Klappenstutzen 2 vorgesehen ist, ein Kurbelwinkelsensor 13 zur Detektion der Kurbelwinkelstellung des Motors 1, ein Zylinderdiskri­ minatorsensor 14 zur Unterscheidung und Feststellung eines Zylinders als der Kraftstoffeinspritzung und Kraftstoffzün­ dung zu unterziehen, ein Kühlmitteltemperatursensor 15 zur Detektion der Kühlmitteltemperatur des Motors 1, ein Abgastemperatursensor 16 zur Detektion einer Abgastemperatur unmittelbar vor dem Katalysator 5 usw. verbunden.
Andererseits ist mit dem Ausgangsinterface 25 die Zündeinrichtung 11 direkt verbunden. Ferner sind ein Einlaß- oder Ansaug-Drosselklappenbetätigungsglied 17, das am Klap­ penstutzen 2 vorgesehen ist, und verschiedene Betätigungs­ glieder (z. B. die Kraftstoffeinspritzer 7) über eine An­ triebsschaltung oder Steuerschaltung 29 bzw. 30 mit dem Aus­ gangsinterface verbunden.
Im ROM 22 werden vorab festgelegte Daten wie Steuer­ programme, verschiedene Tabellen usw. gespeichert. Im RAM 23 werden verschiedene Daten, die durch die Verarbei­ tung der unterschiedlichen Sensorsignale gewonnen werden, und Daten, die durch verschiedene arithmetische Einrich­ tungen der CPU 21 verarbeitet werden, gespeichert. Die CPU 21 berechnet verschiedene Steuervariablen (z. B. die Kraftstoffeinspritzmenge, die Zündzeitsteuerung jedes Zy­ linders des Motors 1) entsprechend den Steuerprogrammen, die im ROM 22 gespeichert sind, und auf der Grundlage der verschiedenen Daten, die im RAM 23 gespeichert sind. Die gewonnenen Steuervariablen werden zu dem entsprechenden Einspritzer 7 und der entsprechenden Zündeinrichtung 11 usw. für die Steuerung der Kraftstoffeinspritzmenge und die Steuerung der Einspritzungszeit ausgegeben, und zwar derart, daß der Motor 1 auf optimalen Verbrennungs­ bedingungen gehalten wird.
Bei der üblichen Motorverbrennungssteuerung wird Kraftstoff einmal pro Zyklus eingespritzt und gezündet, d. h., Kraftstoff wird einmal im Ansaughub oder Verdich­ tungshub vom Einspritzer in den Zylinder eingespritzt und danach wird die Mischung aus Luft und Kraftstoff durch die mittels der Zündkerze 8 erzeugte Funkenentla­ dung bzw. den erzeugten Funkenüberschlag gezündet. In der Verbrennungssteuerung des Motors mit Direktkraftstoff­ einspritzung gemäß der vorliegenden Erfindung wird unter vorbestimmten Motorbetriebsbedingungen, nachdem der pri­ märe Kraftstoff, der in den Zylinder im Saug- oder Ver­ dichtungshub eingespritzt worden ist, durch Funkenzün­ dung gezündet worden ist, der Hilfskraftstoff oder zweite Kraftstoff zumindest einmal im Expansionshub der primären Kraftstoffverbrennung so in den Zylinder ge­ spritzt, daß das äußerste nicht gezündete Gas durch die Flammenausbreitung der bereits gezündeten primären Ver­ brennung gezündet werden kann.
Wenn Kraftstoff zweifach für jeden Zyklus in den Zy­ linder eingespritzt wird, wird beispielsweise der primäre (erste) Kraftstoff zuerst durch Funkenzündung gezündet. Ferner wird in der späteren oder letzteren Periode der Verbrennung im Expansionshub der ersten Kraftstoffver­ brennung der Hilfskraftstoff oder sekundäre Kraftstoff wieder mit einer solchen Zeitsteuerung oder zu einem sol­ chen Zeitpunkt in den Zylinder gespritzt, daß er durch die Flammenausbreitung vom bereits gezündeten Teil des frühe­ ren (ersten) Einspritzkraftstoffs ohne erneute Zündung gezündet wird. Auf dieselbe Weise ist es bei Dreifachkraft­ stoffeinspritzung möglich, darüber hinaus noch einen dritten Kraftstoff in der letzteren Periode der Verbren­ nung im Expansionshub der zweiten Kraftstoffverbrennung mit einer solchen Zeitsteuerung bzw. einem solchen Ein­ spritzzeitpunkt einzuspritzen, daß er durch die Flammen­ ausbreitung des bereits gezündeten Teils des früheren (in diesem Fall zweiten) Einspritzkraftstoffs ohne erneute Zündung gezündet wird.
Dies ist deshalb der Fall, weil, wie bereits unter Bezugnahme auf Fig. 1 erläutert, in der ersten Kraftstoff­ einspritzung, da die Menge des eingespritzten Kraftstoffs aus der Sicht des Kraftstoffzerstäubung relativ exzessiv ist, der Kraftstoff dazu neigt, sich unter einem weiten Winkel auszubreiten, so daß das äußerste Gas außerordent­ lich mager ist und daher nicht ausreichend gezündet wird. Infolgedessen steigt die Menge an ausgetragenem Kohlen­ wasserstoff (HC). Ferner ist gemäß Darstellung in Fig. 2, wenn die Menge der Kraftstoffeinspritzung groß ist, da die Anfangsverbrennung aktiv wird, zu beachten, daß die Wärme­ erzeugungsrate dazu neigt, in der ersten Hälfte der Ver­ brennung anzusteigen und zwar mit dem Ergebnis, daß das in der ersten Hälfte gezündete Gas in der zweiten Hälfte komprimiert wird und hierdurch Stickoxide NOx im Abgas hervorgerufen werden.
Daher wird in der vorliegenden Erfindung für den Fall, daß zu erwarten ist, daß der Kraftstoff unter einem weiten Diffusionswinkel bei normaler Verbrennungssteuerung zer­ stäubt wird und hierdurch das äußerste Gas außerordentlich mager ist, die Menge der primären Kraftstoffeinspritzung, die durch Funkenzündung zu zünden ist, leicht reduziert. Ferner wird der zweite oder sekundäre Kraftstoff wieder bei einer späteren Periode des Expansionshubs des primären Kraftstoffs in den Zylinder gespritzt. Ferner ist es auch möglich, einen dritten, vierten, . . . Kraftstoff im Expan­ sionshub des jeweils vorausgehend eingespritzten Kraft­ stoffs einzuspritzen.
Die Funktion der ECU 20 des ersten Ausführungsbei­ spiels wird nun detailliert unter Bezugnahme auf Fig. 6 erläutert.
Im ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfin­ dung wird für den Fall, wenn die Abgastemperatur (nach der primären Verbrennung durch die gewöhnliche (erste) Kraftstoffeinspritzung und -zündung) niedrig ist und hierdurch der Katalysator 5 nicht aktivierbar ist, eine zusätzliche zweite Kraftstoffeinspritzung unmittelbar, be­ vor die primäre Verbrennung abgeschlossen ist, erzielt, um die zweite Verbrennung auf der Grundlage der Flammen­ ausbreitung der primären Verbrennung (ohne von der zwei­ ten Zündung abzuhängen) so zu erzeugen, daß auf diese Weise die Abgastemperatur für die Aktivierung des Kataly­ sators 5 angehoben werden kann.
Zur Erzielung der obigen Funktion ist die ECU des ersten Ausführungsbeispiels mit einer zusätzlichen Steuer­ funktion für die zweite Kraftstoffeinspritzung als Zusatz zur gewöhnlichen ersten Kraftstoffsteuerfunktion versehen. Gemäß Fig. 6 bedeutet dies, daß die erste (gewöhnliche) Kraftstoffsteuerfunktion durch einen Motordrehzahl-Berech­ nungsabschnitt 51, einen Kurbelpositionsdetektorabschnitt 52, einen Betriebszustands-Detektionsabschnitt 53, einen Festlegungsabschnitt 54 für eine erste Einspritzmenge, einen Festlegungsabschnitt 55 für eine erste Einspritz-Zeitpunkt­ einstellung, einen Festlegungsabschnitt 56 für eine Zünd­ zeitpunkteinstellung, einen Berechnungsabschnitt 57 für eine Kraftstoffeinspritzzeitpunkteinstellung, einen Berech­ nungsabschnitt 58 für die Zündzeitpunkteinstellung und Antriebsabschnitte 59 und 60 realisiert wird. Die zweite oder sekundäre (erfindungsgemäße) Kraftstoffsteuerfunktion kann durch einen Diskriminatorabschnitt 61 für die Zweit­ einspritzungsbedingung, einen Festlegungsabschnitt 62 für eine zweite Einspritzmenge und einen Festlegungsabschnitt 63 für eine zweite Zündzeitpunkteinstellung realisiert werden.
Dabei berechnet genauer der Motordrehzahl-Berechnungs­ abschnitt 51 die Anzahl N vom Motorumdrehungen (die im fol­ genden als Motordrehzahl N bezeichnet wird) auf der Grund­ lage der Signale, die ihm vom Kurbelwinkelsensor 13 Zuge­ führt werden. Der Kurbelwinkelpositions-Detektorabschnitt 52 detektiert die Kurbelwinkelposition jedes Motorzylin­ ders auf der Grundlage des Signals vom Kurbelwinkelsensor 13 und des Signals vom Zylinderdiskriminatorabschnitt 14.
Der Betriebszustand-Detektorabschnitt 53 berechnet zunächst eine Basiskraftstoffmenge TP als Motorbelastung oder Motorcharge (wobei TP = K × Q/N mit K gleich eine Korrekturkonstante, die für den Einspritzer 7 ermittelt ist; Q gleich Ansaugluftmenge, die durch das Signal des Luftdurchsatzmeßgeräts 3 gewonnen ist; und N gleich Mo­ tordrehzahl, die von dem Motordrehzahl-Berechnungsab­ schnitt 51 geliefert wird), und entscheiden dann über irgendeine der Verbrennungen: die Stratifikationsverbren­ nung (zum Abschließen der Kraftstoffeinspritzung unmittel­ bar vor der Zündung in der letzteren Periode des Kompres­ sionshubs) und die gewöhnliche gleichförmige oder gleich­ mäßige Verbrennung (zum Einspritzen von Kraftstoff in der frühen Periode des Ansaughubs). Dies bedeutet, daß in der Stratifikationsverbrennung die reiche Mischung oder satte Mischung in der Umgebung des Zündbereichs der Zünd­ kerze 9 zunächst gezündet wird und anschließend die magere Mischung durch Flammenausbreitung (innerhalb der Verbren­ nungskammer) der gezündeten fetten Mischung gezündet wird. Demgegenüber wird in der gleichförmigen Verbrennung der Kraftstoff gezündet, nachdem der Kraftstoff innerhalb der Verbrennungskammer gleichmäßig mit der Luft vermischt ist.
Der Festlegungsabschnitt 54 für eine erste Einspritz­ menge legt die Kraftstoffeinspritzmenge (eine erste Kraft­ stoffeinspritzmenge Til) entsprechend der primären (ersten) Verbrennung gemäß den Betriebsbedingungen fest. In diesem Ausführungsbeispiel wird die erste Kraftstoffeinspritzmenge Til (Til = TP × COEF + Ts) durch Korrigieren der Basis­ kraftstoffeinspritzmenge TP berechnet, welche vom Be­ triebszustands-Detektorabschnitt 53 geliefert wird, und zwar auf der Grundlage eines Korrekturkoeffizienten COEF, der entsprechend verschiedenen Motorbetriebsbedingen (Parametern) bestimmt worden ist, und zieht zu dieser Be­ rechnung auch eine Spannungskorrekturrate bzw. einen Span­ nungskorrekturwert Ts heran. Der Korrekturkoeffizient COEF ist ein Inkrement- oder Dekrementbetrag, der auf der Grundlage der verschiedenen Motorparameter (Motorbetriebs­ bedingungen) ermittelt wird, die durch die Signale des Drosselöffnungsbetragsensors 12, des Kühlmitteltemperatur­ sensors 15 usw. gewonnen werden. Der Spannungskorrekturwert Ts wird dazu verwendet, die Ansprechverzögerungszeit, d. h. auch den Zeitpunkt des verzögerten Ansprechens vom Ein­ spritzer 7 zu korrigieren, da die Betätigungsgeschwindigkeit oder Aktivierungsgeschwindigkeit des Einspritzers 7 dem Einfluß der Batteriespannung VB unterliegt.
Der Festlegungsabschnitt 55 für eine erste Einspritz­ zeitpunkteinstellung legt die Einspritzzeitpunkteinstellung (die erste Einspritzzeitpunkteinstellung TINJ1) unter den Betriebsbedingungen der Motordrehzahl N und der Basiskraft­ stoffeinspritzmenge TP entsprechend des gewählten Verbren­ nungsverfahrens (gleichförmig oder Stratifikationsverfah­ ren) fest, für das sich der Betriebszustands-Detektorab­ schnitt 53 entschieden hat, und gibt den festgelegten Wert an den Berechnungsabschnitt 57 für die Kraftstoffeinspritz­ zeitpunkteinstellung aus. Die erste Einspritzzeitpunktein­ stellung TINJ1 wird für den Fall der Stratifikationsver­ brennung als Einspritzendzeitpunkteinstellung TEND und für den Fall der gleichförmigen Verbrennung als Einspritz­ startzeitpunkteinstellung TST festgelegt.
Der Festlegungsabschnitt 56 für eine Zündzeitpunkt­ einstellung ermittelt eine Basiszündzeitpunkteinstellung θBASE, die auf der Grundlage der Motordrehzahl N und der vom Abschnitt 53 berechneten Basiskraftstoffeinspritzmenge TP beispielsweise unter Zurückgreifen auf Werte einer Ta­ belle festgelegt wird. Ferner wird die endgültige Zünd­ zeitpunkteinstellung θIG festgelegt, indem ein kühlmittel­ temperaturkorrigierender Voreilwinkelwert zur Basiszündzeit­ punkteinstellung θBASE hinzuaddiert wird.
Der Berechnungsabschnitt 57 für die Kraftstoffein­ spritzzeitpunkteinstellung berechnet die erste Einspritz­ zeitpunkteinstellung TINJ1, die von dem Festlegungsab­ schnitt 55 für die erste Einspritzzeitpunkteinstellung festgelegt wurde, abhängig vom Kurbelwinkel. Dies bedeu­ tet die Berechnung als Einspritzzeitpunkteinstellung mit Bezug auf eine Kurbelwinkelposition (z. B. einen oberen Tot­ punkt TDC jedes Zylinders, in den Kraftstoff einzuspritzen ist), die durch den Kurbelwinkelpositions-Detektorabschnitt 52 ermittelt worden ist, und gibt ein Signal entsprechend der ersten Einspritzmenge Til die durch den Festlegungs­ abschnitt 54 für eine erste Einspritzmenge festgelegt wor­ den ist, über die Antriebsschaltung 59 an den Einspritzer 7 aus. Wird ferner die zweite Einspritzung ausgeführt, so berechnet der Berechnungsabschnitt 57 für eine Kraftstoff­ einspritzzeitpunkteinstellung die zweite Kraftstoffein­ spritzzeitpunkteinstellung TINJ2, die vom Festlegungsab­ schnitt 63 für die zweite Kraftstoffeinspritzzeitpunkt­ einstellung festgelegt worden ist, in Abhängigkeit vom Kurbelwinkel, d. h. als die Einspritzzeitpunkteinstellung relativ zu einer Bezugs-Kurbelwinkelposition für jeden Zylinder (in den Kraftstoff einzuspritzen ist), wobei diese Position von dem Kurbelwinkelpositions-Detektor­ abschnitt 52 detektiert worden ist. Der Abschnitt 57 gibt dann ein Signal entsprechend dieser zweiten Einspritzmenge Ti2, welche gemäß weiter unten erfolgender Beschreibung durch den Festlegungsabschnitt 62 für die zweite Einspritz­ menge festgesetzt worden ist, wiederum über die Antriebs­ schaltung 59 an den Einspritzer 7 aus.
Der Zündzeitpunkt-Berechnungsabschnitt 58 berechnet den Zündzeitpunkt oder die Zündzeitpunkteinstellung θIG, die vom Abschnitt 56 für die Zündzeitpunkteinstellung festgelegt worden ist, in Abhängigkeit vom Kurbelwinkel, d. h. als den Zündzeitpunkt mit Bezug auf eine Bezugs-Kurbelwinkelposition jedes Zylinders (in den Kraftstoff einzuspritzen ist), wobei die Position durch den Kurbel­ winkelpositions-Detektorabschnitt 52 detektiert worden ist, und gibt ein Signal entsprechend hierzu über die Antriebsschaltung 60 an die Zündeinrichtung 11 aus.
Auf der anderen Seite unterscheidet der Diskrimina­ torabschnitt 61 für die Zweiteinspritzungsbedingung, ob der gegenwärtige Betriebsbereich innerhalb eines Bereichs liegt, der eine zweite Kraftstoffeinspritzung erfordert, und zwar auf der Grundlage der Motordrehzahl N und der Basiskraftstoffeinspritzmenge TP, die vom Betriebszustands-Detektorabschnitt 53 ermittelt wurden. Ist die zweite Kraftstoffeinspritzung aufgrund dieser Bereichsfestellung erforderlich, gibt der Diskriminatorabschnitt 61 für die Zweiteinspritzungsbedingung einen Befehl für eine solche zweite Kraftstoffeinspritzung an den Festlegungsabschnitt 62 für die zweite Kraftstoffeinspritzmenge und auch an den Festlegungsabschnitt 63 für den zweiten Einspritzzeitpunkt.
In der Praxis kann der Bereich für die zweite Kraft­ stoffeinspritzung unter Verwendung einer Tabelle (gemäß Darstellung in Fig. 7), die im ROM 22 gespeichert ist, festgestellt und abgelegt werden. Diese Tabelle zeigt einen empirisch bestimmten Bereich für eine zweite Kraft­ stoffeinspritzung (schraffierter Bereich) an, wobei die Abszisse die Motordrehzahl N und die Ordinate den Basis­ kraftstoffeinspritzbetrag TP (engine load) bezeichnet, die durch den Betriebszustands-Detektorabschnitt 53 ermittelt werden. In diesem Zweitkraftstoffeinspritzbereich ist die Abgastemperatur klein, weil der erste Kraftstoffeinspritz­ betrag für die primäre Verbrennung infolge einer geringen Motordrehzahl N und einer geringen Motorlast in der Stra­ tifikationsverbrennung gering ist, und es ist hierdurch schwierig, den Katalysator 5 zu aktivieren. Zusammenfassend dargestellt, ermittelt durch Zurückgreifen auf diese Ta­ belle im ROM 22 der Diskriminatorabschnitt 61 für die Zweiteinspritzungsbedingung, ob die gegenwärtigen Motor­ betriebsbedingungen den Bedingungen genügen, die durch den in Fig. 7 gezeigten Bereich für die zweite Kraftstoffein­ spritzung vorgegeben sind, und gibt dann einen Befehl aus, wenn die zweite Kraftstoffeinspritzung erforderlich ist Ansprechend auf diesen Befehl, der vom Abschnitt 61 ausgegeben worden ist, setzt der Festlegungsabschnitt 62 für die zweite Einspritzmenge diese zweite Einspritzmenge Ti2 fest, welche durch Flammenausbreitung oder Flammen­ fortpflanzung der primären Verbrennung durch die erste Ein­ spritzung gezündet wird. In diesem Ausführungsbeispiel wird die zweite Einspritzmenge Ti2 auf der Grundlage der Basiskraftstoffeinspritzmenge TP bestimmt (dem Basiswert der ersten Einspritzmenge Ti1). Ohne hierauf beschränkt zu sein, ist es jedoch möglich, durch einige Experimente eine minimale Kraftstoffeinspritzmenge zu bestimmen, wel­ che durch Flammenausbreitung der ersten Verbrennung gezün­ det wird, und ferner die minimale Menge in der inkrementel­ len Richtung einzustellen.
Der Festlegungsabschnitt 63 für die zweite Einspritz­ zeitpunkteinstellung setzt den zweiten Einspritzzeitpunkt fest (zu dem der zweite Einspritzkraftstoff zuverlässig durch Flammenausbreitung der ersten Verbrennung gezündet werden kann), und zwar entsprechend den Betriebsbedingun­ gen, die auf der Grundlage der Motordrehzahl N und der Basiseinspritzmenge TP beispielsweise durch Zurückgreifen auf eine Tabelle ermittelt wurden.
Um die zweite Einspritzkraftstoffmenge zuverlässig in der letzteren Periode (d. h. dem Expansionshub) der primä­ ren Verbrennung ohne erneute Zündung zu zünden, ist es insbesondere erforderlich, den zweiten Kraftstoffeinspritz­ zeitpunkt in einem geeigneten Bereich festzulegen. Bei­ spielsweise zeigt die Fig. 8 die Beziehung zwischen der Kraftstoffzündzeitpunkteinstellung und der ersten (primä­ ren) und zweiten Kraftstoffeinspritzzeitpunkteinstellung in Einheiten des Kurbelwinkels nach dem oberen Totpunkt TDC (von top dead center) des Motors. Wie in Fig. 8 ge­ zeigt, wird der Kraftstoffeinspritzstartzeitpunkt grob zwischen 10 und 80° nach dem oberen Totpunkt festgelegt, wobei für diese Bedingung eine stabile Zündung der zwei­ ten Kraftstoffmenge ohne erneute Zündung erzielbar ist. Wird ferner der Startzeitpunkt für die Kraftstoffein­ spritzung grob zwischen 30 und 60° nach dem oberen Tot­ punkt festgelegt, kann die optimale Zündung des zweiten Einspritzkraftstoffs ohne Neuzündung erzielt werden. Wird jedoch der zweite Einspritzzeitpunkt in einer exzes­ siv kurzen Zeit nach der primären Verbrennungszeitpunkt­ einstellung festgelegt, wird, da der Kraftstoff sich nicht ausreichend ausbreiten kann, Rauch erzeugt. Wird demgegenüber der zweite Einspritzzeitpunkt eine zu lange Zeit nach dem Zeitpunkt der primären Verbrennung festge­ legt, dann kann nicht nur die Abgastemperatur auf einen höheren Wert ansteigen, sondern es wächst auch der HC-Wert (Kohlenwasserstoffwert) an, da der Kraftstoff zu exzessiv ausgebreitet wird, so daß die Abgasemission sich verschlechtert, da die Kraftstoffdiffusion zu hoch ist.
Folglich ist es notwendig, den optimalen Einspritz­ zeitpunkt für die zweite Einspritzung von Kraftstoff auf der Grundlage einiger Experimente zu ermitteln, indem die Motordrehzahl N und die Basiskraftstoffeinspritzmenge TP (Motorlast) als Parameter ermittelt werden und die experi­ mentellen Ergebnisse in einer spezifizierenden Tabelle gespeichert werden. Der Festlegungsabschnitt 63 für die Zeitpunkteinstellung der zweiten Einspritzung kann den zweiten Einspritzzeitpunkt TINJ2 gemäß den Betriebsbedin­ gungen durch Zurückgreifen auf diese Tabelle festlegen.
Obgleich sich der optimale Wert für diesen zweiten Zeit­ punkt TINJ2 entsprechend der Motorspezifikation jeweils unterscheidet, d. h. der Anzahl von Zyklen (z. B. zwei Zyklen (2 Takte), vier Takte usw.), ist es möglich, den­ selben optimalen Einspritzzeitpunkt qualitativ für sämt­ liche Motoren mit Direkteinspritzung zu verwenden, so daß die Neuzündung zum Zünden des zweiten Einspritzkraft­ stoffs nicht nötig ist. Im Motor 1 der vorliegenden Er­ findung wird der Zeitpunkt für die zweite Kraftstoffein­ spritzung so festgelegt, daß er zwischen der frühen Pe­ riode und der mittleren Periode des Expansionshubs der primären Verbrennung liegt; d. h. zwischen etwa 30 und 60° nach dem oberen Totpunkt (ATDC von after top dead center).
Die Fig. 9A bis 9E zeigen die experimentellen Ergeb­ nisse, die anzeigen, daß der optimale Startzeitpunkt für die zweite Einspritzung nach dem oberen Totpunkt (ATDC) zwischen 30 und 60° liegt. Ferner zeigt Fig. 9A die Be­ ziehung zwischen der Abgastemperatur und dem zweiten Kraft­ stoffstartzeitpunkt in Einheiten des Kurbelwinkels nach dem oberen Totpunkt (ATDC); Fig. 9B zeigt die Beziehung zwischen der Fluktuationsrate der Verbrennung und dersel­ ben Startzeitpunkteinstellung wiederum in Einheiten von ATDC; Fig. 9C zeigt die Beziehung zwischen der Rauchkon­ zentration und dem Startzeitpunkt in Abhängigkeit von ATDC; Fig. 9D zeigt die Beziehung zwischen der HC-Konzen­ tration und dem Startzeitpunkt in Abhängigkeit vom ATDC; und Fig. 9E zeigt die Beziehung zwischen der Kraftstoff­ verbrauchsrate und dem Startzeitpunkt in Abhängigkeit vom ATDC.
Wie bereits erläutert, ist es, um die Aktivierung des Katalysators aufrechtzuerhalten, erforderlich, die Abgas­ temperatur auf ein gewisses Maß anzuheben. Im konventio­ nellen Verfahren ist, wenn die Abgastemperatur nach der normalen primären Kraftstoffeinspritzung exzessiv niedrig war, die Zweitkraftstoffeinspritzung oder der Zeitpunkt für die sekundäre Kraftstoffzündung so verzögert worden, daß die sekundäre Verbrennungsphase verschoben wurde, wie durch die gestrichelte Linie in Fig. 10 angezeigt ist, welche die Beziehung zwischen der Kraftstoffverbrauchs­ rate und der Abgastemperatur zeigt. Bei diesem Stand der Technik besteht jedoch ein Problem darin, daß die Abgas­ temperatur immer noch nicht ausreichend stark gesteigert werden kann oder die Kraftstoffverbrauchsrate sich merk­ lich verschlechtert.
Demgegenüber ist es erfindungsgemäß, nachdem der erste Kraftstoff eingespritzt ist und ferner einmal pro Zyklus oder Takt gezündet wird, da der zweite Kraftstoff zusätzlich eingespritzt wird und durch die Flammenausbrei­ tung des bereits gezündeten oder brennenden Kraftstoffs (ohne Neuzündung) gezündet werden kann, möglich, die Kraftstoffverbrennungs-Steuerbarkeit zu verbessern, so daß die Abgastemperatur wirksam und zuverlässig für die Aktivierung des Katalysators angehoben werden kann, wie in Fig. 19 durch die durchgezogene Linie angezeigt ist, ohne daß hierbei HC und NOx erzeugt werden und im Bereich einer außerordentlich guten Kraftstoffverbrauchsrate ge­ arbeitet werden kann.
Im oben beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel wurden sowohl die Einspritzmenge als auch die Zeitpunkt­ einstellung für die zweite Kraftstoffeinspritzung sowohl auf der Grundlage der Motordrehzahl N als auch der Motor­ belastung (d. h. der Basiskraftstoffeinspritzmenge TP für die primäre Kraftstoffverbrennung) festgelegt, jedoch ist es ohne hierauf beschränkt zu sein auch möglich, andere Motorbetriebsbedingungen wie die Ansaugluftmenge pro Zyklus oder Takt, den Ansaugrohrdruck usw. immer dann heranzuziehen, solange derselbe Effekt erzielbar bleibt.
Im folgenden wird die Funktionsweise der zweiten Kraft­ stoffeinspritzung unter Steuerung der ECU 20 aus Fig. 6 unter Bezugnahme auf das Flußdiagramm der Fig. 11 (erste Kraftstoffeinspritzungs-Einstellroutine) und Fig. 12 (zweite Kraftstoffeinspritzungs-Einstellroutine) erläutert.
Zunächst liest gemäß der Routine bzw. dem Programm der Fig. 11 die CPU im Schritt S101 (die im folgenden lediglich als Steuereinheit bezeichnet wird) die Basis­ kraftstoffeinspritzmenge TP auf der Grundlage einer vor­ bestimmten Adresse im RAM 23. Im Schritt S102 liest die CPU die Motorbetriebsbedingungs-Parameter (wie die Signale des Drosselöffnungsbetragsensors 12, Kühlmitteltemperatur­ sensors 15 usw.). In diesem Fall kann auch die Reihenfolge der Schritte S101 und S102 ausgetauscht werden.
Ferner setzt die CPU im Schritt S103 einen Koeffizien­ ten COEF zur Korrektur der Basiskraftstoffeinspritzmenge fest, wobei dieser Koeffizient entsprechend den vielfälti­ gen Motorbetriebsbedingungen (z. B. zur Steigerung oder Ab­ senkung der Kraftstoffmenge), die im Schritt S102 gelesen wurde, festgelegt wird. In Schritt S104 setzt die CPU ferner die Spannungskorrekturrate Ts auf der Grundlage einer Batteriespannung VB fest, wonach mit Schritt S105 fortgefahren wird.
Im Schritt S105 setzt die CPU die erste Einspritz­ menge Til fest (Til = TP × COEF + Ts) durch Multiplizieren der Basiskraftstoffeinspritzmenge TP aus Schritt S101 mit dem Korrekturkoeffizienten COEF gemäß den Motorbetriebs­ bedingungen und aus Schritt S103 und durch abschließende Addition der Spannungskorrekturrate Ts, die in Schritt S104 festgelegt wurde. Dann setzt die CPU im Schritt S106 den Zeitpunkt für die erste Kraftstoffeinspritzung TINJ1 entsprechend dem jeweiligen Verbrennungsverfahren (gleich­ förmig oder Stratifikationsverbrennung) unter Durchlaufen der Routine fest.
In der zweiten in Fig. 12 gezeigten Routine detektiert die CPU im Schritt S151 die Motorbetriebsbedingungen durch Lesen der Motordrehzahl N und der Motorlast (der Basis­ kraftstoffeinspritzmenge TP). Im Schritt S152 prüft die CPU, ob die gegenwärtigen Betriebsbedingungen den Bedin­ gungen für die zweite Kraftstoffeinspritzung genügen. Wie bereits an Hand Fig. 7 erläutert, können diese Bedingungen für die zweite Einspritzung durch Zugriff auf eine Tabel­ le beurteilt werden. Explizit wird dabei geprüft, ob die Motordrehzahl N und der Wert TP (Motorlast) im Bereich für die zweite Kraftstoffeinspritzung (dem schraffierten Bereich) liegen.
Sind beispielsweise die Bedingungen für die zweite Kraftstoffeinspritzung nicht erfüllt, wenn beispielsweise der Motor unter hoher Belastung bei gleichförmiger Ver­ brennung betrieben wird oder wenn er mit hoher Drehzahl jedoch unter geringer Last in der Stratifikationsverbren­ nung betrieben wird, durchläuft die CPU die Routine, ohne die zweite Kraftstoffeinspritzung zu veranlassen. Sind jedoch die Bedingungen für die zweite Einspritzung erfüllt, wenn beispielsweise der Motor mit niedriger Dreh­ zahl und unter niedriger Last in der Stratifikationsver­ brennung betrieben wird, fährt die CPU mit Schritt S153 fort, um die zweite Einspritzmenge T₁₂ festzulegen. Ferner setzt die CPU im Schritt S154 einen optimalen Zeitpunkt für die zweite Einspritzung TINJ2 durch Zugriff auf eine Tabelle auf der Grundlage der Motordrehzahl N und der Basiskraftstoffeinspritzmenge TP (Motorlast) fest, womit die Routine durchlaufen ist.
Nach Beendigung der oben dargelegten Routine sind die erste Kraftstoffeinspritzmenge Ti1 (Ti1 ← TP × COEF + Ts) und der erste Kraftstoffzeitpunkt TINJ1 festgelegt und werden jeweils in einem Kraftstoffeinspritzzeitgeber und einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung festgelegt. Der Zeitgeber wird gestartet, wenn der Zylinder, in den Kraftstoff einzuspritzen ist, eine vorbestimmte Bezugs­ kurbelwinkelposition (z. B. den oberen Totpunkt) erreicht, um dann den ersten Kraftstoff in den Zylinder einzusprit­ zen. Auf dieselbe Weise wird der Kraftstoffzündzeitgeber gestartet, wenn der zu zündende Zylinder einen vorbestimm­ ten Bezugskurbelwinkel erreicht, um dann den ersten ein­ gespritzten Kraftstoff zum Starten der primären Verbren­ nung zu zünden.
Sind ferner die Bedingungen für die zweite Kraftstoff­ einspritzung in der Stratifikationsverbrennung erfüllt (wobei diese Verbrennung exzellent bezüglich der Kraft­ stoffverbrauchsrate und dem Abgascharakter ist), wird die erste Kraftstoffeinspritzmenge Ti1 in der letzteren Pe­ riode des Kompressionshubs eingespritzt, und die zweite Einspritzmenge Ti2 wird in den Zylinder zu einem opti­ malen Zeitpunkt unmittelbar vor dem Ende der ersten Ver­ brennung durch die erste Einspritzung eingespritzt, um die zweite Verbrennung durch Flammenausbreitung der primären Verbrennung ohne die Notwendigkeit einer erneuten Zündung zu starten. Hier wird die zweite Kraftstoffver­ brennung hauptsächlich dafür ausgenutzt oder verbraucht, um lediglich die Abgastemperatur zu steigern, ohne den Kolben zu bewegen.
Da mit anderen Worten die zweite Kraftstoffeinsprit­ zung nicht durch erneute Zündung gezündet oder gefeuert wird, sondern durch Flammenausbreitung aus der primären Kraftstoffverbrennung gezündet wird, ist es nicht erfor­ derlich, den Kraftstoff zweifach in jedem Zyklus oder Takt zu zünden, so daß die zweite Verbrennung zuverlässig be­ werkstelligt werden kann, während die Zündenergie einge­ spart und niedriggehalten werden kann. Da ferner die zweite Kraftstoffeinspritzung mit optimalem Kraftstoff­ einspritzzeitpunkt ausgeführt wird, ist es möglich, die Abgastemperatur für die Aktivierung des Katalysators zu stabilisieren, ohne daß Rauch erzeugt wird oder der HC-Wert ansteigt, so daß die Kraftstoffverbrauchsrate auf einem minimalen Pegel gehalten werden kann.
(Zweites Ausführungsbeispiel)
Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die Fig. 13 und 14 ein zweites Ausführungsbeispiel erläutert, das sich vom ersten Ausführungsbeispiel dahingehend unterscheidet, daß die zusätzliche Kraftstoffeinspritzung und Zündung durch die Flammenausbreitung der vorhergehenden Kraftstoff­ verbrennung mit N-Zeitpunkteinstellungen entsprechend den Betriebsbedingungen des Motors erfolgen.
In Fig. 13 umfaßt die ECU 20 ferner einen Abgas­ temperatursensor 16. Ferner sind der erste und zweite Festlegungsabschnitt 54 und 62 für die Kraftstoffein­ spritzmengen des ersten Ausführungsbeispiels der Fig. 72157 00070 552 001000280000000200012000285917204600040 0002019536098 00004 720386 als ein einziger Kraftstoffeinspritzmengen-Festlegungs­ abschnitt 54A kombiniert, und ferner sind auch die Fest­ legungsabschnitte 55 und 63 für den ersten und zweiten Kraftstoffeinspritzungszeitpunkt des ersten Ausführungs­ beispiels der Fig. 6 zu einem einzigen Festlegungsab­ schnitt 55A für den Kraftstoffeinspritzzeitpunkt kombi­ niert. Ferner ist der Diskriminatorabschnitt 61 für die Zweiteinspritzungsbedingung aus Fig. 6 durch einen ande­ ren Einspritzbedingungs-Diskriminatorabschnitt 61A zum Ausführen einer N-fachen Kraftstoffverbrennung ersetzt.
Genauer beurteilt der Einspritz-Diskriminatorab­ schnitt 61A, ob mehrere der zusätzlichen Kraftstoffein­ spritzungen unter den gegenwärtigen Motorbetriebsbedin­ gungen nötig sind oder nicht, und gibt entsprechend dem Beurteilungsergebnis mehrere Befehle an den Festlegungs­ abschnitt 54A für die Kraftstoffeinspritzmenge und den Festlegungsabschnitt 55A für den Kraftstoffeinspritzzeit­ punkt.
Ferner können auch die zweiten Einspritzbereiche und die Nacheinspritzbereiche unter wiederholtem Zugriff auf mehrere Tabellen gemäß Darstellung in Fig. 7, die im ROM 22 gespeichert sind, beurteilt werden. Diese Tabelle zeigt einen zweiten Einspritzbereich (schraffierten Be­ reich) an, der empirisch bestimmt ist, wobei die Abszis­ se die Motordrehzahl N und die Ordinate die Motorlast anzeigen, (welche durch die Basiskraftstoffeinspritzmenge TP festgelegt ist die durch den Betriebszustand-Detektor­ abschnitt 53 detektiert wird). In diesem zweiten Einspritz­ bereich ist die Abgastemperatur nur nach der primären Ver­ brennung der ersten Kraftstoffeinspritzung gering, und folglich ist es schwierig, den Katalysator 5 zu aktivieren, wie wenn die niedrige Motordrehzahl und Motorlast beide in der Stratifikationsverbrennung gering sind. Durch Zu­ griff auf die Tabelle aus dem ROM 22 beurteilt der Dis­ kriminatorabschnitt 61A, ob der gegenwärtige Motorbetriebs­ bereich diesem zweiten Kraftstoffeinspritzbereich genügt oder nicht.
Ferner beurteilt der Diskriminatorabschnitt 61A nach der zweiten Kraftstoffeinspritzung, ob eine dritte Kraftstoffeinspritzung erforderlich ist oder nicht, um den aktiven Zustand des Katalysators 5 aufrechtzuerhalten, und zwar auf der Grundlage der Abgastemperatur, die durch den Abgastemperatursensor 16 detektiert worden ist. Darüber hinaus werden vom Diskriminatorabschnitt 61A nach der dritten Kraftstoffeinspritzung, der vierten, der fünf­ ten, . . . usw. wiederum die Kraftstoffeinspritzbedingungen beurteilt.
Der Festlegungsabschnitt 54A für die Einspritzmenge setzt diese entsprechend der Anzahl von Kraftstoffein­ spritzungen pro Zyklus oder Takt fest, die durch den Dis­ kriminatorabschnitt 61A festgelegt wurden. Legt dieser Diskriminatorabschnitt 61A eine Kraftstoffeinspritzung pro Zyklus oder Takt fest, so wird die Kraftstoffein­ spritzmenge Ti entsprechend der ersten (primären) Kraft­ stoffverbrennung entsprechend den Motorbetriebsparametern festgelegt. Diese Kraftstoffeinspritzmenge Ti kann durch Korrigieren (Steigern oder Absenken) der Basiskraftstoff­ einspritzmenge TP (berechnet durch den Betriebszustands-Detektorabschnitt 53) auf der Grundlage des Korrektur­ koeffizienten COEF (bestimmt entsprechend den verschiede­ nen Motorbetriebsbedingungen vorgegeben durch den Drossel­ öffnungsbetragssensor 12, den Kühlmitteltemperaturfühler 15 usw.) und auf der Grundlage der Spannungskorrekturrate Ts festgelegt werden (wobei diese zur Korrektur der An­ sprechverzögerungszeit des Einspritzers 7 infolge einer Änderung in der Batteriespannung VB dient).
Weist der Diskriminatorabschnitt 61A zwei oder mehr Kraftstoffeinspritzungen pro Zyklus oder Takt an, setzt der Festlegungsabschnitt 54A für die Kraftstoffeinspritz­ menge die erste Einspritzmenge Ti1 geringfügig kleiner als die Basiskraftstoffeinspritzmenge Ti (die durch Funkenzün­ dung zu zünden ist) fest und setzt ferner die zweite und anschließenden Kraftstoffeinspritzmengen Ti2, Ti3, fest (die durch Flammenausbreitung der jeweils vorherge­ henden Kraftstoffverbrennung gezündet werden rollen.
Die erste Kraftstoffeinspritzmenge Ti1 kann unter Bezugnahme auf eine empirisch gewonnene Tabelle fest­ gelegt werden, in der die Kraftstoffeinspritzmenge zum Erzielen einer optimalen Kraftstoffzerstäubungs-Diffusion und einer optimalen Wärmeerzeugungsrate entsprechend den Motorbetriebsbedingungen festgelegt werden, die beispiels­ weise die Motordrehzahl N und die Motorlast (d. h. die Basiskraftstoffeinspritzmenge TP) beinhalten. Ferner wer­ den die zweite und danach kommenden Kraftstoffeinspritz­ mengen Ti2, Ti3, in einer solchen Weise festgelegt, daß sie jeweils durch die Flammenausbreitung der voraus­ gehenden Verbrennung, beispielsweise in Folge mit einem vorbestimmten Verhältnis zur ersten Kraftstoffeinspritz­ menge Ti1 gezündet werden. Ferner werden die dritte und folgenden Kraftstoffeinspritzmengen Ti3, Ti4 so festge­ legt, daß sie gleich oder geringfügig größer als die zweite Kraftstoffeinspritzmenge Ti2 sind.
Im Fall der gewöhnlichen (einzelnen) Kraftstoffein­ spritzung pro Zyklus oder Takt bestimmt der Festlegungs­ abschnitt 55A für den Einspritzzeitpunkt einen Kraftstoff­ einspritzzeitpunkt TINJ1 auf der Grundlage des jeweils beschlossenen Verbrennungsverfahrens (gleichförmig oder Stratifikation), welches durch den Betriebszustands-De­ tektorabschnitt 53 vorgegeben wurde, und zwar in Abhän­ gigkeit von einem Befehl, der vom Diskriminatorabschnitt 54 für die Einspritzbedingung zugeführt wurde, und unter den Motorbetriebsbedingungen, die wiederum durch die Motor­ drehzahl N und die Basiskraftstoffeinspritzmenge TP be­ stimmt sind. Auf dieselbe Weise bestimmt der Festlegungs­ abschnitt 55A für den Kraftstoffeinspritzungszeitpunkt im Fall einer n-fachen Kraftstoffeinspritzung pro Zyklus oder Takt einen ersten Einspritzzeitpunkt TINJ1, einen zweiten Einspritzzeitpunkt TINJ2, einen dritten Kraft­ stoffeinspritzzeitpunkt TINJ3, . . ., und gibt die be­ stimmten Einspritzzeitpunkte in Aufeinanderfolge an den Berechnungsabschnitt 58 für die Einspritzzeitpunktein­ stellung.
In diesem Fall werden der primäre Einspritzzeitpunkt TINJ und der erste zusätzliche Kraftstoffeinspritzzeit­ punkt TINJ1 beide als Einspritzstartzeitpunkte für den Fall der gleichförmigen Verbrennung festgelegt, und als Einspritzendzeitpunkte für den Fall des Stratifikations­ verbrennungsverfahrens. Ferner werden der zweite und darauffolgende Kraftstoffeinspritzzeitpunkt TINJ2, TINJ3, sämtlich unter Bezugnahme auf eine Tabelle festge­ legt, die entsprechend den Motorbetriebsbedingungen auf­ gebaut ist (der Motordrehzahl N und der Basiskraftstoff­ einspritzmenge TP), und zwar beispielsweise auf solche Weise, daß der n-te eingespritzte Kraftstoff zuverlässig durch die Flammenausbreitung der vorhergehenden Verbren­ nung gezündet werden kann.
Werden beispielsweise die Kraftstoffeinspritzungen zweifach ausgeführt, um den sekundären eingespritzten Kraftstoff ohne Neuzündung zu zünden, wird bevorzugt, daß der zweite Einspritzzeitpunkt grob zwischen 10 und 80° nach dem oberen Totpunkt TDC festgesetzt wird, wie in Fig. 8 gezeigt ist. Wird jedoch der zweite Einspritzzeit­ punkt innerhalb einer sehr kurzen Zeit unmittelbar fol­ gend nach dem primären Verbrennungszeitpunkt festgelegt, wird, da der Kraftstoff nicht ausreichend ausgebreitet werden kann, Rauch infolge einer ausreichenden Ausbreitung oder Diffusion erzeugt. Wird demgegenüber der zweite Ein­ spritzzeitpunkt eine zu lange Zeit nach dem Zeitpunkt der primären Verbrennung festgelegt, so wird nicht nur die Ab­ gastemperatur nicht auf einen genügend hohen Wert anstei­ gen können, sondern auch der HC-Wert ansteigen, da der Kraftstoff sich exzessiv ausgebreitet hat, so daß sich die Abgasemission verschlechtert.
Es ist folglich erforderlich, die jeweils optimalen Einspritzzeitpunkte auf der Grundlage einiger Experimente festzusetzen, indem hierzu die Motordrehzahl und die Motorlast (die Basiskraftstoffeinspritzmenge TP) als Parameter verwendet werden, und diese experimentellen Ergebnisse in Tabellen spezifiziert zu speichern. Der Festlegungsabschnitt 55A für die Einspritzzeitpunkte kann dann geeignete zweite und spätere Einspritzzeitpunk­ te TINJ2, TINJ3, . . . entsprechend den Betriebsparametern und gemäß Zugriff auf die Tabelle festlegen. Obgleich die optimalen Werte für diese Einspritzzeitpunkte TINJ2, TINJ3, . . . sich gemäß der Motorspezifikation unterschei­ den und der Anzahl von Takten (z. B. zwei Takten, vier Takten usw.), ist es möglich, dieselben optimalen Ein­ spritzzeitpunkte für sämtliche der Motoren mit direkter Einspritzung qualitativ so zu verwenden, daß die erneuten Zündungen für eine zweite und folgende Kraftstoffeinsprit­ zung nicht erforderlich sind.
Im Motor 1 der vorliegenden Erfindung wird die zweite Kraftstoffeinspritzung empirisch zwischen der frühen Pe­ riode und mittleren Periode des Expansionshubs der pri­ mären Verbrennung festgelegt. In praktischer Hinsicht ist es gemäß Fig. 8 vorzuziehen, den optimalen Einspritzzeit­ punkt zwischen 30 und 60° nach dem oberen Totpunkt (ATDC) festzulegen. Ferner wird die dritte Kraftstoffeinspritzung zu einem Zeitpunkt unmittelbar vor dem Ende der zweiten Kraftstoffeinspritzung in den Zylinder eingespritzt, und hierdurch kann der Kraftstoff der dritten Einspritzung durch die Flammenausbreitung der zweiten Kraftstoffver­ brennung zuverlässig gezündet werden. Für die Praxis be­ deutet dies, daß der dritte Kraftstoff grob zwischen etwa 90 und 120° nach dem oberen Totpunkt eingespritzt wird. Ferner wird jeder der vierten und nachfolgenden Kraftstoff­ einspritzzeitpunkte so festgelegt, daß der Kraftstoff je­ weils in den Zylinder unmittelbar, bevor die vorausgehende Kraftstoffeinspritzung im Expansionshub endet, eingespritzt wird, und hierdurch kann der eingespritzte Kraftstoff zuverlässig durch die Flammenausbreitung der vorhergehen­ den Kraftstoffverbrennung gezündet werden.
Der Festlegungsabschnitt 56 für die Zündzeitpunkt­ einstellung gewinnt eine Basiszündzeitpunkteinstellung θBASE aufgrund einer Entscheidung auf der Basis der Motor­ drehzahl N und der Basiskraftstoffeinspritzmenge TP, die durch den Betriebszustands-Detektorabschnitt 53 berechnet worden ist, und zwar beispielsweise unter Zugriff auf eine Tabelle. Ferner wird die Endzündpunkteinstellung θ₁₀ da­ durch festgelegt, daß ein Kühlmitteltemperaturkorrektur-Voreilwinkelwert zur Basiszündzeitpunkteinstellung θBASE hinzuaddiert wird.
Der Berechnungsabschnitt 57 für die Kraftstoffein­ spritzzeitpunkteinstellung 57 berechnet die erste Einspritz­ zeitpunkteinstellung TINJ1, die durch den Festlegungsab­ schnitt 55A für die erste Einspritzzeitpunkteinstellung festgesetzt worden ist, in Abhängigkeit vom Kurbelwinkel relativ zur Bezugskurbelwinkelposition jedes Zylinders (in den Kraftstoff einzuspritzen ist), wobei dieser Wert durch durch den Kurbelwinkelpositionsdetektorabschnitt 52 detektiert worden ist, und gibt Signale entsprechend den Einspritzmengen aus, die durch den Festlegungsabschnitt 54A für die Einspritzmenge und den Einspritzzeitpunkteinstel­ lungen festgelegt sind, die durch den Abschnitt 55A be­ stimmt worden sind, und gibt diese Signale über die An­ triebsschaltung 59 an den Einspritzer 7 aus.
Der Zündzeitpunkteinstellungs-Berechnungsabschnitt 58 berechnet die Zündzeitpunkteinstellung oder auch kurz den Zündzeitpunkt θ₁₀, der durch den Abschnitt 56 für die Zündzeitpunkteinstellung festgelegt worden ist, mit Bezug auf den Kurbelwinkel relativ zur Bezugskurbelwinkelposition jedes Zylinders (in den einzuspritzen ist) gemäß Detektion durch den Kurbelwinkelpositions-Detektorabschnitt 52 und gibt über die Antriebsschaltung 60 ein entsprechendes Sig­ nal an die Zündeinrichtung 11 aus.
Die Verarbeitung zur Kraftstoffeinspritzungsfestle­ gung, die von der EPU 20 ausgeführt wird, wird im folgenden unter Bezugnahme auf das Flußdiagramm der Fig. 14 erläu­ tert.
Die Routine der Fig. 14 wird für jede vorbestimmte Periode ausgeführt. Im Schritt S51 liest die Steuereinrich­ tung die Motorbetriebsbedingungen (d. h. die Motordreh­ zahl N und die Basiskraftstoffeinspritzmenge TP) und die Anzahl von Kraftstoffeinspritzungen pro Zyklus oder Takt. Im Schritt S52 prüft die Steuereinrichtung auf der Grund­ lage der gegenwärtigen Motorbetriebsbedingungen, ob die Bedingungen für die n-fache Kraftstoffeinspritzung erfüllt sind. Falls in diesem Schritt die vorausgehende Kraftstoff­ einspritzung eine normale (einmalig erfolgende) Kraftstoff­ einspritzung ist, prüft die Steuereinrichtung, ob die ge­ genwärtigen Betriebsbedingungen innerhalb des zweiten Kraftstoffeinspritzungsbereichs liegen, und zwar wiederum auf der Grundlage der Motordrehzahl N und der Basiskraft­ stoffeinspritzmenge TP (den Motorparametern). Ist bereits die zweite Kraftstoffeinspritzung als diese vorausgehende Kraftstoffeinspritzung ausgeführt worden, prüft die Steuer­ einrichtung, ob eine dritte und nachfolgende Kraftstoffein­ spritzung erforderlich sind, und zwar auf der Grundlage der Abgastemperatur, die vom Abgastemperatursensor 16 detektiert worden ist.
Sind die zweite oder folgende Einspritzungen nicht erforderlich, wenn der Motor unter hoher Belastung bei gleichförmiger Verbrennung arbeitet oder wenn der Motor mit hoher Geschwindigkeit und unter niedriger Last selbst in der Stratifikationsverbrennung arbeitet, so fährt dann die Steuereinrichtung im Anschluß von Schritt S52 mit Schritt S53 fort, um die übliche (einzelne) Kraftstoffeinspritzung pro Zyklus oder Takt auszuführen. Sind demgegenüber die zweite und nachfolgenden Einspritzungen erforderlich, wie im Fall, bei dem der Motor mit geringer Drehzahl und unter niedriger Last in der Stratifikationsverbrennung läuft, dann fährt die Steuereinrichtung mit Schritt S55 fort, um die n-fachen Kraftstoffeinspritzungen pro Zyklus oder Takt auszuführen.
Im Schritt S53 (für Einzeleinspritzung pro Takt) setzt die Steuereinrichtung die erste Einspritzmenge Ti1 (Ti1 ← TP × COEF + Ts) durch Korrigieren der Basiskraft­ stoffeinspritzmenge TP auf der Grundlage des Korrektur­ koeffizienten COEF (zur Steigerung der Kraftstoffmenge) fest, welcher gemäß den Motorbetriebsparametern bestimmt wird, die durch die Signale des Drosselöffnungsbetrag­ sensors 12, des Kühlmitteltemperatursensors 15 usw. reprä­ sentiert sind, und zieht auch die Spannungskorrekturrate Ts heran, die auf der Grundlage der Batteriespannung VB ermittelt wurde. Ferner setzt die Steuereinrichtung im Schritt S54 die Kraftstoffeinspritzzeitpunkteinstellung TINJ entsprechend dem Verbrennungsverfahren fest, und läuft so durch das Programm.
Wenn demgegenüber die zweite und nachfolgende Kraft­ stoffeinspritzungen pro Takt benötigt werden, setzt die Steuereinrichtung im Schritt S55 die erste (primäre) Kraft­ stoffeinspritzmenge Ti1 unter Zugriff auf eine Tabelle fest, wobei mit dieser Menge die optimale Kraftstoffzer­ stäubungs-Diffusion und Wärmeerzeugung erzielbar sind. Ferner setzt die Steuereinrichtung die zweite Kraftstoff­ einspritzmenge Ti2 und die dritte zusätzliche Kraftstoff­ einspritzmenge Ti3, . . . durch Multiplizieren der ersten Kraftstoffeinspritzmenge Ti1 mit einem vorbestimmten Ver­ hältnis bzw. Verhältniswert jeweils so fest, daß der ein­ gespritzte Kraftstoff durch die Flammenausbreitung der jeweils vorausgehenden Verbrennung gezündet werden kann.
Ferner setzt die Steuereinrichtung im Schritt S56 auf dieselbe Weise wie bei der Einspritzzeitpunkteinstellung TINJ der normalen gleichförmigen Verbrennung die erste Kraftstoffeinspritzzeitpunkteinstellung TINJ1 und weitere zweite Kraftstoffeinspritzzeitpunkteinstellungen oder Zeitpunkte TINJ2, dritte Zeitpunkte TINJ3 usw. unter Be­ zugnahme auf Tabellen fest, die auf der Grundlage der Mo­ tordrehzahl N und der Basiskraftstoffeinspritzmenge TP bestimmt worden sind, so daß die zweite und nachfolgende Kraftstoffeinspritzungen zuverlässig durch Flammenausbrei­ tung der vorausgehenden Verbrennung gezündet werden kön­ nen, wobei dann die Routine durchlaufen ist.
Bei Ende der obigen Routine werden die erste Kraft­ stoffeinspritzmenge und die Einspritzzeitpunkteinstellung der Schritte S53 und S55 jeweils einer Kraftstoffeinspritz­ zeitgebereinrichtung bzw. einer Kraftstoffzündzeitgeber­ einrichtung vorgegeben. Die Zeitgebereinrichtung für die Kraftstoffeinspritzung wird ausgehend von einer vorbestimm­ ten Bezugskurbelwinkelposition des Zylinders gestartet, um den ersten Kraftstoff in den Zylinder zu spritzen. Auf dieselbe Weise wird die Zeitgebereinrichtung für die Kraftstoffzündung ausgehend von einer vorbestimmten Kurbel­ winkelbezugsposition jedes Zylinders gestartet, den ersten Kraftstoff zu zünden, so daß die Mischung in der Verbren­ nungskammer für die primäre Verbrennung jedes Zylinders des Motors gezündet wird.
Werden eine zweite und nachfolgende Einspritzungen bei Stratifikationsverbrennung (die im Hinblick auf den Kraft­ stoffverbrauch und die Abgaseigenschaften hervorragend ist) ausgeführt, so wird die erste (primäre) Kraftstoffeinspritz­ menge Ti1 in der letzteren Periode des Kompressionshubs eingespritzt, und die zweite Einspritzmenge Ti2 wird in den Zylinder mit einer solchen optimalen Zeitpunkteinstellung unmittelbar bevor die primäre Verbrennung durch die erste Kraftstoffeinspritzung endet, eingespritzt, daß die zwei­ te Verbrennung durch die Flammenausbreitung der primären Verbrennung ohne die Notwendigkeit einer Neuzündung be­ ginnt. Hierbei wird die zweite Kraftstoffverbrennung haupt­ sächlich lediglich zur Steigerung der Abgastemperatur auf­ gezehrt, ohne den Kolben zu bewegen. Steigt jedoch nach der zweiten Kraftstoffverbrennung die Abgastemperatur nicht ausreichend an, so wird die dritte Kraftstoffeinspritzinenge Ti3 im selben Expansionshub eingespritzt, um die Wieder- Verbrennung infolge der Flammenausbreitung der vorausgehen­ den Verbrennung fortzusetzen.
Wie bereits erläutert, ist es zur Aufrechterhaltung der Aktivierung des Katalysators 5 erforderlich, die Abgastempe­ ratur auf ein gewisses Ausmaß anzuheben. Ist im konventio­ nellen Verfahren die Abgastemperatur nach der gewöhnlichen primären Kraftstoffeinspritzung exzessiv gering, sind die Kraftstoffeinspritzung oder die Zündzeitpunkteinstellung so verzögert worden, daß die Verbrennungsphase gemäß der ge­ strichelten Linie in Fig. 10 verschoben wurde. In diesem früheren Verfahren bestand jedoch das Problem, daß die Ab­ gastemperatur immer noch nicht ausreichend stark gestei­ gert werden konnte oder die Kraftstoffverbrauchsrate sich merklich verschlechterte.
Im zweiten Ausführungsbeispiel ist es jedoch, nach Einspritzen des ersten Kraftstoffs und der Zündung einmal pro Takt möglich, da der zweite und spätere Kraftstoffe zu­ sätzlich eingespritzt und durch die Flammenausbreitung der vorausgehenden Verbrennung gezündet werden, daß die Ab­ gastemperatur in ausreichendem Maße für eine wirksame Akti­ vierung des Katalysators gesteigert werden kann, wie durch die durchgezogene Linie der Fig. 10 angezeigt ist, ohne HC und NOx zu erzeugen und gleichzeitig eine exzellente Kraft­ stoffverbrauchsrate zu erzielen.
Da in diesem Fall die zweite und nachfolgenden Kraft­ stoffeinspritzungen nicht durch Funkenzündung der Zündein­ richtung gezündet werden, sondern durch die Flammenausbrei­ tung der vorhergehenden Verbrennung gezündet oder entflammt werden, ist es nicht erforderlich, den Kraftstoff zweifach oder mehr in jedem Takt zu zünden, so daß die zweite und nachfolgende Verbrennungen sicher und zuverlässig realisiert werden können, während gleichzeitig Zündenergie eingespart wird. Darüber hinaus ist es möglich, da der zweite und nach­ folgende Kraftstoff jeweils bei einer optimalen Einspritz­ zeitpunkteinstellung eingespritzt werden, die Abgastempera­ tur für eine stabile Aktivierung des Katalysators anzuheben, ohne Rauch zu erzeugen und den HC-Wert zu erhöhen, während der Kraftstoffverbrauch auf einem minimalen Wert gehalten werden kann.
(Drittes Ausführungsbeispiel)
Das dritte Ausführungsbeispiel wird nun unter Bezugnah­ me auf die Fig. 15 , 16 und 17A und 17B erläutert. Im dritten Ausführungsbeispiel wird anders als im ersten Aus­ führungsbeispiel der Fig. 6 entsprechend den Motorbetriebs­ bedingungen eines des Kraftstoffeinspritzverfahrens mit Zweifacheinspritzung und des Verfahrens der Zündzeitpunkt­ verzögerung (die primäre Kraftstoff-Zündzeitpunkteinstel­ lung wird verzögert, um die Abgastemperatur zu steigern) ausgewählt. In Fig. 5 ist statt dem Diskriminatorabschnitt 61 für die Zweiteinspritzungsbedingung ein Sollabgastempe­ ratur-Festlegungsabschnitt 71 vorgesehen, und ferner sind zusätzlich zu den Elementen der Fig. 6 ein Temperaturanhe­ bungsverfahren-Selektionsabschnitt 72 und ein Zündzeitver­ zögerungsabschnitt 73 vorgesehen.
Der Sollabgastemperatur-Festlegungsabschnitt 71 stellt fest, ob die gegenwärtigen Motorbetriebsbedingungen inner­ halb eines Betriebsbereichs liegen, in dem der Katalysator nicht aktivierbar ist, d. h. in einem Abgastemperaturanhe­ bungsbereich oder nicht. Wird der Abgastemperaturanhe­ bungsbereich ermittelt, so setzt der Abschnitt 71 eine Ziel- oder Solltemperatur für das Abgas fest. Die festge­ setzte Sollabgastemperatur wird vorab in einer Tabelle, bei­ spielsweise unter Berücksichtigung der Spezifikationen des Katalysators 5 gespeichert. Auf diese Tabelle wird unter Verwendung der Motordrehzahl N und der Motorlast (Basis­ kraftstoffeinspritzmenge TP) als Parameter zugegriffen, und die abgerufenen Werte werden an den Temperaturanhe­ bungsverfahren-Selektionsabschnitt 72 ausgegeben.
Der Abschnitt 72 selektiert irgendeines der Verfahren zum Anheben der Abgastemperatur durch zweifaches Einsprit­ zen des Kraftstoffs und des Verfahrens zur Temperaturanhe­ bung durch eine Verzögerung des Zündzeitpunktes der primären Verbrennung gemäß der Sollabgastemperatur, die vom Festle­ gungsabschnitt 71 festgesetzt worden ist. Die Fig. 17A zeigt die Beziehung zwischen der angezeigten spezifischen Kraftstoffverbrauchsrate ISFC (Abszisse) und die HC-Kon­ zentration (Ordinate) und Fig. 17B zeigt die Beziehung zwischen der angezeigten spezifischen Kraftstoffver­ brauchsrate ISFC (Abszisse) und der Abgastemperatur (Ordi­ nate), und zwar beidmalig im Leerlauf, wobei die durch­ gezogenen Linien das Verfahren der Verzögerung des Zünd­ zeitpunktes der primären Verbrennung anzeigen, die durch einen Punkt unterbrochenen gestrichelten Linien das Ver­ fahren der zweifachen Kraftstoffeinspritzung anzeigen und die jeweils von Punkt zu Punkt gezogenen Linien das Ver­ fahren der Drosselung des Ansaugrohrs anzeigen. Die Fig. 17B zeigt an, daß die Zweifachkraftstoffeinspritzung im Vergleich zum Zündzeitpunktverzögerungsverfahren hinsicht­ lich der Wirkung der Anhebung der Abgastemperatur wirksam ist. Jedoch steigt die Kraftstoffverbrauchsrate im Fall der Zweifachkraftstoffeinspritzung.
Um den maximalen Temperaturanhebungseffekt bei mini­ mal möglicher Kraftstoffverbrauchsrate zu realisieren, wird vorgezogen, das Abgastemperaturanhebungsverfahren ent­ sprechend der Sollabgastemperatur zu ändern. Das bedeutet, wenn die Sollabgastemperatur relativ gering ist, wird zur Einsparung von Kraftstoff das Zündzeitpunktverzögerungsver­ fahren selektiert. Demgegenüber wird, wenn die Sollabgas­ temperatur relativ hoch ist, das Verfahren mit Zweifach­ kraftstoffeinspritzung selektiert, um die Abgastemperatur schnell anzuheben.
In diesem dritten Ausführungsbeispiel wird, wenn die Sollabgastemperatur gleich oder leicht höher als 300°C ist, das Zündzeitpunktverzögerungsverfahren selektiert, so daß der Temperaturanhebungsverfahren-Selektionsabschnitt 72 einen Befehl zur Zündzeitpunktverzögerung ausgibt. Ist dem­ gegenüber die Sollabgastemperatur höher als 300°C, so wird das Verfahren mit Zweifacheinspritzung selektiert, so daß der Selektionsabschnitt 72 einen Befehl zur Zweifachkraft­ stoffeinspritzung ausgibt, wie in Fig. 17B angezeigt.
Wenn daher der Selektionsabschnitt 72 für das Tempe­ raturanhebungsverfahren das Zweifacheinspritzverfahren zur Temperaturanhebung selektiert, wie bereits an Hand des ersten Ausführungsbeispiels erläutert, setzt der Festle­ gungsabschnitt 62 die zweite Kraftstoffeinspritzmenge Ti2 fest und der Festlegungsabschnitt für die zweite Zündzeit­ punkteinspritzung setzt den Zündzeitpunkt für die zweite Einspritzung TINJ2 fest.
Selektiert ferner der Selektionsabschnitt 72 das Zünd­ zeitpunktverzögerungsverfahren zur Anhebung der Abgastempe­ ratur, so legt der Zündzeitpunktverzögerungsabschnitt 73 eine Zündzeitpunktverzögerungsrate θRD fest, indem auf eine Zündzeitpunktverzögerungswinkel-Korrekturtabelle Zu­ griff genommen wird, die auf der Grundlage der Motordreh­ zahl N und der Basiskraftstoffeinspritzmenge TP festge­ setzt ist. Die Zündzeitpunktverzögerungsrate θRD wird dann an den Zündzeitpunktfestlegungsabschnitt 56 ausgegeben.
In diesem dritten Ausführungsbeispiel wird, nachdem die erste (primäre) Kraftstoffeinspritzfestlegungsroutine gemäß Erläuterung für das erste Ausführungsbeispiel an Hand von Fig. 11 ausgeführt worden ist, die Abgastemperaturanhe­ bungsroutine gemäß Darstellung in Fig. 16 ausgeführt. Das bedeutet, daß nach der ersten (primären) Kraftstoffein­ spritzung eines der Verfahren, nämlich der Zweifachkraft­ stoffeinspritzung und der Zündzeitpunktverzögerung selek­ tiert wird, um die Abgastemperatur anzuheben.
In der Abgastemperaturanhebungsroutine der Fig. 16 detektiert die Steuereinrichtung im Schritt S201 die Be­ triebsbedingungen auf der Grundlage der Motordrehzahl N und der Motorlast (Basiskraftstoffeinspritzmenge TP). Im Schritt S202 ermittelt die Steuereinrichtung, ob die Ab­ gastemperaturanhebungsbedingungen erfüllt sind. Falls nicht, durchläuft die Steuereinrichtung die Routine, d. h. geht auf Return. Falls ja, fährt die Steuereinrichtung mit Schritt S203 fort, um den Zugriff auf die Tabelle auf der Grundlage der Motordrehzahl N und der Basiskraftstoff­ einspritzmenge TP auszuführen, und setzt ferner entspre­ chend diesen Motorbetriebsbedingungen die Sollabgastempe­ ratur fest.
Im Schritt S204 prüft die Steuereinrichtung, ob die Sollabgastemperatur des Schritts S203 höher als 300°C ist. Falls ja, selektiert die Steuereinrichtung im Schritt S205 das Zweifacheinspritzverfahren. Falls nein, selektiert die Steuereinrichtung im Schritt S208 das Zündzeitpunkt­ verzögerungsverfahren.
Wird das Zweifacheinspritzverfahren im Schritt S205 gewählt, setzt die Steuereinrichtung die zweite Kraft­ stoffeinspritzmenge Ti2 und den zweiten Kraftstoffzünd­ zeitpunkt TINJ2 in den Schritten S206 und S207 fest, womit dann die Routine durchlaufen ist. Wird demgegenüber im Schritt S208 das Zündzeitpunktverzögerungsverfahren selek­ tiert, setzt die Steuereinrichtung den Zündzeitpunktverzö­ gerungswinkel θRD im Schritt S209 unter Durchlaufen der Routine des Return fest.
In diesem dritten Ausführungsbeispiel ist es, da die optimale Verarbeitung zur Aktivierung des Katalysators, d. h. zur Steigerung der Abgastemperatur, entsprechend den Motorbetriebsbedingungen bei gleichzeitiger Einsparung von Kraftstoff selektiert werden kann, möglich, einen optimalen maximalen Abgastemperaturanhebungseffekt bei minimaler Kraftstoffverbrauchsrate zu erzielen, so daß eine Steige­ rung des Kraftstoffverbrauchs auf einem minimalen Wert ge­ halten werden kann. Ferner kann im ersten Ausführungsbei­ spiel, obgleich ein Beispiel für den Motorleerlauf erläu­ tert wurde, dieselbe Verarbeitung wie oben beschrieben auf dieselbe Weise auch für andere Motorbetriebsbedingungen als den Leerlauf ausgeführt werden, indem die Sollabgastempera­ tur auf der Grundlage der jeweiligen anderen Motorbetriebs­ bedingungen (Motordrehzahl und Last) festgelegt wird.
(Viertes Ausführungsbeispiel)
Im folgenden wird das vierte Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die Fig. 18 und 19 erläutert. Dieses vierte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich vom dritten Ausfüh­ rungsbeispiel der Fig. 15 darin, daß das Signal des Abgas­ temperatursensors 16 zur Korrektur der zweiten Kraftstoff­ einspritzmenge Ti2 und des Zündzeitpunktverzögerungswinkels ARD rückgekoppelt wird, so daß die Abgastemperatur unter einer rückgekoppelten Regelung auf die Sollabgastemperatur angehoben werden kann.
In Fig. 18 umfaßt daher die ECU 20 einen Vergleichs­ abschnitt 74 und ferner ist der Abgastemperatursensor 16 mit diesem Vergleichsabschnitt 74 verbunden.
Der Vergleichsabschnitt 74 vergleicht den jeweiligen aktuellen Abgastemperaturwert, der vom Temperatursensor 16 detektiert wurde, mit der Sollabgastemperatur, die von dem Sollabgastemperatur-Festlegungsabschnitt 71 festgelegt wur­ de, und gibt ein die Differenz zwischen den beiden Werten anzeigendes Ausgangssignal aus. Auf der Grundlage des Aus­ gangssignals vom Vergleichsabschnitt 74 wird die zweite Einspritzmenge Ti2 vom Festlegungsabschnitt 62 für die zweite Einspritzmenge festgelegt, bzw. wird vom Zündzeit­ punktverzögerungsabschnitt 73 der Zündzeitpunktkorrektur­ winkel ARD entsprechend eingestellt.
Im vierten Ausführungsbeispiel wird, nachdem die Ab­ gasanhebungsroutine des dritten Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 16 ausgeführt wurde, die Abgastemperaturrückkopplungs­ routine gemäß Fig. 19 ausgeführt, um die aktuelle Abgas­ temperatur innerhalb einer Rückkopplungsschleife auf deren Sollwert anzuheben.
Im Schritt S301 der Routine der Fig. 19 prüft die Steuereinrichtung, ob die Abgastemperaturanhebung ausgeführt wird oder nicht. Falls sie nicht ausgeführt wird, wird die Routine auf Return springen. Falls ja, wird mit dem Schritt S302 fortgefahren, um die aktuelle Abgastemperatur auf der Grundlage des Signals des Abgastemperatursensors 16 zu er­ mitteln.
Ferner prüft die Steuereinrichtung im Schritt S303, ob die im Schritt S302 bestimmte aktuelle Abgastemperatur die Sollabgastemperatur erreicht. Bei Erreichen der Sollabgas­ temperatur springt die Routine auf Return. Falls der Sollwert nicht erreicht ist, prüft im Schritt S304 die Steuereinrich­ tung, ob das selektierte Abgasanhebungsverfahren das Ver­ fahren der Zweifacheinspritzung ist oder nicht. Ist das Zweifacheinspritzverfahren selektiert, so steigert die Steuereinrichtung im Schritt S305 die zweite Kraftstoff­ einspritzmenge Ti2 und durchläuft damit die Routine. Ist das Zündzeitpunktverzögerungsverfahren selektiert, so steigert die Steuereinrichtung im Schritt S306 den Zündzeit­ punktverzögerungswinkel θRD und durchläuft damit die Routine.
Wie oben erläutert, ist es in diesem vierten Ausfüh­ rungsbeispiel möglich, sehr schnell die Abgastemperatur gegen den Sollwert konvergieren zu lassen, so daß die Abgas­ temperatur mit hoher Geschwindigkeit zur Aktivierung des Katalysators 5 wirksam angehoben werden kann.
(Fünftes Ausführungsbeispiel)
Im folgenden wird das fünfte Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die Fig. 20 und 21 und Fig. 22A und Fig. 223 erläutert. Das fünfte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich vom dritten gemäß Fig. 15 darin, daß nach der zweiten Kraft­ stoffeinspritzung eine dritte Kraftstoffeinspritzung ent­ sprechend den Aktivierungsbedingungen des Katalysators aus­ geführt wird.
In Fig. 20 umfaßt daher die ECU 20 einen Katalysator­ aktivierungs-Diskriminatorabschnitt 75, einen Festlegungs­ abschnitt 76 für eine dritte Einspritzmenge, einen Fest­ legungsabschnitt 77 für einen dritten Einspritzzeitpunkt zusätzlich zu den Elementen des dritten Ausführungsbeispiels der Fig. 15. Ferner sind die Funktionen des Sollabgastempe­ ratur-Festlegungsabschnitts 71 und des Temperaturanhebungs­ verfahren-Selektionsabschnitts 72 leicht modifiziert.
Der Diskriminatorabschnitt 75 stellt fest, ob der Ka­ talysator die Aktivierungstemperatur erreicht hat oder nicht, indem er hierzu das Signal des Abgastemperatursensors 16 heranzieht, und gibt das Diskriminatorergebnis an den Temperaturanhebungsverfahren-Selektionsabschnitt 72 aus.
Andererseits legt der Festlegungsabschnitt 71 für die Sollabgastemperatur diese entsprechend den gegenwärtigen Motorbetriebsbedingungen (z. B. Motorstartbetrieb, stabiler Arbeitszustand usw.) fest. Diese Sollabgastemperatur ist üblicherweise auf 400°C oder auch höher für eine frühe Aktivierung des Katalysators festgelegt, wenn der Motor mit geringer Temperatur startet. Handelt es sich demgegenüber nicht um den Startzustand des Motors, sondern arbeitet die­ ser bereits im stabilen, stationären Zustand, wie im vier­ ten Ausführungsbeispiel bereits erläutert, so wird die Sollabgastemperatur auf einen niedrigeren Wert als 400°C festgelegt, der in Form einer Tabelle gespeichert wird, in­ dem die Motordrehzahl N und die Basiskraftstoffeinspritz­ menge TP als Parameter unter Berücksichtigung der Spezifika­ tion des Katalysators 5 festgelegt werden.
Der Selektionsabschnitt 72 selektiert eines der zur Verfügung stehenden Verfahren, nämlich des Dreifachein­ spritzverfahrens, Zweifacheinspritzverfahrens und Zündzeit­ verzögerungsverfahrens, um die Abgastemperatur entsprechend dem Abgastemperatursollwert, der durch den Festlegungsab­ schnitt 71 festgelegt worden ist, anzuheben. Im fünften Aus­ führungsbeispiel wird, wenn die Sollabgastemperatur auf einen Wert 400°C oder höher für den Fall eines Motorstarts bei niedriger Temperatur (Tieftemperaturstart) festgesetzt ist, die Dreifacheinspritzung selektiert, um die Abgastem­ peratur wirksam anzuheben. Andererseits wird , wenn die Sollabgastemperatur auf einen Wert kleiner als 400°C, je­ doch höher als 300°C festgelegt wird, das Zweifacheinspritz­ verfahren selektiert. Schließlich wird, wenn die Sollabgas­ temperatur auf einen Wert von weniger als 300°C festgesetzt wird, das Zündzeitpunktverzögerungsverfahren selektiert.
Fig. 22A zeigt die Beziehung zwischen der angezeigten spezifischen Kraftstoffverbrauchsrate ISFC (Abszisse) und der HC-Konzentration (Ordinate), und Fig. 22B zeigt die Beziehung zwischen der angezeigten spezifischen Kraftstoff­ verbrauchsrate ISFC (Abszisse) und der Abgastemperatur (Or­ dinate), in beiden Fällen für den Tieftemperaturstart und beispielhalber, wobei die durchgezogenen Linien das Ver­ fahren der Verzögerung der Zündzeitpunkte bezeichnen, die Punkt-Strichlinien das Verfahren der Zweifachein­ spritzung zeigen; die gestrichelten Linien das Verfahren der Dreifacheinspritzung zeigen und die von Punkt zu Punkt gestrichelten Linien das Verfahren der Drosselung des Ansaugrohrs zeigen. Fig. 22B zeigt an, daß das Dreifach­ krafteinspritzverfahren dahingehend wirksam ist, daß es die Abgastemperatur im Vergleich zum Zweifacheinspritz­ verfahren und dem Zündzeitpunktverzögerungsverfahren auf einen relativ hohen Wert anhebt.
Wie ferner in Fig. 22B gezeigt ist, ist es in diesem fünften Ausführungsbeispiel, da das Dreifacheinspritzver­ fahren dann herangezogen wird, wenn der Motor bei tiefer Temperatur gestartet wird, möglich, den maximalen Abgas­ temperaturanhebungseffekt zu erzielen. Ferner wird bei anderen Betriebszuständen als dem Tieftemperaturstart irgendeines der anderen Verfahren, das Zweifacheinspritz­ verfahren oder das Zündzeitpunktverzögerungsverfahren, herangezogen, um die Kraftstoffverbrauchsrate niedrig zu halten.
Wenn ferner der Selektionsabschnitt 72 das Dreifach­ einspritzverfahren selektiert, legen der Festlegungsab­ schnitt 76 für die dritte Kraftstoffeinspritzmenge und der Festlegungsabschnitt 77 für den dritten Einspritzzeitpunkt die dritte Einspritzmenge Ti3 und den dritten Einspritzzeit­ punkt TINJ3 jeweils zusätzlich zur zweiten Einspritzmenge Ti2 und dem zweiten Einspritzzeitpunkt TINJ2 fest, die je­ weils von dem Festlegungsabschnitt 62 für die Zweitmenge und dem Festlegungsabschnitt 63 für den zweiten Einspritz­ zeitpunkt bestimmt worden waren.
In diesem Fall wird die dritte Einspritzmenge Ti3 auf einen Wert gleich oder leicht größer als die zweite Ein­ spritzmenge Ti2 gesetzt, und der dritte Einspritzzeitpunkt TINJ3 wird auf einen solchen Zündungs- oder Entflammungs­ zeitpunkt festgelegt, daß der dritte Kraftstoff unmittelbar, bevor der zweite eingespritzte Kraft­ stoff vollständig entflammt (fired) ist, eingespritzt werden kann. In der Praxis wird der dritte Einspritzzeitpunkt TINJ3 auf Werte zwischen 90 und 120 Grad nach dem oberen Totpunkt im Vergleich zum zweiten Kraftstoffeinspritzzeit­ punkt TINJ2 gelegt, welcher zwischen 30 und 60 Grad nach dem oberen Totpunkt liegt.
In diesem fünften Ausführungsbeispiel wird nach Aus­ führung der Festlegungsroutine für die erste Kraftstoff­ einspritzung (wie bereits im ersten Ausführungsbeispiel an Hand Fig. 11 erläutert) die Abgastemperaturanhebungs­ routine der Fig. 21 ausgeführt. Dabei wird nach der ersten Kraftstoffeinspritzung eines der anderen Verfahren, das Dreifacheinspritzverfahren, das Zweifacheinspritzverfahren und das Zündzeitverzögerungsverfahren selektiert, um die Abgastemperatur entsprechend dem festgelegten Sollabgas­ temperaturwert anzuheben.
In der in Fig. 21 gezeigten Routine detektiert die Steuereinrichtung im Schritt S401 die Motorbetriebsbedin­ gungen auf der Grundlage der Motordrehzahl N und der Basis­ kraftstoffeinspritzmenge TP. Im Schritt S402 detektiert die Steuereinrichtung die Kühlmitteltemperatur (Kühlwasser­ temperatur) auf der Grundlage des Signals vom Kühlmittel­ temperatursensor 15. Ferner stellt die Steuereinrichtung im Schritt S403 fest, ob die Motorstartbedingungen etabliert sind oder nicht.
Trifft dies zu, so setzt die Steuereinrichtung im Schritt S404 den Sollabgastemperaturwert fest. Im Schritt S405 prüft die Steuereinrichtung, ob die festgelegte Solltemperatur gleich oder höher als 400°C ist oder nicht. Sind ferner die Motorstartbedingungen im Schritt S403 nicht etabliert, so fährt die Steuereinrichtung mit Schritt S414 ausgehend von Schritt S403 fort, um die Sollabgastemperatur festzusetzen.
Falls im Schritt S405 dieser Sollwert geringer als 400°C (gewöhnlicher Motorstart) ist, prüft die Steuerein­ richtung ferner, ob der Solltemperaturwert gleich oder höher als 300°C ist. Falls im Schritt S406 ein Wert von 300°C oder mehr festgestellt wird, selektiert die Steuereinrich­ tung im Schritt S407 die Zweifacheinspritzung. In den Schritten S408 und S409 setzt dann die Steuereinrichtung die zweite Kraftstoffeinspritzmenge Ti2 und den Einspritz­ zeitpunkt TINJ2 für die zweite Einspritzung fest, und durchläuft dann die Routine zu Return. Falls im Schritt S406 die Temperatur geringer als 300 °C ist, selektiert die Steuereinrichtung im Schritt S410 die Zündzeitpunkt­ verzögerung. Im Schritt S411 wird die Zündzeitpunktverzö­ gerungsrate θRD festgelegt, womit die Routine durchlaufen ist.
Wird andererseits im Schritt S405 eine Sollabgastem­ peratur gleich oder höher als 400°C (Kaltstart) festge­ stellt, springt die Steuerung von Schritt S495 auf Schritt S412. Im Schritt S412 setzt die Steuereinrichtung die zweite Kraftstoffeinspritzmenge Ti2 und die dritte Kraft­ stoffeinspritzmenge Ti3 fest. Ferner setzt im Schritt S413 die Steuereinrichtung die entsprechenden Zündzeitpunkte TINJ2 für die zweite Einspritzung und TINJ3 für die dritte Einspritzung und erreicht das Ende der Routine bei Return.
So kann auch bei einem Motorstart bei niedriger Tem­ peratur der Katalysator, da die Abgastemperatur sehr schnell angehoben wird, frühzeitig aktiviert werden, so daß es mög­ lich ist, die Menge an ausgetragenem, nicht gereinigtem Abgas, deutlich herabzusetzen.
Ferner prüft im normalen Motorbetrieb im Schritt S414, nachdem die Steuereinrichtung die Sollabgastemperatur fest­ gelegt hat, im Schritt S415 die Steuereinrichtung, ob die Dreifacheinspritzung bei der festgelegten Sollabgastempera­ tur erforderlich ist oder nicht. Falls ja, wird im Schritt S412 fortgefahren, um die zweite Kraftstoffeinspritzmenge Ti2 und die dritte Kraftstoffeinspritzmenge Ti3 festzulegen.
Ferner werden dann im Schritt S413 der Zeitpunkt für die zweite Kraftstoffeinspritzung TINJ2 und der für die dritte Einspritzung TINJ3 unter Durchlaufen der Routine fest­ gelegt. Stellt ferner im Schritt S415 die Steuereinrichtung fest, daß die Dreifacheinspritzung zur Unterdrückung der Kraftstoffverbrauchsrate nicht erforderlich ist, so fährt die Steuereinrichtung mit den Schritten S408 und S409 fort, um die zweite Kraftstoffeinspritzmenge Ti2 und dem zweiten Einspritzzeitpunkt TINJ2 unter Durchlaufen der Routine festzusetzen. Infolgedessen ist es möglich, die Kraft­ stoffverbrauchsrate zu reduzieren, während der Katalysator aktiviert wird.
Da gemäß obiger Beschreibung in den oben dargelegten Ausführungsbeispielen der zweite Kraftstoff von einer frühen Periode zu einer mittleren Periode des Expansions­ hubs der ersten (primären) Verbrennung in einer solchen Weise injiziert wird, daß der zweite injizierte Kraftstoff durch die Flammenausbreitung des primären Kraftstoffs ent­ zündet oder entflammt werden kann, ist es möglich, den zweiten injizierten Kraftstoff ohne eine Neuzündung (die Möglichkeit einer Fehlzündung ist groß) zu entzünden oder zu entflammen, so daß die Abgastemperatur für eine stabile Katalysatoraktivierung angehoben werden kann.
Da ferner in der vorliegenden Erfindung eines der Zweifacheinspritz- und Zündzeitpunktverzögerungsverfahren (zum Verzögern des Zündzeitpunktes der ersten Einspritzung) selektiv gemäß den jeweils vorliegenden Motorbetriebsbedin­ gungen ausgewählt wird, und da ferner die Dreifachein­ spritzung nach der Zweifacheinspritzung selektiv entspre­ chend den Aktivierungsbedingungen für den Katalysator auf solche Weise ausgeführt wird, daß die dritte eingespritzte Kraftstoffmenge durch die Flammenausbreitung der zweiten eingespritzten Kraftstoffmenge entflammt werden kann, ist es möglich, die Frühaktivierung des Katalysators zu reali­ sieren, während die Kraftstoffverbrauchsrate auf einem so geringen Wert wie möglich gehalten werden kann.
Ferner ist es aufgrund der dritten oder weiteren zusätzli­ chen Kraftstoffeinspritzungen in jeden Motorzylinder nach der primären Verbrennung entsprechend den jeweiligen Mo­ torbetriebsbedingungen (z. B. wenn der Motor bei niedriger Temperatur gestartet wird) und den jeweiligen Katalysator­ spezifikationen (z. B. einer Sollabgastemperatur von einem so hohen Wert wie 400°C), möglich, den Katalysator schneller und wirksamer zu aktivieren, während die Kraft­ stoffverbrauchsrate auf einem so geringen Wert wie mög­ lich gehalten wird.
(Sechstes Ausführungsbeispiel)
Das sechste Ausführungsbeispiel wird nun unter Bezug­ nahme auf die Fig. 23 bis 26 erläutert. Das Merkmal die­ ses sechsten Ausführungsbeispiels besteht darin, den Ver­ brennungszustand der primären Verbrennung stets zu über­ wachen, um eine Fehlzündung oder Fehlentflammung des zweiten eingespritzten Kraftstoffs zum Zwecke des Schutzes vom Katalysator zu vermeiden. Genauer wird dabei im Falle einer abnormen Verbrennung (mit geringer Wärmeentwicklung) des ersten (primären) Einspritzkraftstoffs die Einspritzung des zweiten Kraftstoffs unterbrochen. Ferner wird die erste Kraftstoffverbrennung aus der Stratifikationsver­ brennung in die gleichförmige Verbrennung verschoben, in­ dem der Kraftstoffeinspritzzeitpunkt, die Einspritzmenge und die Zündpunkteinstellung für die erste Einspritzung so geändert werden, daß der Katalysator vor Rohgas geschützt wird.
Daher unterscheidet sich das sechste Ausführungsbei­ spiel vom ersten Ausführungsbeispiel der Fig. 6 darin, daß zusätzlich zu den Elementen dieses ersten Ausführungsbei­ spiels der Fig. 6 ein Zylinderdrucksensor 9, ein Zylinder­ druck-Detektorabschnitt 64, ein Wärmeerzeugungsrate-Be­ rechnungsabschnitt 65, ein Abnormalitätsdiskriminator­ abschnitt 66, ein Verbrennungsmode-Änderungsabschnitt 67, ein Alarmerzeugungsabschnitt 68, ein Antriebsabschnitt 69 und eine Alarmeinrichtung 80 vorgesehen sind.
Dabei tastet genau der Zylinderdruckdetektorabschnitt 64 die Signale des Zylinderdrucksensors 9 jeweils für eine vorbestimmte Zeitperiode ansprechend auf ein erstes Triggersignal (das Signal zur Einspritzung des ersten Kraftstoffs) ab, das vom Antriebsabschnitt 59 an den Ein­ spritzer 7 ausgegeben wird, um den Innendruck des Zylin­ ders zu messen, wenn der zuerst eingespritzte Kraftstoff gezündet worden ist. Der gemessene Zylinderinnendruck wird an den Wärmeerzeugungsrate-Berechnungsabschnitt 65 ausge­ geben.
Dieser Abschnitt 65 berechnet die Wärmeerzeugungsrate, hervorgerufen durch die Verbrennung des zuerst eingespritz­ ten Kraftstoffs, auf der Grundlage des Zylinderinnendrucks vom Zylinderinnendrucksensor 64 (nach der ersten Kraftstoff­ einspritzung) und des Signals, das vom Kurbelwinkelsensor 13 zugeführt wird. Die Wärmeerzeugungsrate kann unter Be­ zugnahme auf ein Druckhubdiagramm und auf der Grundlage verschiedener Parameter wie der Gasmasse innerhalb der Verbrennungskammer, der Temperatur der Zylinderwandober­ fläche, dem Zylinderinnendruck, der Umgebungstemperatur und dem Umgebungsdruck usw. berechnet werden. Ferner wird ein Wärmeverlust nach außen von der berechneten Wärme ab­ gezogen, um die Wärmemenge zu gewinnen, die durch die erste Kraftstoffverbrennung erzeugt wird.
Der Abnormalität-Diskriminatorabschnitt 66 ermittelt, ob die Verbrennung des zuerst eingespritzten Kraftstoffs normal ist oder nicht, auf der Grundlage der vom Berech­ nungsabschnitt 65 berechneten Wärmeerzeugungsrate. Im Fall, daß die Verbrennung der zuerst eingespritzten Kraftstoff­ menge Ti1 bei Zweifacheinspritzbedingungen abnormal ist, gibt der Abnormalität-Diskriminatorabschnitt 66 einen Be­ fehl, der die Unterbrechung der Zweifacheinspritzung an­ zeigt, an den Einspritzzeitpunktberechnungsabschnitt 57 ab und stellt ferner den Zeitgeber für die zweite Ein­ spritzung zurück. Ferner gibt der Diskriminatorabschnitt 68 ein Abnormalitätssignal an den Verbrennungsmodus-Än­ derungsabschnitt 67 ab, damit die folgende Verbrennung durch die erste (primäre) Kraftstoffeinspritzung von der Stratifikationsverbrennung auf die gleichförmige Verbren­ nung geändert wird. Ferner wird das Abnormalitätssignal vom Diskriminatorabschnitt 66 an den Alarmerzeugungsabschnitt 68 ausgegeben, um über den Antriebsabschnitt 69 die Alarm­ vorrichtung 80 zu aktivieren.
Im Diskriminatorabschnitt 66 zur Ermittlung, ob die Verbrennung durch die erste Kraftstoffeinspritzung normal ist oder nicht, kann die Verbrennungsabnormalität unter Heranziehen von Wärmeerzeugungsdiagrammen, die für jeden Takt oder Zyklus gewonnen werden, beurteilt werden. In diesem Fall kann die Abnormalität im Takt, währenddessen die erzeugte Wärme geringer als ein vorbestimmter Bezugs­ wert ist, festgestellt werden. Andererseits ist es mög­ lich, eine Zeittabelle gemäß Fig. 26 zu verwenden. Ist dabei die Wärmeerzeugungsrate bei einem vorbestimmten Kurbelwinkel im Expansionshub der primären Verbrennung geringer als ein Bezugswert QREF (bei dem die Menge der erzeugten Wärme zur Entflammung oder Entzündung der zwei­ ten Kraftstoffmenge ausreichend hoch ist), so wird ge­ schlossen, daß die primäre Verbrennung abnorm ist.
Wenn der Abnormalität-Diskriminatorabschnitt 66 eine solche Abnormalität feststellt, gibt der Verbrennungsmodus-Änderungsabschnitt 67 einen Korrekturbefehl an den Fest­ legungsabschnitt 54 für die erste Einspritzmenge, den Festlegungsabschnitt 55 für den ersten Einspritzzeitpunkt und den Zündzeitpunktfestlegungsabschnitt 56. Ansprechend auf diesen Korrekturbefehl korrigiert der Festlegungsab­ schnitt 54 die erste Einspritzmenge Ti1 auf einen geeigne­ ten Wert, rückt der Festlegungsabschnitt 55 den Winkel des ersten Kraftstoffeinspritzungszeitpunktes weit vor und ändert der Festlegungsabschnitt 56 für den Zündzeitpunkt diesen so, daß der Verbrennungsmodus der folgenden Kraft­ stoffeinspritzung aus der Stratifikationsverbrennung in die gleichförmige Verbrennung geändert werden kann.
Im folgenden wird unter Bezugnahme auf eine Festle­ gungsroutine für die Einspritzung des ersten Kraftstoffs gemäß Fig. 24 die Operation der ECU 20 erläutert.
Zunächst liest im Schritt S101 die Steuereinrichtung die Basiskraftstoffeinspritzmenge TP auf der Grundlage einer vorbestimmten Adresse vom RAM 23. Im Schritt S102 liest die Steuereinrichtung die Motorbetriebsparameter wie die Signale des Drosselöffnungsgradsensors 12, des Kühltemperatursensors 15 usw.
Ferner setzt im Schritt S103 die Steuereinrichtung den Koeffizienten COEF zur Korrektur der Basiskraftstoff­ einspritzmenge TP fest, wobei dieser Koeffizient entspre­ chend den vielfältigen Motorbetriebsbedingungen, die im Schritt S102 gelesen wurden, bestimmt wird. Im Schritt S104 legt die Steuereinrichtung die Spannungskorrektur­ rate Ts auf der Grundlage der Batteriespannung VB fest und fährt mit Schritt S111 fort.
Im Schritt S111 prüft die Steuereinrichtung, ob die Verbrennung durch die erste Kraftstoffeinspritzung im vorausgehenden Takt normal ist oder nicht, unter Bezugnah­ me auf ein Verbrennungszustands-Diskriminatorkennzeichen F, das von einer später zu beschreibenden Verbrennungszustand-Detektorroutine gesetzt oder zurückgestellt (gelöscht) wird.
Falls F=0, d. h., der Verbrennungszustand normal ist, fährt die Steuereinrichtung ausgehend von Schritt S111 mit den Schritten S106 folgende fort, um die normale Kraft­ stoffeinspritzmenge und die normale Kraftstoffeinspritz­ zeitpunkteinstellung vorzugeben. Ist andererseits F = 1, d. h. ist der Verbrennungszustand abnorm, springt die Steuerein­ richtung von Schritt S111 auf die Schritte S108 und folgen­ de, um die erste Kraftstoffeinspritzmenge und Zeitsteuerung zu korrigieren.
Ist die Verbrennung der primären Einspritzkraftstoff­ menge im vorausgehenden Takt im Schritt S105 normal, legt die Steuereinrichtung die erste Kraftstoffeinspritzmenge Ti1 (Ti1 ← TP × COEF + Ts) fest, indem sie die Basiskraft­ stoffeinspritzmenge TP aus Schritt S101 mit dem Korrektur­ koeffizient COEF aus Schritt S103 multipliziert und die Spannungskorrekturrate T₃ aus Schritt S104 hinzuaddiert.
Ferner setzt die Steuereinrichtung im Schritt S106 den Zeitpunkt für die erste Kraftstoffeinspritzung TINJ1 entsprechend dem Verbrennungsverfahren unter Durchlaufen der Routine fest.
Ist demgegenüber die Verbrennung der primären Kraft­ stoffeinspritzmenge im vorausgehenden Zyklus abnorm, liest die Steuereinrichtung im Schritt S108 den ersten Einspritz­ mengenkorrekturwert ΔK (der durch die Verbrennungsstatus­ detektorroutine festgelegt wird, die weiter unten erläutert wird) aus dem RAM 23, um der abnormen Verbrennung des primär eingespritzten Kraftstoffs zu begegnen. Auf der Grundlage dieses ausgelesenen Korrekturwerts ΔK wird die erste Einspritzmenge Ti1 unter Fortschreiten auf Schritt S109 korrigiert (Ti1 ← TP × COEF × ΔK + Ts).
Im Schritt S109 liest die Steuereinrichtung auf die­ selbe Weise wie oben den ersten Einspritzzeitpunkt-Korrek­ turwert ΔTM ( der ebenfalls durch die weiter unten zu beschreibende Verbrennungszustanddetektorroutine festge­ legt ist) aus dem RAM 23, um der abnormen Verbrennung des zuerst eingespritzten Kraftstoffs zu begegnen. Auf der Grundlage dieses Korrekturwerts ΔTM wird der erste Ein­ spritzzeitpunkt TINJ1 korrigiert (TINJ1 ← TINJ1-ΔTM), wobei mit Schritt S110 fortgefahren wird.
Im Schritt S110 werden die erste korrigierte Einspritz­ menge Ti1 und der korrigierte Wert für den Zeitpunkt der Einspritzung TINJ1 beide für den ersten Kraftstoffein­ spritzungszeitgeber vorgegeben.
Ferner wird die Festlegungsroutine für die zweite Kraftstoffeinspritzung auf gänzlich die gleiche Weise wie die an Hand Fig. 12 gezeigte ausgeführt.
Nach dem Ende der jeweiligen Routinen wird der erste Einspritzzeitgeber gestartet, wenn der Zylinder, in den Kraftstoff einzuspritzen ist, eine vorbestimmte Bezugs­ kurbelwinkelposition (beispielsweise den oberen Totpunkt des Motors) erreicht, um die erste Kraftstoffeinspritzung in den Zylinder auszuführen. Auf dieselbe Weise wird der Kraftstoffzündzeitgeber gestartet, wenn der Zylinder, in den einzuspritzen ist, die vorbestimmte Bezugskurbelwin­ kelposition erreicht, um die Mischung in der Verbrennungs­ kammer zum Starten der primären Verbrennung des zuerst eingespritzten Kraftstoffs zu zünden.
Hier wird der Verbrennungszustand des primären Kraftstoffs der ersten Kraftstoffeinspritzung stets durch die Verbrennungszustand-Detektorroutine der Fig. 25 über­ wacht.
In dieser Routine detektiert die Steuereinrichtung im Schritt S501 den Zylinderinnendruck. Im Schritt S502 berechnet sie die Wärmeerzeugungsrate. Ferner stellt sie im Schritt S503 fest, ob die primäre Verbrennung des zu­ erst eingespritzten Kraftstoffs normal ist oder nicht, auf der Grundlage der Wärmeerzeugungsrate. Im vorliegenden Fall wird das Wärmeerzeugungsrate-Diagramm, das für jeden Motortakt gewonnen wird, herangezogen. Statt dessen ist es auch möglich, die Abnormalität dadurch festzustellen, daß man prüft, ob die Wärmeerzeugungsrate bei einem vorbestimm­ ten Kurbelwinkel im Expansionshub der primären Verbrennung hoch genug ist, um den zweit-eingespritzten Kraftstoff zu entflammen. Im Normalfall fährt die Steuereinrichtung mit Schritt S504 fort, um das Kennzeichen zur Unterschei­ dung des Verbrennungsstatus zu löschen (F ← 0), womit an­ gezeigt wird, daß die primäre Verbrennung normal läuft und die Routine durchlaufen ist.
Falls jedoch festgestellt wird, daß die primäre Ver­ brennung durch die erste Kraftstoffeinspritzung abnorm ist, springt die Steuerung von Schritt S503 auf Schritt S505, um einen Alarm für einen Fahrer zu erzeugen. Ferner setzt die Steuereinrichtung im Schritt S506 den zweiten Ein­ spritzzeitgeber zurück, um die zweite Kraftstoffein­ spritzung zu unterbrechen. Ferner setzt die Steuereinrich­ tung im Schritt S507 und danach die jeweiligen Korrektur­ werte für die erste Einspritzzeitgebung, die erste Ein­ spritzmenge und die Zündzeitpunkteinstellung in der Weise fest, daß die primäre Verbrennung durch den zuerst ein­ gespritzten Kraftstoff aus der Stratifikationsverbrennung in die gleichförmige Verbrennung geändert werden kann.
Im Schritt S507 setzt dabei die Steuereinrichtung den ersten Einspritzzeitgeberkorrekturwert ΔTM fest, um die Stratifikationsverbrennung auf die gleichförmige Verbren­ nung zu ändern, indem der Winkel des ersten Einspritzzeit­ punkts TINJ1 merklich vorgerückt wird. Ferner setzt im Schritt S508 die Steuereinrichtung den ersten Einspritz­ mengenkorrekturwert ΔK so fest, daß die erste Einspritz­ menge Ti1 optimiert wird. Im Schritt S509 setzt die Steuer­ einrichtung den Zündzeitpunktverzögerungswinkel θRD fest, indem sie auf eine Tabelle zurückgreift, die auf der Grundlage der Motorgeschwindigkeit N und der Basiskraft­ stoffeinspritzmenge TP gewonnen wird. Schließlich setzt die Steuereinrichtung im Schritt S510 das Verbrennungs­ zustand-Diskriminatorkennzeichen auf 1 (F ← 1), wodurch die abnorme primäre Verbrennung angezeigt wird, und die Routine mit Erreichen von Return durchlaufen wird.
Wenn gemäß obiger Beschreibung die Zweifacheinspritzbe­ dingungen zuverlässig erfüllt sind und wenn ferner der zuerst eingespritzte Kraftstoff, der in der letzteren Perio­ de des Kompressionshubs eingespritzt wurde, unter der Stratifikationsverbrennung (die sowohl hinsichtlich der Verbrennungsrate als auch dem Abgascharakter exzellent ist) normal gezündet wird, beginnt der zweite Kraftstoffein­ spritzzeitgeber, den zweiten Kraftstoff bei einem solchen optimalen Zeitpunkt einzuspritzen, daß der zweite einge­ spritzte Kraftstoff unmittelbar, bevor die primäre Ver­ brennung durch den ersteingespritzten Kraftstoff endet, eingespritzt werden kann. Infolgedessen kann die Verbren­ nung des zweiten eingespritzten Kraftstoffs durch Flam­ menausbreitung der primären Verbrennung ohne Notwendigkeit einer Neuzündung gestartet werden.
Die zweite Verbrennung wird zum größten Teil dazu ver­ braucht, um die Abgastemperatur ohne Bewegung des Kolbens anzuheben. Da darüber hinaus der Zeitpunkt für die zweite Einspritzung optimiert ist, ist es möglich, die Rauch­ erzeugung infolge einer unzureichenden Kraftstoffdiffu­ sion oder die Steigerung des HC-Werts infolge einer ex­ zessiven Kraftstoffdiffusion zu verhindern, mit dem Ergeb­ nis, daß die Abgastemperatur in stabiler Weise zur Akti­ vierung des Katalysators angehoben werden kann.
Ist demgegenüber die primäre Verbrennung des zuerst eingespritzten Kraftstoffs im Motorbetriebsbereich, bei dem die Zweifacheinspritzbedingungen erfüllt sind, abnorm, so wird die zweite Kraftstoffeinspritzung augenblicklich unterbrochen, so daß es möglich ist, zu verhindern, das Rohgas, so wie es ist, abgegast wird, und ferner zu ver­ hindern, daß der Katalysator überhitzt wird oder beschä­ digt wird oder irgendwie beeinträchtigt wird, was andern­ falls durch die Fehlzündung des zweiten injizierten Kraft­ stoffs bewirkt würde. Da ferner der Einspritzzeitpunkt für den Kraftstoff der primären Verbrennung im darauf­ folgenden Takt deutlich vorgerückt wird, und da darüber hinaus die Verbrennungsparameter wie die Kraftstoffein­ spritzmenge und die Zündzeitpunkteinstellung geändert wer­ den, wird der Verbrennungsmodus des primären Kraftstoffs aus der Stratifikationsverbrennung in die gleichförmige Verbrennung geändert. Infolgedessen ist es, obgleich die Kraftstoffverbrauchsrate leicht anwächst, selbst bei Auf­ treten einer abnormen Verbrennung möglich, den Motor sicher ohne irgendwelche Störungen zu betreiben.
Da ferner im sechsten Ausführungsbeispiel der primäre Verbrennungsstatus auf der Grundlage der Wärmeerzeugungs­ rate bei einer vorbestimmten Kurbelwinkelposition im Ex­ pansionshub des Motors beurteilt wird, d. h., indem ge­ prüft wird, daß die erzeugte Wärmemenge zur Entzündung oder Entflammung des zweiten eingespritzten Kraftstoffs groß genug ist, kann jedwede Abnormalität (beispielsweise eine momentane Abnormalität, deren Auftrittshäufigkeit sehr gering ist) detektiert werden und korrigiert werden, so daß es möglich ist, die Zuverlässigkeit der Katalysator­ aktivierungs-Steuervorrichtung zu steigern.
(Siebtes Ausführungsbeispiel)
Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die Fig. 27 und 28 ein siebtes Ausführungsbeispiel erläutert. Dieses Ausführungsbeispiel unterscheidet sich vom sechsten dadurch, daß, wenn die primäre Verbrennung abnorm ist (die Wärmemenge nicht ausreichend ist), die Primärverbrennungsmenge ohne Ändern der Stratifikationsverbrennung in die gleichförmige Verbrennung gesteigert wird. Dabei wird gemäß dem unter­ scheidenden Merkmal dieses Ausführungsbeispiels, wenn eine ausreichende Wärmemenge zum Entflammen des zweiten einge­ spritzten Kraftstoffs durch die primäre Verbrennung des zuerst eingespritzten Kraftstoffs unter den Betriebsbedin­ gungen nicht erzielt werden kann, welche die Zweifachkraft­ stoffeinspritzung erfüllen, die Wärmemenge der primären Verbrennung im darauffolgenden Zyklus oder Takt so gestei­ gert, daß eine sichere Entflammung (firing) des zweiten ein­ gespritzten Kraftstoffs gewährleistet werden kann, während die Stratifikationsverbrennung beibehalten wird (ohne Änder­ ung auf die gleichförmige Verbrennung).
Daher umfaßt die ECU dieses Ausführungsbeispiels zu­ sätzlich zu den Elementen des sechsten Ausführungsbeispiels der Fig. 23 einen Selektionsabschnitt 81 für eine erste Verbrennungskorrektur zur Selektion von Parametern zum Korrigieren der primären Verbrennung und einen Festlegungs­ abschnitt 82 für eine erste Verbrennungskorrektur zum Fest­ legen der Korrekturwerte der selektierten Parameter, und zwar anstelle des Verbrennungsmodus-Änderungsabschnitts 67. Da ferner in diesem Ausführungsbeispiel kein Alarm erzeugt wird, entfallen die Alarm-Elemente (Alarmerzeugungsab­ schnitt 68, Antriebsabschnitt 69 und Alarmvorrichtung 80) der Fig. 23.
Stellt in diesem Ausführungsbeispiel der Abnormali­ täts-Diskriminatorabschnitt 66 fest, daß der primäre Ver­ brennungszustand abnorm ist, d. h. daß die Verbrennungser­ zeugungsrate bei einer vorbestimmten Kurbelwinkelposition im Expansionshub der Hauptverbrennung geringer als ein Bezugswert QREF ist (bei dem die erzeugte Wärmemenge groß genug ist, um die zweite eingespritzte Kraftstoffmenge zu entflammen), gibt der Diskriminatorabschnitt 66 einen Be­ fehl der Anzeige dieser Abnormalität an den Selektions­ abschnitt 81 für die erste Verbrennungskorrektur aus, um die Wärmeerzeugungsmenge der primären Verbrennung durch die folgende erste Kraftstoffeinspritzung ohne Unterbrechen der zweiten Kraftstoffeinspritzung und der Erzeugung eines Alarms zu steigern.
Ansprechend auf diesen Abnormalitätsbefehl selektiert der Selektionsabschnitt 81 Änderungen der Parameter, die sich auf die primäre Verbrennung beziehen. Diese Parameter sind ein Inkrementwert der ersten Kraftstoffeinspritzmenge, ein Vorrückwinkel oder Verzögerungswinkel des Zündzeit­ punktes sowie eine Änderung der Zeitpunkteinstellung für die erste Einspritzung. In diesem Fall werden ein einzelner oder mehrere dieser Parameter entsprechend der Wärmeerzeu­ gungsrate der primären Verbrennung gewählt. Der Selektions­ abschnitt 81 für die erste Verbrennungskorrektur gibt dann einen Befehl oder mehrere Befehle an den Korrekturfestle­ gungsabschnitt 82 aus, welcher bzw. welche einen selektier­ ten Parameter oder selektierte Parameter anzeigen.
Ansprechend auf diesen Befehl oder diese Befehle setzt der Korrekturfestlegungsabschnitt 82 einen Korrekturwert oder Korrekturwerte der selektierten Parameter (beispiels­ weise die erste Kraftstoffeinspritzmenge, den Einspritz­ zeitpunkt, den Zündzeitpunkt), die von dem Korrektur­ selektionsabschnitt 81 ausgewählt wurden, fest und gibt diesen Wert oder diese Werte an den Festlegungsabschnitt 54 für die erste Einspritzmenge, den Festlegungsabschnitt 55 für den ersten Einspritzzeitpunkt oder den Festlegungs­ abschnitt 56 für den Zündzeitpunkt, um den Verbrennungszu­ stand der primären Verbrennung zu korrigieren, d. h. die Wärmeerzeugung zu steigern. Bei dieser Korrektur wird je­ doch ein vorbestimmter zulässiger Bereich für jeden Wert vorbestimmt. Kann daher die Wärmeerzeugung innerhalb des zulässigen Bereichs nicht ausreichend gesteigert werden, so wird die Korrektur nicht über diesen zulässigen Bereich hinaus durchgeführt.
Die Operation der Verbrennungszustand-Detektorroutine der ECU 20 dieses siebten Ausführungsbeispiels wird nun unter Bezugnahme auf Fig. 28 erläutert.
In der Detektorroutine detektiert die Steuereinrich­ tung im Schritt S601 den Zylinderinnendruck. Im Schritt S602 berechnet die Steuereinrichtung die Wärmeerzeugungs­ rate. Im Schritt S603 stellt die Steuereinrichtung fest, ob die primäre Verbrennung des ersten eingespritzten Kraft­ stoffs unter Heranziehen dieser Wärmeerzeugungsrate normal ist oder nicht. In diesem Schritt wird die Abnormalität der primären Verbrennung durch den ersten eingespritzten Kraft­ stoff dadurch beurteilt, daß festgestellt wird, ob die Wärmeerzeugungsrate hoch genug ist, um den zweiten einge­ spritzten Kraftstoff bei einer vorbestimmten Kurbelwinkel­ position des Expansionshubs der primären Verbrennung zu entflammen oder zu entzünden.
Falls die Verbrennung normal ist, d. h. eine Wärmemenge durch die primäre Verbrennung erzielbar ist, die hoch genug zur Entzündung des zweiten eingespritzten Kraftstoffs ist, dann fährt die Steuereinrichtung mit Schritt S604 fort, um das Verbrennungszustand-Diskriminatorkennzeichen zu lö­ schen (F ← 0), wodurch angezeigt wird, daß die normale primäre Verbrennung vorliegt, wobei die Routine durchlaufen ist.
Ist die Verbrennung jedoch abnorm, d. h. ist die durch die primäre Verbrennung erzielbare Wärmemenge nicht groß genug zur Anzündung des zweiten eingespritzten Kraftstoffs, springt die Steuerung von Schritt S603 auf Schritt S605 zur Selektion des oder der Parameter zur Verbesserung der primären Verbrennung unter Fortfahren mit Schritt S606. Im Schritt 606 setzt die Steuereinrichtung den Kor­ rekturwert oder die Korrekturwerte des oder der Parameter, die im Schritt S605 selektiert wurden. Schließlich setzt die Steuereinrichtung im Schritt S607 das Verbrennungs­ zustand-Diskriminatorkennzeichen (F ← 1), was anzeigt, daß eine abnorme primäre Verbrennung vorliegt, womit die Routine durchlaufen ist. Wenn ferner die erste Einspritzmen­ ge und die erste Einspritzzeitsteuerung beide in der in Fig. 24 gezeigten Routine für die Festlegung der ersten Kraftstoffeinspritzmenge nicht korrigiert, so wird der Korrekturwert im Schritt S108 oder Schritt S109 auf 1 oder 0 gehalten, ohne eine wesentliche Korrektur aus zu­ führen.
In diesem Ausführungsbeispiel ist es, wenn eine aus­ reichende Wärmemenge zur Zündung des zweiten eingespritzten Kraftstoffs durch die primäre Verbrennung des ersten einge­ spritzten Kraftstoffs unter den Betriebsbedingungen, die die Zweifachkraftstoffeinspritzbedingungen erfüllen, nicht erzielbar ist, da der Verbrennungszustand der primären Verbrennung nicht korrigierbar ist (die Wärmemenge gestei­ gert wird), möglich, zuverlässig zu verhindern, daß Rohgas, so wie es ist, emittiert wird, so daß verhindert werden kann, daß der Katalysator infolge einer Fehlzündung des zweiten eingespritzten Kraftstoffs überhitzt, beschädigt oder in seiner Funktion beeinträchtigt wird.
Die Erfindung läßt sich wie folgt zusammenfassen.
In einem System und Verfahren zur Steuerung eines Motors mit Kraftstoffdirekteinspritzung für eine Katalysator­ aktivierung bei der Funkenzündung von primärem Kraftstoff, der direkt in jeden von Motorzylindern eingespritzt wird, wird zusätzlicher Kraftstoff zumindest einmal in jeden der Motorzylinder von einer frühen Periode zu einer mittleren Periode eines Expansionshubs der primären Kraftstoffver­ brennung entsprechend den Motorbetriebsparametern einge­ spritzt, um den zusätzlich eingespritzten Kraftstoff durch Flammenausbreitung der vorausgehenden Kraftstoffverbrennung (ohne Neuzündung) zur Eliminierung einer Fehlzündung zu entzünden, so daß die Abgastemperatur zur stabilen Aktivierung des Katalysators zur Reinigung des Abgases angehoben werden kann. Ferner wird entsprechend den Betriebsbedingun­ gen zur Kraftstoffeinsparung entweder ein Verfahren zur zu­ sätzlichen Kraftstoffeinspritzung oder ein Zündzeitpunkt­ verzögerungsverfahren gewählt, und wenn die Wärmeerzeugungs­ menge der primären Verbrennung nicht zur Entzündung des zu­ sätzlichen Kraftstoffs ausreicht, wird die Stratifikations­ verbrennung in eine gleichförmige Verbrennung geändert oder die erste Kraftstoffeinspritzmenge gesteigert oder auch wahlweise die zusätzliche Kraftstoffeinspritzung jeweils im Hinblick auf einen geeigneten Schutz des Katalysators unter­ brochen.
Während die Erfindung an Hand gegenwärtig bevorzugter Ausführungsbeispiele erläutert und dargelegt wurde, ver­ steht sich, daß diese Offenbarung nur zum Zwecke der Ver­ anschaulichung dient und daß vielfältige Änderungen und Modifikationen durchführbar sind, ohne vom Schutzumfang der Erfindung gemäß der beiliegenden Ansprüche abzu­ weichen.

Claims (40)

1. System zur Steuerung der Katalysatoraktivierung in einem Motor mit Kraftstoffdirekteinspritzung und Funkenzündung mit einem in einer Verbrennungskammer jedes Zylinders angeordne­ ten Katalysator zur selektiven Ausführung einer Stratifika­ tionsverbrennung und einer gleichförmigen Verbrennung, auf­ weisend:
eine Motorbetriebszustands-Detektoreinrichtung (3, 12, 13, 15, 16), die verschiedene Motorbetriebszustände detek­ tiert;
eine Verbrennungseinrichtung für einen ersten Kraftstoff (14, 51 bis 58, 7, 11; 54A, 55A, 61A) zur Funkenzündung eines ersten Kraftstoffs, der direkt in jeden der Motorzylinder eingespritzt wird, entsprechend den detektierten Motorbe­ triebszuständen; und
eine Katalysatoraktivierungseinrichtung (61, 62, 63; 54A, 55A, 61A) zur Einspritzung zusätzlichen Kraftstoffs in jeden der Motorzylinder während eines Expansionshubs der primären, vorausgehenden Verbrennung zur Entzündung des zusätzlich ein­ gespritzten Kraftstoffs durch Flammenausbreitung der voraus­ gehenden Kraftstoffverbrennung ohne Funkenzündung derart, daß eine Abgastemperatur zur Katalysatoraktivierung anhebbar ist.
2. System nach Anspruch 1, in welchem die Kraftstoffverbren­ nungseinrichtung für den ersten Kraftstoff aufweist:
eine Verbrennungsmodus-Entscheidungseinrichtung, die auf der Grundlage der Motorbetriebszustände, die von der Motorbe­ triebszustand-Detektoreinrichtung (53) detektiert wurden, den Verbrennungsmodus entweder als gleichförmige gewöhnliche Ver­ brennung mit Einspritzung von Kraftstoff in einer frühen Pe­ riode eines Motoransaughubs oder eine Stratifikationsverbren­ nung zur Einspritzung von Kraftstoff in einer späteren Perio­ de des Kompressionshubs, jedoch unmittelbar vor der Kraft­ stoff-Funkenzündung, festlegt;
eine Festlegungseinrichtung (54, 54A) zur Festlegung einer ersten Kraftstoffeinspritzmenge (Ti1 = TP × COEF × Ts) entsprechend den gegenwärtigen Motorbetriebsbedingungen;
eine Festlegungseinrichtung (55, 55A) zur Festlegung einer Zeitpunkteinstellung zur Einspritzung des ersten Kraft­ stoffs (TINJ1) entsprechend der Verbrennungsart und den Mo­ torbetriebsbedingungen;
eine Festlegungseinrichtung (56) zur Festlegung der Zünd­ zeitpunkteinstellung (θIG) durch Korrigieren einer Basiszünd­ zeitpunkteinstellung (θBASE), die durch die detektierten Mo­ torbetriebszustände (N, TP, Kühlmitteltemperatur) bestimmt ist;
eine Berechnungseinrichtung (57) zur Berechnung der fest­ gesetzten Kraftstoffeinspritzzeitpunkteinstellung in Abhän­ gigkeit einer Kurbelwinkelposition relativ zu einem Bezugs­ kurbelwinkel und zur Ausgabe eines die berechnete Kraftstoff­ einspritzzeitpunkteinstellung repräsentierenden Signals an den Einspritzer (7); und
eine Zündzeitpunktberechnungseinrichtung (58) zur Berech­ nung der festgelegten Kraftstoffzündzeitpunkteinstellung in Abhängigkeit einer Kurbelwinkelposition relativ zur Bezugs­ kurbelwinkelposition und zur Ausgabe eines die berechnete Zündzeitpunkteinstellung repräsentierenden Signals an die Zündeinrichtung (11).
3. System nach Anspruch 2, in welchem die Festlegungsein­ richtung (55, 55A) für die erste Kraftstoffeinspritzzeitein­ stellung im Fall der normalen gleichförmigen Verbrennung eine Kraftstoffeinspritz-Startzeitpunkteinstellung (TST) und im Fall der Stratifikationsverbrennung eine Kraftstoffeinspritz-Endzeitpunkteinstellung (TEND) festlegt.
4. System nach Anspruch 1, in welchem die Katalysatorakti­ vierungseinrichtung ferner aufweist:
eine Diskriminatoreinrichtung (61) für eine Zusatzein­ spritzbedingung, welche ermittelt, ob die gegenwärtigen Be­ triebsbedingungen des Motors innerhalb eines Bereichs liegen, in welchem eine Zusatzkraftstoffeinspritzung erforderlich ist, oder nicht, unter Heranziehung der detektierten Motorbe­ triebsbedingungen, und die einen Befehl ausgibt, der eine Zusatzkraftstoffeinspritzung anzeigt;
eine Festlegungseinrichtung (62) für eine zusätzliche Kraftstoffeinspritzmenge, die ansprechend auf den Befehl für die Zusatzkraftstoffeinspritzung die zusätzliche Kraftstoff­ einspritzmenge (Ti2) festlegt; und
eine Festlegungseinrichtung (63) für die Zeitpunktein­ stellung der Zusatzkraftstoffeinspritzung (TINJ2) ansprechend auf den Befehl für die zusätzliche Kraftstoffeinspritzung derart, daß die zusätzliche Kraftstoffeinspritzmenge durch Flammenausbreitung der ersten Kraftstoffverbrennung entzündet wird, wobei die festgelegte Zeitpunkteinstellung für die Zu­ satzkraftstoffeinspritzung der Berechnungseinrichtung (57) für die Kraftstoffeinspritzzeitpunkteinstellung zugeführt wird.
5. System nach Anspruch 4, in welchem die Diskriminatorein­ richtung (61) die Notwendigkeit für die Zusatzkraftstoffein­ spritzung dann feststellt, wenn die Motorbetriebsbedingungen innerhalb eines vorbestimmten Bereichs der Stratifikations­ verbrennung liegen, bei dem der Katalysator möglicherweise nicht aktiviert wird.
6. System nach Anspruch 4, in welchem die Festlegungsein­ richtung (62) für die zusätzliche Kraftstoffeinspritzmenge diese Einspritzmenge (Ti2), die durch Flammenausbreitung der ersten Kraftstoffverbrennung entzündet wird, auf der Grundla­ ge der berechneten Basiskraftstoffmenge (TP) festlegt.
7. System nach Anspruch 4, in welchem die Festlegungsein­ richtung (63) für die zweite Kraftstoffeinspritzzeiteinstel­ lung (TINJ2) diese unter Bezugnahme auf eine Tabelle fest­ legt, die empirisch auf der Grundlage der detektierten Motor­ betriebszustände festgelegt wird.
8. System nach Anspruch 4, in welchem die durch die Festle­ gungseinrichtung (63) festgelegte zweite Kraftstoffeinspritz­ zeitpunkteinstellung (TINJ2) zwischen 30 und 60 Grad nach einem oberen Totpunkt in der ersten Kraftstoffverbrennung liegt.
9. System nach Anspruch 2, in welchem die Katalysatorakti­ vierungseinrichtung aufweist:
eine Zusatzeinspritzdiskriminatoreinrichtung (61A) zur Feststellung, ob die gegenwärtigen Betriebsbedingungen des Motors eine Mehrzahl von zusätzlichen Einspritzungen zur Ak­ tivierung des Katalysators auf der Grundlage der Motorbe­ triebsbedingungen erfordern, und zur Ausgabe eines eine Mehr­ zahl von Zusatzkraftstoffeinspritzungen anzeigenden Befehls;
eine Festlegungseinrichtung (54A), die auf den Befehl für eine Mehrfachkraftstoffeinspritzung anspricht, um mehrere Kraftstoffeinspritzmengen (Ti2, Ti3, . . .) festzulegen; und
eine Festlegungseinrichtung (55A) , die auf den Befehl für die Mehrfacheinspritzung anspricht, um mehrere Kraftstoffein­ spritzzeitpunkte (TINJ2, TINJ3, . . .) so festzulegen, daß der zusätzliche Kraftstoff in jedem Fall durch die Flammenaus­ breitung der vorhergehenden Kraftstoffverbrennung gezündet wird, wobei die mehreren Einstellungen der Berechnungsein­ richtung (57) für die Einspritzzeitpunkteinstellung zugeführt werden.
10. System nach Anspruch 9, in welchem die von der Festle­ gungseinrichtung (55A) festgesetzte zusätzliche Kraftstoff­ einspritzzeitpunkteinstellung (TINJ2) zwischen 30 und 60 Grad nach dem oberen Totpunkt der ersten Kraftstoffverbrennung liegt und die zweite zusätzliche Kraftstoffeinspritzzeit­ punkteinstellung (TINJ3) zwischen 90 und 120 Grad nach dem oberen Totpunkt der Kraftstoffverbrennung der ersten zusätz­ lichen Kraftstoffeinspritzung liegt.
11. System nach Anspruch 4, ferner aufweisend:
eine Sollabgastemperatur-Festlegungseinrichtung (71), die, wenn die Diskriminatoreinrichtung (61) für die zusätz­ liche Kraftstoffeinspritzung feststellt, daß die Motorbetriebs­ bedingungen in einem Bereich liegen, in welchem der Motorbe­ trieb zur Aktivierung des Katalysators eine zusätzliche Kraftstoffeinspritzung erfordert, eine Sollabgastemperatur festsetzt;
eine Temperaturanhebungsverfahren-Selektionseinrichtung (72), die eines der Verfahren Zusatzkraftstoffeinspritzung und Zündpunktverzögerung entsprechend der festgelegten Sol l-Abgastemperatur auswählt; und
eine Zündzeitpunktverzögerungseinrichtung (73) zur Verzö­ gerung des durch die Zündzeitpunkteinstellungsfestlegungsein­ richtung festgelegten Zündzeitpunktes ohne zusätzliche Kraft­ stoffeinspritzung, wenn die Temperaturanhebungsverfahren-Selektionseinrichtung das Zündzeitpunktverzögerungsverfahren auswählt.
12. System nach Anspruch 11, in welchem die Sollabgastempe­ ratur-Festlegungseinrichtung (71) die Sollabgastemperatur auf der Grundlage einer Katalysatorspezifikation und der detek­ tierten Motorbetriebsbedingungen festlegt.
13. System nach Anspruch 11, in welchem die Temperaturanhe­ bungsverfahren-Selektionseinrichtung (72) das Zündzeitpunkt­ verfahren selektiert, wenn die festgelegte Sollabgastempera­ tur etwa 300°C beträgt, jedoch das Zusatzkraftstoffeinspritz­ verfahren auswählt, wenn die festgelegte Sollabgastemperatur 300°C oder mehr beträgt.
14. System nach Anspruch 13, in welchem bei Selektion des Zündzeitpunktverzögerungsverfahrens eine Zündzeitpunktverzö­ gerungsrate (θRD) unter Bezugnahme auf eine Tabelle ermittelt wird, die auf der Grundlage der Motordrehzahl (N) und der Ba­ siskraftstoffeinspritzmenge (TP) bestimmt ist.
15. System nach Anspruch 11, ferner aufweisend:
einen Abgastemperatursensor (16); und
eine Vergleichseinrichtung (74) zum Vergleichen der Sollabgastemperatur, die von der Festlegungseinrichtung (71) festgelegt worden ist, mit einem Abgastemperaturistwert, der vom Abgastemperatursensor (16) detektiert worden ist, um einen Differenzwert zu erzeugen;
wobei die Festlegungseinrichtung (62) die Zusatzkraft­ stoffeinspritzmenge (Ti2) auf der Grundlage dieser Differenz festlegt, wenn die Temperaturanhebungsverfahren-Selektions­ einrichtung (72) das Zusatzkraftstoffeinspritzverfahren aus­ wählt, und wobei die Zündzeitverzögerungseinrichtung (73) die Zündzeitpunktverzögerungsrate (θRD) auf der Grundlage dieser Differenz festlegt, wenn das Temperaturanhebungsverfahren ausgewählt ist.
16. System nach Anspruch 13, ferner aufweisend:
einen Abgastemperatursensor (16);
eine Katalysatoraktivierungs-Diskriminatoreinrichtung (75), die auf der Grundlage der detektierten Temperatur vom Abgastemperatursensor feststellt, ob die detektierte Ist-Tem­ peratur die Sollabgastemperatur erreicht;
eine Festlegungseinrichtung (76) zur Festlegung einer weiteren Zusatzkraftstoffeinspritzmenge für eine Kraftstoff­ einspritzung folgend auf diese erste Zusatzkraftstoffein­ spritzung, wenn die Sollabgastemperatur in einen vorbestimm­ ten Bereich eingestellt ist; und
eine Festlegungseinrichtung (77) zur Festlegung einer Zeitpunkteinstellung für die weitere Zusatzkraftstoffein­ spritzung, die durch die Flammenausbreitung der Zusatzver­ brennung gezündet wird.
17. System nach Anspruch 16, in welchem eine Dreifachkraft­ stoffeinspritzung ausgewählt wird, wenn die festgesetzte Sollabgastemperatur bei Motorkaltstart 400°C oder mehr be­ trägt; wenn die festgelegte Sollabgastemperatur zwischen 300°C und 400°C liegt, das Zweifachkraftstoffverbrennungsver­ fahren ausgewählt wird; und wenn die Sollabgastemperatur 300°C oder weniger beträgt, das Zündzeitpunktverzögerungsver­ fahren ausgewählt wird.
18. System nach Anspruch 4, ferner aufweisend:
eine Zylinderdruckdetektoreinrichtung (64) zur Detektion des Zylinderdrucks, der durch die erste Kraftstoffverbrennung hervorgerufen wird;
eine Berechnungseinrichtung (65) zur Berechnung einer Wärmeerzeugungsrate, die durch die erste Kraftstoffverbren­ nung erzeugt wird, auf der Grundlage zumindest des Zylinder­ drucks;
eine Diskriminatoreinrichtung (66) zur Feststellung, ob die erste Kraftstoffverbrennung normal oder abnormal ist, auf der Grundlage der berechneten Wärmeerzeugungsrate; und
eine Verbrennungsmodus-Änderungseinrichtung (67), die bei Feststellung einer abnormalen primären Kraftstoffverbrennung durch die Diskriminatoreinrichtung (66) die Stratifikations­ verbrennung in eine gleichförmige Verbrennung ändert.
19. System nach Anspruch 18, in welchem die Wärmeerzeugungs-Berechnungseinrichtung (65) die Wärmeerzeugungsrate auf der Grundlage eines Druckhubdiagramms berechnet, das durch Fest­ legen verschiedener Motorbetriebsbedingungen als Parameter gewonnen wird.
20. System nach Anspruch 18, in welchem die Diskriminatorein­ richtung (66) die Abnormalität feststellt, wenn die erzeugte Wärme geringer als ein vorbestimmter Wert bezogen auf ein Wärmeerzeugungsdiagramm ist, das für jeden Motorzyklus gewon­ nen wird.
21. System nach Anspruch 18, in welchem die Diskriminatorein­ richtung (66) die Abnormalität feststellt, wenn die Wärmeer­ zeugungsrate bei einer vorbestimmten Kurbelwinkelposition im Expansionshub der ersten Kraftstoffverbrennung niedriger als eine Bezugswärmemenge (θREF) ist, welche groß genug zur Zün­ dung des zweiten eingespritzten Kraftstoffs ist.
22. System nach Anspruch 18, ferner aufweisend eine Alarmer­ zeugungseinrichtung (68, 69, 80), die für den Fahrer im Falle einer Abnormalität ein Alarmzeichen erzeugt.
23. System nach Anspruch 4, ferner aufweisend:
eine Zylinderdruck-Detektoreinrichtung (64) zur Detektion eines durch die erste Kraftstoffverbrennung erzeugten Zylin­ derdrucks;
eine Berechnungseinrichtung (65) zur Berechnung der Wär­ me, die durch die erste Kraftstoffverbrennung erzeugt wird, auf der Grundlage zumindest des Zylinderdrucks;
eine Diskriminatoreinrichtung (66) zur Feststellung, ob die erste Kraftstoffverbrennung normal oder abnormal ist, auf der Grundlage der berechneten Wärmeerzeugungsrate;
eine Korrekturparameterselektionseinrichtung (81), die bei Ausgabe eines Abnormalitätssignals durch die Diskrimina­ toreinrichtung (66) zumindest einen auf die primäre Kraft­ stoffverbrennung bezogenen Parameter selektiert, wenn die Diskriminatoreinrichtung (66) feststellt, daß die primäre Kraftstoffverbrennung abnormal ist; und
eine Korrekturparameterfestlegungseinrichtung (83) zur Festlegung eines Korrekturwerts für den ausgewählten Parame­ ter derart, daß die Wärmeerzeugungsrate durch die primäre Kraftstoffverbrennung im darauffolgenden Zyklus ohne Änderung des Verbrennungsmodus aus Stratifikationsverbrennung auf gleichförmige Verbrennung gesteigert wird.
24. System nach Anspruch 23, in welchem dieser zumindest eine Parameter ein Parameter oder eine Kombination der Parameter Steigerungsrate der ersten Kraftstoffeinspritzmenge, Vorrücken oder Verzögern des Kraftstoffzündzeitpunktwinkels und Än­ derung der ersten Kraftstoffeinspritzzeitpunkteinstellung ist, wobei sämtliche Parameter so festgelegt werden, daß sie innerhalb eines vorbestimmten zulässigen Bereichs liegen.
25. System nach Anspruch 23, in welchem die Zusatzkraftstoff­ verbrennung im selben Takt unterbrochen wird, wenn die Abnor­ malitäts-Diskriminatoreinrichtung (66) feststellt, daß die primäre Kraftstoffverbrennung abnormal ist.
26. Verfahren zum Aktivieren eines Katalysators für einen Mo­ tor mit Kraftstoffdirekteinspritzung und Funkenzündung, auf­ weisend einen Einspritzer und eine in einer Verbrennungskam­ mer jedes Zylinders angeordnete Zündkerze und anwendend die Stratifikationsverbrennung und die gleichförmige Verbrennung, aufweisend die Schritte:
Detektieren verschiedener Motorbetriebszustände;
Ausführen einer primären Verbrennung durch Funkenzündung eines primären direkt in jeden Zylinder eingespritzten Kraft­ stoffs, dessen Menge abhängig von den Motorbetriebszuständen berechnet wird; und
Ausführen einer zusätzlichen Verbrennung durch Einsprit­ zen eines zusätzlichen Kraftstoffs in jeden Zylinder im Ex­ pansionshub der primären Verbrennung derart, daß der zusätz­ liche Kraftstoff durch Flammenausbreitung der primären Ver­ brennung ohne Funkenzündung gezündet wird, wodurch die Abgas­ temperatur zur Katalysatoraktivierung anhebbar ist.
27. Verfahren nach Anspruch 26, in welchem ein Verfahren der Zusatzkraftstoff-Einspritzung und einer Zündzeitpunktverzö­ gerung entsprechend den Motorbetriebszuständen ausgewählt wird.
28. Verfahren nach Anspruch 27, in welchem eines der folgen­ den Verfahren ausgewählt wird, wenn die durch die erste Kraftstoffverbrennung erzeugte Wärmemenge zu niedrig zur Ent­ zündung des zusätzlichen eingespritzten Kraftstoffs ist: Än­ derung der Stratifikationsverbrennung auf gleichförmige Ver­ brennung, Steigern der ersten Kraftstoffeinspritzmenge und Unterbrechen der zusätzlichen Kraftstoffeinspritzung.
29. Verfahren nach Anspruch 26, aufweisend die Schritte:
Detektieren von Motorbetriebsparametern (S51);
Berechnen einer Basiskraftstoffeinspritzmenge (TP) auf der Grundlage der detektierten Motorbetriebsbedingungen (S51);
Prüfen, ob eine n-fache Kraftstoffeinspritzung erforder­ lich ist oder nicht (S52);
falls nicht erforderlich, Festlegen einer ersten Kraft­ stoffeinspritzmenge (T₁) durch Korrigieren der Basiskraft­ stoffeinspritzmenge (TP) auf der Grundlage verschiedener Mo­ torbetriebsbedingungen (S53) und ferner Festlegen einer Zeit­ punkteinstellung für die erste Kraftstoffeinspritzung (TINJ1; S54); und
falls erforderlich, Festlegen einer ersten Kraftstoffein­ spritzmenge (Ti1), einer zweiten Kraftstoffeinspritzmenge (Ti2) einer dritten Kraftstoffeinspritzmenge (Ti3), . . ., (S55) in Folge; und
ferner Festlegen eines ersten Einspritzzeitpunktes (TINJ1), eines zweiten Kraftstoffeinspritzzeitpunktes (TINJ2), eines dritten Kraftstoffeinspritzzeitpunktes (TINJ3) . . . (S56) in Folge.
30. Verfahren nach Anspruch 26 ferner aufweisend den Schritt:
Feststellen, ob die gegenwärtigen Motorbetriebsbedingun­ gen eine zusätzliche Kraftstoffeinspritzung zur Aktivierung des Katalysators erfordern, auf der Grundlage der Motorbe­ triebszustände, um die Zusatzkraftstoffeinspritzung einzulei­ ten.
31. Verfahren nach Anspruch 30, in welchem die Zusatzkraft­ stoffeinspritzung dann festgelegt wird, wenn die Motorbe­ triebsbedingungen innerhalb eines vorbestimmten Bereichs der Stratifikationsverbrennung liegen, wobei der Katalysator mög­ licherweise nicht aktiviert wird.
32. Verfahren nach Anspruch 31, in welchem der vorbestimmte Bereich dann vorliegt, wenn die Motorgeschwindigkeit und die Motorlast beide gering sind.
33. Verfahren nach Anspruch 26, in welchem die Zusatzverbren­ nung zwischen 30 und 60 Grad des Kurbelwinkels nach dem obe­ ren Totpunkt ausgeführt wird.
34. Verfahren nach Anspruch 26, ferner aufweisend die Schrit­ te:
Prüfen, ob die Sollabgastemperatur höher als ein erster vorbestimmter Wert ist (S204); und
Selektieren der Zusatzverbrennung entsprechend der Zu­ satzkraftstoffeinspritzung zur Anhebung der Abgastemperatur, wenn die Sollabgastemperatur höher als der erste vorbestimmte Wert ist (S206) und Selektieren einer Zündzeitverzögerung (S208) ohne die Zusatzverbrennung zur Anhebung der Abgastem­ peratur, wenn die Sollabgastemperatur geringer als der erste vorbestimmte Wert ist.
35. Verfahren nach Anspruch 34, in welchem der erste vorbe­ stimmte Wert 300°C beträgt.
36. Verfahren nach Anspruch 34, ferner aufweisend die Schrit­ te:
Messen der Abgastemperatur (S302);
Prüfen, ob die gemessene Abgastemperatur die Sollabgas­ temperatur erreicht (S303);
Ermitteln, ob die Zusatzverbrennung oder die Zündzeitver­ zögerung zur Anhebung der Abgastemperatur ausgewählt sind, abhängig von der Sollabgastemperatur (S304); und
Steigern der Menge der Zusatzkraftstoffeinspritzung bei ausgewählter Zusatzverbrennung (S305) und Steigern des Zünd­ zeitpunktverzögerungswinkels (θRD; S306), wenn die Zündzeit-Verzögerung ausgewählt ist.
37. Verfahren nach Anspruch 34, ferner aufweisend die Schrit­ te:
Prüfen, ob die Sollabgastemperatur höher als ein zweiter vorbestimmter Wert ist (S405); und
Selektieren der Durchführung einer weiteren Verbrennung durch Einspritzen weiteren Kraftstoffs folgend auf die Zu­ satzverbrennung derart, daß der eingespritzte Kraftstoff durch Flammenausbreitung der Zusatzverbrennung ohne Funken­ zündung gezündet wird, wenn die Sollabgastemperatur höher als der zweite vorbestimmte Wert ist (S412, S413).
38. Verfahren nach Anspruch 34, in welchem der vorbestimmte Wert 400°C beträgt.
39. Verfahren nach Anspruch 26, ferner aufweisend die Schrit­ te:
Detektieren des Drucks jedes Zylinders (S501);
Berechnen einer Wärmeerzeugungsrate abhängig vom detek­ tierten Druck (S502);
Prüfen, ob die berechnete Wärmeerzeugungsrate normal ist oder nicht (S503); und
Ausführen der Zusatzkraftstoffeinspritzung, wenn die be­ rechnete Wärmeerzeugungsrate normal ist (S504), und Unter­ brechen der Zusatzkraftstoffeinspritzung und Korrigieren eines auf die primäre Verbrennung bezogenen Parameters, wenn die berechnete Wärmeerzeugungsrate nicht normal ist (S507, S508, S509).
40. Verfahren nach Anspruch 39, in welchem als der auf die primäre Verbrennung bezogene Parameter einer der Werte Zeit­ punkt für die erste Kraftstoffeinspritzung, erste Kraftstoff­ einspritzmenge und Zündzeitpunkteinstellung festgelegt wird.
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