DE19948073A1

DE19948073A1 - Abgasreinigungsvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine

Info

Publication number: DE19948073A1
Application number: DE19948073A
Authority: DE
Inventors: Hisashi Mitsumoto; Kouji Ishihara
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1998-10-06
Filing date: 1999-10-06
Publication date: 2000-06-15
Anticipated expiration: 2019-10-07
Also published as: US6173570B1; JP3769944B2; JP2000110614A; DE19948073B4

Abstract

Bei einer Vorrichtung zur Reinigung einer Abgasmischung eines Motors fängt ein Katalysator NOx ein und reduziert dieses in Abhängigkeit vom Luft-Treibstoff-Verhältnis der Abgasmischung des Motors. Eine Steuereinrichtung erfasst einen vorbestimmten Zustand, um eine Steuerung der Katalysatorregenerierung zu beginnen und NOx im Katalysator zu verringern. Die Steuereinrichtung steuert den Motor in einer Steuerbetriebsart zur Katalysatorregenerierung, wenn die vorbestimmte Bedingung erfasst wird. In der Betriebsart der Steuerung der Katalysatorregenerierung setzt die Steuereinheit den Treibstoffeinspritzzeitpunkt in den Verdichtungshub und die Treibstoffeinspritzmenge auf einen Wert, der das mittlere Luft-Treibstoff-Verhältnis in einer Verbrennungskammer gleich oder magerer als das stöchiometrische Verhältnis setzt, und einen Bereich von fetter Luft-Treibstoff-Mischung zu erzeugen, der fetter als das stöchiometrische Verhältnis in der Umgebung einer Zündkerze ist.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Abgasreinigungsgerät oder eine Abgasreini gungsvorrichtung und ein Verfahren zur Abgasreinigung für eine Verbrennungskraft maschine, die mit einem Katalysator mit NOx-Falle ausgestattet ist.

Das japanische Patent Nr. 2692530 zeigt ein Steuersystem zur Regenerierung eines Katalysators des NOx-absorbierenden Typs durch vorübergehende Anreicherung ei ner Luft-Treibstoffmischung, wodurch in einer reduzierenden Atmosphäre NOx vom Katalysator freigegeben wird. Die vorläufige japanische Patentveröffentlichung Nr. H7 (1995)-332071 zeigt ein Steuersystem zur Steuerung eines Motors mit Direkteinsprit zung zur Regenerierung eines NOx-absorbierenden Katalysators.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die Anreicherung des Luft-Treibstoffgemisches zur Desorption von NOx aus einem Katalysator kann den Treibstoffverbrauch verschlechtern. Im Falle eines Motors mit Direkteinspritzung neigt die Anreicherung bei der Treibstoffeinspritzung im Verdich tungshub dazu, die Wahrscheinlichkeit einer Fehlzündung zu erhöhen, und daher kann die Anreicherung erreicht werden, indem der Zeitpunkt der Treibstoffeinspritzung zum Ansaughub verlegt wird. In jedem Fall stellt die Anreicherung zur Freigabe von NOx einen Faktor dar, der die Treibstoffausbeute verschlechtert und einen uner wünschten Anstieg des Drehmoments verursacht, was Maßnahmen nach sich zieht, wie beispielsweise die Verzögerung des Zündzeitpunkts, um einen Drehmomentstoß oder Drehmomentschwankungen zu vermeiden.

Es ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und/oder ein Ver fahren zur Regeneration eines Katalysators mit NOx-Falle vorzusehen, ohne den Treibstoffverbrauch zu verschlechtern.

Gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst eine Gasreinigungsvorrichtung für einen Motor zumindest einen Katalysator, der NOx einfängt und reinigt, eine Einspritzein richtung, eine Zündkerze und eine Steuereinrichtung.

Die Steuereinrichtung ist programmiert:
einen Katalysatorregenerierungszustand zur Regeneration des Katalysators durch Reduktion des im Katalysator gespeicherten NOx zu erfassen;
eine erste Treibstoffeinspritzmenge von der Erfüllung des Katalysatorregenerierungs zustands bis zum Ablauf einer ersten Zeitspanne zu berechnen, wobei die erste Treibstoffeinspritzmenge gleich oder kleiner einer stöchiometrischen Treibstoffmenge ist, die benötigt wird, um ein mittleres Luft-Treibstoff-Verhältnis in der Verbrennungs kammer gleich einem stöchiometrischen Luft-Treibstoff-Verhältnis zu setzen;
einen ersten Treibstoffeinspritzzeitpunkt basierend auf der ersten Treibstoffeinspritz menge zu berechnen, wobei der erste Treibstoffeinspritzzeitpunkt ein derartiger Zeit punkt der Treibstoffeinspritzung der ersten Treibstoffeinspritzmenge in einen Ver dichtungshub ist, dass ein Luft-Treibstoff-Gemisch erzeugt wird, bei dem in einem be grenzten Bereich um die Zündkerze ein fettes Luft-Treibstoff-Verhältnis herrscht, und
die Einspritzeinrichtung entsprechend der ersten Treibstoffeinspritzmenge und dem ersten Treibstoffeinspritzzeitpunkt von der Erfüllung des Katalysatorregenerierungszu stands bis zum Ablauf der ersten Zeitspanne zu steuern.

Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung umfasst ein Motor system eine Verbrennungskraftmaschine mit Direkteinspritzung, einen Katalysator, ei nen Sensor für den Betriebszustand des Motors; und eine Steuereinrichtung zur Steu erung einer Treibstoffeinspritzmenge und eines Treibstoffeinspritzzeitpunktes des Motors in einer Betriebsart mit geschichteter Ladungsverbrennung in einem vorbe stimmten Motorbetriebsbereich, zum Überwachen des Betriebszustandes des Motors, um einen vorbestimmten Katalysatorregenerierungszustand zu erfassen, und zur Än derung einer Steuerungsbetriebsart des Motors bei Erfassen des Zustands der Kata lysatorregenerierung von der Betriebsart der geschichteten Ladungsverbrennung zur Betriebsart der Verbrennung mit Katalysatorregenerierung durch Erhöhen der Treib stoffeinspritzmenge von einem ultramageren Niveau, um ein ultramageres Soll-Luft- Treibstoff-Verhältnis für die Betriebsart der geschichteten Ladungsverbrennung zu er halten, auf einen nicht fetten Wert, um ein nicht fettes Soll-Luft-Treibstoff-Verhältnis gleich einem oder magerer als ein stöchiometrisches Luft-Treibstoff-Verhältnis zu er halten, und durch Beibehalten des Treibstoffeinspritzzeitpunktes beim Verdichtungs hub.

Eine erfindungsgemäße Motorsteuerungsvorrichtung kann umfassen:
Ein Mittel zur Berechnung einer ersten Treibstoffeinspritzmenge, die gleich oder klei ner einer stöchiometrischen Treibstoffmenge ist, die benötigt wird, um ein mittleres Luft-Treibstoff-Verhältnis in der Verbrennungskammer gleich einem stöchiometrischen Luft-Treibstoff-Verhältnis zu setzen;
ein Mittel zur Berechnung eines ersten Treibstoffeinspritzzeitpunktes bei einem Ver dichtungshub, um einen begrenzten Bereich zu erzeugen, dessen Luft-Treibstoff- Verhältnis fetter als das stöchiometrische Luft-Treibstoff-Verhältnis um die Zündkerze ist, indem eine Treibstoffeinspritzung der ersten Treibstoffeinspritzmenge stattfindet; und
ein Mittel zur Steuerung des Motors entsprechend der ersten Treibstoffeinspritzmenge und des ersten Treibstoffeinspritzzeitpunktes vom Erfassen eines vorbestimmten Zu standes der Katalysatorregenerierung bis zum Ablauf einer vorbestimmten Zeitspan ne.

Ein erfindungsgemäßes Motorsteuerungsverfahren umfasst:
Berechnen einer ersten Treibstoffeinspritzmenge gleich oder kleiner einer stöchio metrischen Treibstoffmenge, die benötigt wird, um ein mittleres Luft-Treibstoff- Verhältnis in der Verbrennungskammer gleich einem stöchiometrischen Luft- Treibstoff-Verhältnis zu setzen;
Berechnen eines ersten Treibstoff-Einspritz-Zeitpunktes bei einem Verdichtungshub, um durch die Treibstoffeinspritzung der ersten Treibstoffeinspritzmenge ein Luft- Treibstoff-Gemisch mit einem fetten Luft-Treibstoff-Verhältnis zu erzeugen, das in ei nem begrenzten Bereich um die Zündkerze fetter als das stöchiometrische Luft- Treibstoff-Verhältnis ist; und
Steuern des Motors entsprechend der ersten Treibstoffeinspritzmenge und des ersten Treibstoffeinspritzzeitpunktes von einer Erfassung eines vorbestimmten Zustandes der Katalysatorregenerierung bis zum Ablauf einer vorbestimmten Zeitspanne.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 zeigt eine schematische Ansicht, in der ein Motorsystem gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dargestellt ist;

Fig. 2 zeigt ein Flussdiagramm, in dem ein Steuerungsverfahren dargestellt ist, welches durch eine in der Fig. 1 gezeigte Steuereinheit durchgeführt wird;

Fig. 3 zeigt einen Graphen, in dem ein Betriebsbereich des Motors mit einem mageren Luft-Treibstoff-Verhältnis und ein Betriebsbereich des Motors mit einem stöchiometrischen Luft-Treibstoff-Verhältnis dargestellt ist, wie es bei dem Motorsystem der Fig. 1 verwendet wird.

Fig. 4, 5, 6 zeigen Graphen, in denen Steuerdiagramme der Treibstoffeinspritzung beim Verdichtungshub dargestellt sind, wie sie beim Steuersystem der Fig. 1 verwendet werden;

Fig. 7 zeigt einen Graphen, in dem eine Beziehung zwischen der Abgasleis tung und dem Zeitpunkt der Treibstoffeinspritzung beim Verdichtungs hub dargestellt ist;

Fig. 8 zeigt einen Graphen, in dem ein Treibstoffverbrauch und eine Abgas leistung als eine Funktion des Luft-Treibstoff-Verhältnisses bei der Treibstoffeinspritzung während des Verdichtungshubes und der Treib stoffeinspritzung während des Ansaughubes dargestellt sind;

Fig. 9 und 10 zeigen Graphen zur Erläuterung von Umschaltschemata, der Treibstoff einspritzung beim Motorsystem der Fig. 1 und 2.

GENAUE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Die Fig. 1 zeigt ein Motorsystem, das mit einem Abgasreinigungsgerät oder einer Ab gasreinigungsvorrichtung gemäß einem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel ausgestattet ist.

Gemäß diesem Beispiel ist ein Motor 1 eine Antriebsmaschine eines Fahrzeugs. In einen jeden Zylinder des Motors 1 wird Ansaugluft, die durch einen Luftreiniger 2 ge filtert wird, durch ein Drosselventil 3 zur Regelung der Ansaugluftströmung und ein Ansaugventil 4 angesaugt. An jedem Zylinder ist eine Treibstoffeinspritzeinrichtung 5 der elektromagnetischen Bauart vorgesehen, um Treibstoff direkt in die Verbren nungskammer einzuspritzen und dadurch im Zylinder eine Schicht eines Luft- Treibstoff-Gemisches zu bilden.

Die Treibstoffeinspritzung bei einem Ansaughub erzeugt eine Schicht eines homoge nen Luft-Treibstoff-Gemisches, da von der Einspritzung bis zur Zündung genügend Zeit zur Mischung bereitgestellt wird. Im Gegensatz dazu wird durch Einspritzen von Treibstoff in einem fortgeschrittenen Zustand eines Verdichtungshubes in Richtung eines Hohlraums 21, der in einer Kolbenfläche 20 ausgebildet ist, eine geschichtete Ladungsschicht um eine Zündkerze 6 gebildet. In diesem Fall reicht die Zeit nicht aus, dass der Treibstoff diffundiert, so dass sich ein Bereich fetten Gemisches in der Um gebung der Zündkerze bildet, der von einer mageren Schicht umgeben ist.

Das Luft-Treibstoff-Gemisch wird durch die Zündkerze 6 gezündet und verbrennt dann. Die verbrannten Gase werden über ein Ablassventil 7 vom Zylinder ausgesto ßen und mittels eines Katalysators 8 gereinigt. Dann werden die Abgase an die Atmo sphäre abgelassen.

Eine Steuereinheit 10 dieses Ausführungsbeispiels umfasst als einen Hauptbestand teil einen Mikrocomputer. Die Steuereinheit 10 steuert die Treibstoffeinspritzung einer jeden Einspritzeinrichtung 5 und die Zündung einer jeden Zündkerze 6. Mit der Steu ereinheit 10 hat das Motorsystem die Form eines Steuerungssystems.

Verschiedene Sensoren und Eingabeeinrichtungen sammeln Eingangsinformationen über die Betriebszustände des Motors. Die Steuereinheit 10 empfängt die Eingangs information durch den Empfang von Signalen dieser Vorrichtungen. Beim Beispiel der Fig. 1 gibt es einen Luftströmungsmesser oder -sensor 11 zum Messen einer An saugluftmenge, einen Kurbelwinkelsensor 12 zum Erfassen eines Drehwinkels des Motors und einer Motordrehgeschwindigkeit, einen Sauerstoffsensor 15 zum Erfassen eines Luft-Treibstoff-Verhältnisses durch Reagieren auf eine Sauerstoffkonzentration im Abgasgemisch, einen Drosselsensor 16 zum Erfassen eines Öffnungsrades des Drosselventils 3 und einen Temperatursensor 17 zum Erfassen der Kühlwassertem peratur des Motors 1.

Während des Betriebs in einem stöchiometrischen Luft-Treibstoff-Verhältnis dient der Katalysator 8 dazu, HC und CO zu oxydieren und NOx zu verringern. Während des Betriebes bei mageren Luft-Treibstoff-Verhältnis fängt der Katalysator 8 NOx ein und speichert es. Das gespeicherte NOx wird in der reduzierenden Atmosphäre von stö chiometrischen oder fetteren Luft-Treibstoff-Verhältnissen, die HC und CO enthalten, ausreichend verringert.

Die Steuereinheit 10 unterscheidet zwischen einem Betriebsbereich des Motors mit magerem Luft-Treibstoff-Gemisch, wie beispielsweise einem Teillastbereich, zum Be trieb bei einem extrem mageren Luft-Treibstoffverhältnis (beispielsweise L/T = 40) und einem Betriebsbereich des Motors mit einem stöchiometrischen Luft- Treibstoffverhältnis, wie beispielsweise im Hochlastbereich, zum Betrieb in einem stö chiometrischen Luft-Treibstoff-Verhältnis (L/T = 14,5). Im Betriebsbereich des mage ren Luft-Treibstoff-Verhältnisses verlegt die Steuereinheit 10 den Treibstoffeinspritz zeitpunkt in den fortgeschrittenen Zustand des Verdichtungshubes, um eine ge schichtete Ladungsverbrennung zu erreichen. Im Betriebsbereich mit stöchiometri schem Luft-Treibstoff-Verhältnis setzt die Steuereinheit 10 den Zeitpunkt der Treib stoffeinspritzung auf den Ansaughub, um eine homogene Ladungsverbrennung zu er reichen.

Bei jedem Umschalten vom Betriebsbereich mit mageren Luft-Treibstoff-Verhältnis zum Betriebsbereich mit stöchiometrischen Luft-Treibstoff-Verhältnis erzeugt die Steuereinheit 10 dieses Ausführungsbeispiels eine reduzierende Abgasatmosphäre, mit viel HC und CO, über einen bestimmten Zeitraum, um den Katalysator 8 zu rege nerieren, d. h. das gespeicherte NOx zu reduzieren, bevor die Menge an eingefange nem NOx während des mageren Betriebs eine Sättigungsgrenze erreicht.

Um eine Verschlechterung des Treibstoffverbrauchs während dieser Steuerung der Regenerierung des Katalysators zu vermeiden, ist das Steuerungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung derart ausgebildet, dass es Treibstoff in die letzte Hälfte des Verdichtungsstoßes zu einem derartigen Zeitpunkt und in einer derartigen Menge ein spritzt, dass das durchschnittliche Luft-Treibstoff-Verhältnis in der Verbrennungs kammer gleich oder magerer als das stöchiometrische Luft-Treibstoff-Verhältnis wird, und dass unmittelbar um die Zündkerze 6 ein Bereich von fettem Luft-Treibstoff gemisch gebildet wird, das fetter als das stöchiometrische Verhältnis ist. Dadurch er höht das Steuerungssystem unverbrannte Bestandteile, um den HC- und CO-Gehalt im Abgasgemisch zu erhöhen. Das Steuerungsprogramm der Fig. 2 wird in gleichmä ßigen Zeitintervallen von vorbestimrnter Zeitdauer (oder Zykluszeit) t (beispielsweise 10 ms) ausgeführt. Bei diesem Steuerungsprogramm berechnet die Steuereinheit 10 eine Treibstoffeinspritzmenge TiH und einen Treibstoffeinspritzzeitpunkt ITH für eine Treibstoffeinspritzung in einen Ansaughub, und eine Treibstoffeinspritzmenge TiS und einen Treibstoffeinspritzzeitpunkt ITS für eine Treibstoffeinspritzung in einen Verdich tungshub. Die berechneten TiH, TiS, ITH und ITS werden in einem Speicher abge speichert. Bei einem Ausführungsprogramm (nicht gezeigt) der Treibstoffeinspritzung, das synchron zur Motordrehung ausgeführt wird, liest die Steuereinheit 10 diese Treibstoffeinspritzmengen und -zeitpunkte vom Speicher ein und verwendet sie zum Ausführen der Treibstoffeinspritzung.

In einem Schritt S1 bestimmt die Steuereinheit 10 die Ansaugluftmenge Qa durch A/D-Wandlung des Ausgangs des Luftströmungsmessers 11 und bestimmt des weite ren die Motordrehzahl Ne (Upm) in Übereinstimmung mit der Pulsweite eines vom Kurbelwinkelsensor 12 erzeugten Impulssignals.

In einem Schritt S2 berechnet die Steuereinheit 10 eine grundsätzliche Treibstoffein spritzmenge Tp anhand der Lufteinsaugmenge Qa, der Motordrehzahl Ne und einem Koeffizienten K (Tp = K × Qa/Ne). Die grundsätzliche Treibstoffeinspritzmenge Tp ist eine Treibstoffeinspritzmenge, die benötigt wird, um das mittlere Luft-Treibstoff- Verhältnis in der Verbrennungskammer gleich dem stöchiometrischen Luft-Treibstoff- Verhältnis zu setzen. Bei diesem Beispiel wird die Treibstoff-Einspritzmenge in Ab hängigkeit von einer Öffnungszeit der Treibstoffeinspritzeinrichtung 5 berechnet. Wenn die Steuereinheit 10 ein Einspritzsteuerungssignal an die Einspritzeinrichtung 5 ausgibt, das der grundsätzlichen Treibstoffeinspritzmenge Tp [ms] entspricht, dann spritzt die Einspritzeinrichtung 5 den Treibstoff in der Treibstoffmenge in den Zylinder ein, die dem stöchiometrischen Luft-Treibstoff-Verhältnis entspricht. Die grundsätzli che Treibstoffeinspritzmenge Tp wird außerdem als ein Parameter verwendet, der ei ne Motorlast repräsentiert.

In einem Schritt S3 schlägt die Steuereinheit 10 einen Tabellenwert TFBYAmap, der der Motorlast Tp entspricht, und die Motordrehzahl Ne in einer Tabelle zum Festset zen des Soll-Äquivalenzverhältnisses, wie sie in der Fig. 3 gezeigt ist, nach und spei chert den Tabellenwert TFBYAmap als Soll-Äquivalenzverhältnis TFBYA. Das Soll- Äquivalenzverhältnis TFBYA ist ein Verhältnis, das mittels eines Werts von 14,5, der dem stöchiometrischen Luft-Treibstoff-Verhältnis entspricht, und mittels eines Soll werts A/F0 des mittleren Luft-Treibstoff-Gemisches in der Verbrennungskammer, durch die folgende Gleichung bestimmt wird.

TFBYA = 14,5/(A/F0)

Bei diesem Beispiel wird das mittlere Luft-Treibstoff-Verhältnis in der Verbrennungs kammer auf den Wert eines mageren Luft-Treibstoff-Verhältnisses geregelt, wenn sich der Betriebspunkt des Motors innerhalb eines Teillast-Betriebsbereiches des Motors befindet (in Fig. 3 durch eine durchgezogene Linie begrenzt; auch als der Be triebsbereich des mageren Luft-Treibstoff-Verhältnisses bezeichnet). Daher werden Werte, die kleiner als 1 sind, im Teillastbereich der Tabelle zum Setzen des Äquiva lenzverhältnisses gespeichert. Beispielsweise wird ein Tabellenwert von ungefähr 0,36 in einem Unterbereich gespeichert, um das magere Soll-Luft-Treibstoff-Verhältnis gleich 40 zu setzen. Ein Luft-Treibstoff-Gemisch mit einem Luft-Treibstoff-Verhältnis von 40 ist zu mager, um zu zünden und zu brennen. Dieses Motorsystem erreicht eine zufriedenstellende Verbrennung eines derart mageren Gemisches mit einem Luft- Treibstoff-Verhältnis von 40 im Mittel über die Verdichtungskammer durch die ge schichtete Ladungsverbrennung, bei der ein Luft-Treibstoff-Gemisch von in etwa dem stöchiometrischen Verhältnis unmittelbar um die Zündkerze mit einer umgebenden Luftschicht mit wenig Treibstoff erzeugt wird.

Die Tabelle zum Setzen des Soll-Äquivalenzverhältnisses speichert einen Wert von eins in einem Bereich außerhalb des Teillastbereiches. Außerhalb des Teillastberei ches wird daher das mittlere Luft-Treibstoff-Verhältnis auf das stöchiometrische Luft- Treibstoff-Verhältnis geregelt. Der Bereich außerhalb des Teillastbereiches wird als Betriebsbereich mit stöchiometrischen Luft-Treibstoff-Gemisches bezeichnet.

In einem Schritt S4 bestimmt die Steuereinheit 10, ob ein Zustand zur Regenerierung des Katalysators 8 erfüllt ist oder nicht. In diesem Beispiel stellt die Steuereinheit 10 fest, dass der Zustand der Katalysatorregenerierung erfüllt ist, wenn sich der Betriebs punkt des Motors vom Betriebsbereich mit magerem Luft-Treibstoff-Verhältnis zum Betriebsbereich mit stöchiometrischem Luft-Treibstoff-Verhältnis verschiebt. Bei die sem Beispiel wird die Antwort im Schritt S4 JA, wenn der vorherige, aus der Tabelle gewählte, im Schritt S3 des vorherigen Durchlaufs dieses Steuerungsprogramms er haltene Wert TFBYAmap kleiner als eins ist, und der derzeitige, aus der Tabelle aus gewählte, im Schritt S3 des derzeitigen Durchlaufs erhaltene Wert TFBYAmap eins ist.

Wenn die Antwort des Schrittes S4 bejahend ist, dann geht die Steuereinheit 10 zu einem Schritt S5. Im Schritt S5 setzt die Steuereinheit 10 einen Zeitnehmer zum Mes sen einer verstrichenen Zeit von der Erfüllung des Zustands der Katalysatorregenerie rung an auf Null.

In einem auf den Schritt S5 folgenden Schritt S6 bestimmt die Steuereinheit 10, ob ei ne Motorlast Tp beim Übergang vom Bereich des mageren Betriebs des Motors zum Bereich des stöchiometrischen Betriebs des Motors größer als ein vorbestimmter Lastwert Tp0 des Motors ist.

Wenn der Motorbetriebspunkt durch die Motorlast Tp bestimmt wird und die Motor drehzahl Ne sich von einem im Betriebsbereich des mageren Luft-Treibstoff- Verhältnisses angeordneten Punkt A zu einem Punkt B verschiebt, der oberhalb des Wertes von Tp0 im Bereich des Betriebs mit stöchiometrischen Luft-Treibstoff- Verhältnis angeordnet ist, wie in der Fig. 3 gezeigt ist, dann sind zwei unterschiedliche übergangsweise Verbrennungsarten zur Regenerierung des Katalysators 8 zwischen der normalen Verbrennungsart mit magerem Luft-Treibstoff-Verhältnis und der nor malen Verbrennungsart mit stöchiometrischem Verhältnis angeordnet, um das Aus gangsmoment in Form von drei Stufen zu ändern.

Wenn die Motorlast Tp zum Zeitpunkt des Übergangs vom Betriebsbereich des mage ren Verhältnisses zum Betriebsbereich des stöchiometrischen Verhältnisses niedriger oder gleich dem vorbestimmten Wert Tp0 ist (von einem in der Fig. 3 gezeigten Punkt C zu einem Punkt D), dann ist eine übergangsweise Verbrennungsbetriebsart zur Re generierung des Katalysators 8 zwischen der normalen Verbrennungsart mit mage rem Luft-Treibstoff-Verhältnis und der normalen Verbrennungsart mit stöchiometri schem Verhältnis angeordnet, um das Ausgangsmoment in der Form von zwei Schritten zu ändern.

Wenn Tp < Tp0 gilt, dann geht die Steuereinheit 10 vom Schritt S6 zu einem Schritt S7 und setzt eine erste Zeitdauer (oder -spanne) T0 einer ersten übergangsweisen Verbrennungsbetriebsart zur Erzeugung von CO nur durch Treibstoffeinspritzung in einen Verdichtungshub und eine zweite Zeitdauer (oder Spanne) T1 einer zweiten ü bergangsweisen Verbrennungsbetriebsart zur Erzeugung von CO durch Zweifachein spritzung mittels Einspritzung in einen Ansaughub und Einspritzung in einen Verdich tungshub. Unter der Annahme, dass die Konzentration des reduzierenden Mittels CO im Abgasgemisch konstant ist, steigt die Menge des an den Katalysator 8 pro Zeitein heit geführten CO mit der Strömungsgeschwindigkeit des Abgasgemisches. Daher sinken T0 und T1, wenn die Motorlast Tp und die Motordrehzahl Ne steigen. In die sem Fall bestimmt die Steuereinheit 10 einen Tabellenwert T01map, der Werten einer Motorlast Tp und einer Motordrehzahl Ne entspricht, durch Nachschlagen in einer Ta belle von gespeicherten Werten der Zeitdauer T0 für die Betriebsart der Einspritzung während des Verdichtungshubes in Abhängigkeit von Tp und Ne, und einen Tabellen wert T1map, der Werten der Motorlast Tp und der Motordrehzahl Ne entspricht, durch Nachschlagen in einer Tabelle von gespeicherten Werten der Zeitdauer T1 für die Betriebsart der zweifachen Einspritzung in Abhängigkeit von Tp und Ne. Auf diese Weise wird T0 gleich T01map gesetzt und T1 wird gleich T1map im Schritt S7 ge setzt.

Wenn Tp ≦ Tp0 gilt, dann geht die Steuereinheit 10 vom Schritt S6 weiter zu einem Schritt S8. Im Schritt S8 setzt die Steuereinheit 10 die Zeitdauer T0 für die Verbren nungsbetriebsart zur Erzeugung von CO nur durch Einspritzung während des Ver dichtungshubes. Die Zeitdauer T1 für die Verbrennungsbetriebsart mit zweifacher Ein spritzung wird gleich Null gesetzt, da die Verbrennungsbetriebsart mit zweifacher Ein spritzung nicht durchgeführt wird. Bei diesem Beispiel wird T0 in Übereinstimmung mit der Motorlast Tp und der Motordrehzahl durch Nachschlagen in einer Tabelle, wie im Schritt S7 bestimmt. Die Tabelle zur Bestimmung von T0 im Schritt S8 unterscheidet sich von der Tabelle, die zur Bestimmung von T0 im Schritt S7 verwendet wird.

In einem Schritt S9, der nach dem Schritt S7 oder S8 oder im Falle einer negativen Antwort im Schritt S4 nach dem Schritt S4 erreicht wird, bestimmt die Steuereinheit 10, ob die verstrichene Zeit T seit der Erfüllung des der Katalysatorregenerierungszu standes gleich oder kleiner als die Zeitdauer T0 ist.

Wenn T ≦ T0 gilt, dann führt die Steuereinheit 10 den Steuerungsfluss der Schritte S11 bis S13 aus, um die Treibstoffeinspritzmenge und den Treibstoffeinspritzzeitpunkt zur Einspritzung während des Verdichtungshubes festzulegen und NOx freizusetzen.

Zunächst erhöht die Steuereinheit 10 in einem Schritt S10 die Zeit T des Zeitnehmers um die Zykluszeit t dieses Programms. Dies bedeutet, dass T = Tz + t gilt, wobei Tz der Wert des Zeitnehmers unmittelbar vor Ausführung dieses Schrittes ist.

Dann setzt sie in einem Schritt S11, der dem Schritt S10 folgt, eine Einspritzmenge TiH für den Ansaughub gleich Null.

Im Schritt S12 berechnet die Steuereinheit 10 eine Treibstoffeinspritzmenge TiS für den Verdichtungshub (eine erste Treibstoffeinspritzmenge) durch Verwendung eines Soll-Äquivalenzverhältnisses TFBYA0 während der Steuerung der Katalysatorregene rierung. Das heißt, TiS = Tp × TFBYA0. Dieses Soll-Äquivalenzverhältnis TFBYA0 ist gleich oder kleiner als eins. In diesem Beispiel ist TFBYA0 kleiner als eins. Wenn bei spielsweise die Freigabe von NOx bei einem durchschnittlichen Luft-Treibstoff- Verhältnis von 18 durchgeführt wird, dann wird TFBYA0 ungefähr gleich 0,8 gesetzt.

Im Schritt S13 bestimmt die Steuereinheit 10 einen Treibstoffeinspritzzeitpunkt ITS für den Verdichtungshub in Übereinstimmung mit der Treibstoffeinspritzmenge TiS für den Verdichtungshub und der Motordrehzahl Ne. In diesem Beispiel bestimmt die Steuereinheit 10 einen Tabellenwert IT1 durch Nachschlagen in einer Tabelle der Zeitpunkte der Treibstoffeinspritzung in Übereinstimmung mit T1S und Ne, wie in der Fig. 4 dargestellt ist, und setzt den Treibstoffeinspritzzeitpunkt ITS für den Verdich tungshub (einen ersten Treibstoffeinspritzzeitpunkt) auf IT1 (ITS = IT1).

Der beim Verdichtungshub eingespritzte Treibstoff diffundiert im Laufe der Zeit. Da sich der diffundierte Bereich mit der Zeit ausdehnt, wird das Luft-Treibstoff-Verhältnis im diffundierten Bereich größer. Dadurch dass die Treibstoffeinspritzmenge konstant ist, wird das Luft-Treibstoff-Verhälntis des Luft-Treibstoff-Gemisches in der näheren Umgebung der Zündkerze zum Zeitpunkt der Zündung gesenkt, da sich der Treibstoff einspritzzeitpunkt in Richtung des oberen Totpunktes des Verdichtungshubes ver schiebt (oder verzögert). Wenn der Treibstoffeinspritzzeitpunkt konstant gehalten wird, dann wird das Luft-Treibstoff-Verhältnis des Luft-Treibstoff-Gemisches in der Umge bung der Zündkerze zum Zeitpunkt der Zündung gesenkt, da sich die Treibstoffein spritzmenge verringert. Des weiteren wird der Treibstoffeinspritzzeitpunkt in Abhän gigkeit von der Winkellage der Kurbelwelle bestimmt. Selbst wenn daher der Treib stoffeinspritzzeitpunkt unverändert bleibt, wird die Zeit von der Einspritzung zur Zün dung kürzer, da die Motordrehzahl steigt, und das Luft-Treibstoff-Verhältnis des Luft- Treibstoff-Gemisches in der Umgebung der Zündkerze zum Zeitpunkt der Zündung verringert sich. Die Tabelle der Zeitpunkte für die Treibstoffeinspritzung, wie sie in der Fig. 4 gezeigt ist, speichert Werte des Treibstoff-Einspritzzeitpunktes beim Verdich tungshub, um das Luft-Treibstoff-Verhältnis des Luft-Treibstoff-Gemisches in der Um gebung der Zündkerze zum Zeitpunkt der Zündung fetter als das stöchiometrische Verhältnis (beispielsweise bei einem fetteren Verhältnis von ungefähr 12) als Funktion der Treibstoffeinspritzmenge TiS und der Motordrehzahl Ne zu machen.

Der Treibstoffeinspritzzeitpunkt ITS kann als ein Kurbelwinkel bestimmt werden, bei dem die Treibstoffeinspritzung beginnt, oder einen Kurbelwinkel, bei dem die Treib stoffeinspritzung beendet wird. Um den Zeitpunkt vom Ende der Treibstoffeinspritzung bis zur Zündung genau zu steuern, ist es bevorzugt, als Treibstoffeinspritzzeitgeber den Kurbelwinkel zu verwenden, bei dem die Treibstoffeinspritzung enden sollte.

Wenn die Antwort im Schritt S9 negativ ist, geht die Steuereinheit 10 vom Schritt S9 zu einem Schritt S14. Im Schritt S14 bestimmt die Steuereinheit 10, ob die verstriche ne Zeit T von der Erfüllung des Zustandes der Katalysatorreinigung gleich oder kleiner als T0 + T1 ist.

Wenn T < T0 und T ≦ T0 + T1 gilt, dann nimmt die Steuereinheit 10 den Steuerungs fluss der Schritte S16 bis S18, um die Treibstoffeinspritzmengen und die Treibstoff einspritzzeitpunkte für die zweifache Treibstoffeinspritzung zur Freigabe von NOx zu setzen.

Wenn im Fall, dass Tp kleiner oder gleich Tp0 ist, im Schritt S8 T1 = 0 gesetzt wird, dann ist die Antwort im Schritt S14 immer negativ, solange die Antwort des Schrittes S9 negativ ist (T < T0). Als Ergebnis wird die Steuerungsbetriebsart zur normalen Steuerung umgeschaltet, ohne dass die Steuerung zur Regenerierung des Katalysa tors durch die zweifache Einspritzung durchgeführt wird.

Im Falle des Steuerungsflusses der Schritte S16 bis S18 erhöht in einem Schritt S15 die Steuereinheit 10 zunächst die verstrichene Zeit T um die Zykluszeit t (auf dieselbe Weise wie im Schritt S10).

Dann bestimmt in einem Schritt S16, der auf den Schritt S15 folgt, die Steuereinheit 10 eine Treibstoffeinspritzmenge TiH für den Ansaughub (eine vierte Treibstoffein spritzmenge) durch Verwendung eines Äquivalenzverhältnisses TFBYA1. Bei diesem Beispiel gilt TiH = Tp × TFBYA1. Das Äquivalenzverhältnis TFBYA1 wird gleich einem Wert gesetzt, der fetter als ein Wert eines Äquivalenzverhältnisses, welches eine Fortpflanzung der Flamme ermöglicht, und magerer als das Soll-Äquivalenzverhältnis TFBYA0 für die Steuerung der Katalysatorregenerierung ist. Bei diesem Beispiel liegt TFBYA1 in einem Bereich von 0,65 bis 0,75 (entsprechend einem Bereich des Luft- Treibstoff-Verhältnisses von 22 bis 19).

Im Schritt S17 berechnet die Steuereinheit 10 eine Treibstoffeinspritzmenge TiS für den Verdichtungshub (eine fünfte Treibstoffeinspritzmenge) anhand des Soll-Äquiva lenzverhältnisses TFBYA0 zur Steuerung der Katalysatorregenerierung und der im Schritt S16 berechneten Treibstoffeinspritzmenge TiH für den Ansaughub. Bei diesem Beispiel wird die Treibstoffeinspritzmenge TiS für den Verdichtungshub durch Sub traktion von TiH von Tp × TFBYA0 bestimmt. Das heißt, TiS = Tp × TFBYA0 - TiH.

Bei diesem Beispiel ist das Soll-Äquivalenzverhältnis TFBYA0 für die Steuerung der Katalysatorregenerierung auf einen vorbestimmten einzigen konstanten Wert festge legt. TFBYA0 kann jedoch im Falle einer einzelnen Einspritzung in den Verdichtungs hub gleich einem ersten Wert (im Schritt S12) und gleich einem zweiten Wert, der im Falle einer zweifachen Einspritzung unterschiedlich vom ersten Wert ist (im Schritt S17), gesetzt werden.

Im Schritt S18 setzt die Steuereinheit 10 einen Treibstoffeinspritzzeitpunkt ITH für den Ansaughub (einen vierten Treibstoffeinspritzzeitpunkt) und einen Treibstoffeinspritz zeitpunkt ITS für den Verdichtungshub (einen fünften Zeitpunkt der Treibstoffeinsprit zung).

Bei diesem Beispiel wird der Treibstoffeinspritzzeitpunkt ITH für den Ansaughub auf einen Tabellenwert IT4 gesetzt, der durch Nachschlagen in einer Tabelle der Zeit punkte der Treibstoffeinspritzung (nicht gezeigt) in Übereinstimmung mit der Treib stoffeinspritzmenge für den Ansaughub TiH und der Motordrehzahl Ne bestimmt wird. Das heißt, ITH = IT4. Diese Tabelle der Treibstoffeinspritzzeitpunkte speichert eine Ansammlung von derartigen gewünschten Werten des Treibstoffeinspritzzeitpunktes ITH für den Ansaughub, um die Mischung zwischen der Ansaugluft und der einge spritzten Luft ausreichend zu fördern. Der Treibstoffeinspritzzeitpunkt ITH kann ein Zeitpunkt eines Endes der Treibstoffeinspritzung oder ein Zeitpunkt eines Beginns ei ner Treibstoffeinspritzung, als Kurbelwinkel ausgedrückt, sein.

Der Treibstoffeinspritzung ITS für den Verdichtungshub wird auf einen Tabellenwert IT5 gesetzt, der in Übereinstimmung mit der Treibstoffeinspritzmenge TiS für den Verdichtungshub und der Motordrehzahl Ne durch Nachschlagen in einer Tabelle der Treibstoffeinspritzzeitpunkte (wie in Fig. 5 gezeigt ist) bestimmt wird.

Bei der zweifachen Treibstoffeinspritzung wird ein Bereich des fetten Luft-Treibstoff- Gemisches, das fetter als das stöchiometrische Verhältnis ist, unmittelbar um die Zündkerze herum nicht allein durch die Treibstoffeinspritzung während des Verdich tungshubes, sondern durch die Kombination der Einspritzung beim Ansaughub und der Einspritzung beim Verdichtungshub erzeugt. Bei der Einspritzung in den Verdich tungshub wird der Treibstoff in einen Hintergrund gespritzt, der bereits in der Verbren nungskammer durch die Treibstoffeinspritzung bei dem Ansaughub erzeugt wurde.

Beispielsweise wird die Treibstoffeinspritzung während des Ansaughubes so ausge führt, dass ein Hintergrundbereich mit einem Luft-Treibstoff-Verhältnis von 22 in der Verbrennungskammer erzeugt wird und dann die Treibstoffeinspritzung in den Ver dichtungshub durchgeführt wird, um einen Bereich eines Luft-Treibstoff-Gemisches mit einem Luft-Treibstoff-Verhältnis von 26 um die Zündkerze zu erzeugen. In diesem Fall beträgt das Luft-Treibstoff-Verhältnis im fetten Bereich, der durch das während des Einsaughubes eingespritzten Treibstoffes gebildet wurde, und den bei der Ein spritzung in den Verdichtungshub eingespritzten Treibstoffes ungefähr 12.

Der Schritt S19 wird erreicht, wenn T < T0 + T1 gilt und daher die Antwort des Schrit tes S14 negativ ist. Im Schritt S19 untersucht die Steuereinheit 10, ob das Soll- Äquivalenzverhältnis TFBYA, das im Schritt S3 bestimmt wurde, kleiner als eins ist. Dann führt die Steuereinheit 10 das Steuerungsverfahren der Schritte S20 bis S22 aus, um die Treibstoffeinspritzmenge und den Zeitpunkt auf die Werte des normalen Magerbetriebs zu setzen, wenn TFBYA < 10 gilt, und führt das Steuerungsverfahren der Schritte S23 bis S25 aus, um die Treibstoffeinspritzmenge und den Zeitpunkt für den normalen stöchiometrischen Betrieb zu setzen, wenn TFBYA < 1 gilt.

Im Schritt S20 wird die Treibstoffeinspritzmenge TiH während des Ansaughubes gleich Null gesetzt (TiH = 0).

Im Schritt S21 berechnet die Steuereinheit 10 die Treibstoffeinspritzmenge TiS in den Verdichtungshub (eine zweite Treibstoffeinspritzmenge) unter Verwendung des Soll- Äquivalenzverhältnisses TFBYA, das im Schritt S3 bestimmt wurde. Bei diesem Bei spiel gilt TiS = Tp × TFBYA.

Im Schritt S22 setzt die Steuereinheit 10 den Treibstoffeinspritzzeitpunkt ITS in den Verdichtungshub (einen zweiten Treibstoffeinspritzzeitpunkt) auf einen Tabellenwert IT2, der in Übereinstimmung mit der Treibstoffeinspritzmenge TiS in den Verdich tungshub und der Motordrehzahl Ne durch Nachschlagen in einer Tabelle der Zeit punkte der Treibstoffeinspritzung bestimmt wird (wie in der Fig. 6 gezeigt ist).

In der Tabelle der Zeitpunkte der Treibstoffeinspritzung, die in der Fig. 6 gezeigt ist, ist eine Ansammlung von gewünschten Werten des Treibstoffeinspritzzeitpunktes für den Verdichtungshub als eine Funktion der Treibstoffeinspritzmenge TiS und der Motor drehzahl Ne gespeichert, um auf diese Weise ein ungefähr stöchiometrisches Luft- Treibstoff-Gemisch in einem Bereich unmittelbar um die Zündkerze zum Zeitpunkt der Zündung zu erzeugen.

Die Tabellen der Zeitpunkte der Treibstoffeinspritzung in den Verdichtungshub, die in den Fig. 4, 5 und 6 gezeigt sind, unterscheiden sich voneinander. Von den Tabellen werten der Fig. 4, 5 und 6 für dieselbe Treibstoffeinspritzmenge und dieselbe Motor drehzahl stellt der Tabellenwert der Fig. 4 (im Schritt S13 verwendet) einen am stärksten verzögerten Wert am nächsten zum oberen Totpunkt des Verdichtungshu bes dar, der Tabellenwert der Fig. 5 (im Schritt S18 verwendet) stellt einen am stärks ten voreilenden Wert am weitesten vom oberen Totpunkt des Verdichtungshubes entfernt dar, und der Tabellenwert der Fig. 6 (im Schritt S22 verwendet) ist ein zwi schen dem am stärksten verzögerten und dem am stärksten voreilenden Wert liegen der Wert.

Im Schritt S23 berechnet die Steuereinrichtung 10 die Treibstoffeinspritzmenge TiH beim Ansaughub (eine dritte Treibstoffeinspritzmenge) unter Verwendung des Soll- Äquivalenzverhältnisses TFBYA, das im Schritt S3 bestimmt wurde. In diesem Bei spiel gilt TiH = Tp × TFBYA.

Im Schritt S24 setzt die Steuereinheit 10 die Treibstoffeinspritzmenge TiS beim Ver dichtungshub gleich Null.

Im Schritt S25 setzt die Steuereinheit 10 den Treibstoffeinspritzzeitpunkt für den An saughub ITH (einen dritten Treibstoffeinspritzeitpunkt) auf einen Tabellenwert IT3 (ITH = IT3), der in Übereinstimmung mit der Treibstoffeinspritzmenge TiH beim Ansaughub und der Motordrehzahl Ne durch Nachschlagen in einer Tabelle der Treibstoffein spritzzeitpunkte beim Ansaughub (nicht gezeigt) bestimmt wurde. Diese Tabelle kann dieselbe Tabelle sein, wie sie im Schritt S18 zur Bestimmung von IT4 benutzt wurde.

Die Fig. 7 bis 10 erläutern die Steuerung zur Regenerierung des Katalysators bei die sem Ausführungsbeispiel.

Wie in der Fig. 7 gezeigt ist, ändern sich die Abgasmengen an HC und CO im Fall ei ner geschichteten Ladungsverbrennung durch die Treibstoffeinspritzung in den Ver dichtungshub in Abhängigkeit vom Treibstoffeinspritzzeitpunkt. Selbst wenn das durchschnittliche Luft-Treibstoff-Verhältnis stöchiometrisch ist, wird das Luft- Treibstoff-Verhältnis in der Umgebung der Zündkerze 6 fetter, da der Zeitpunkt der Treibstoffeinspritzung verzögert ist, und daher steigen die Mengen an HC und CO im Abgas.

Die Fig. 8 zeigt den Treibstoffverbrauch und die Abgaseigenschaften, die sich in Ab hängigkeit vom Luft-Treibstoff-Gemisch im Betrieb mit der Treibstoffeinspritzung in den Verdichtungshub und im Betrieb mit der Treibstoffeinspritzung in den Ansaughub ändern. Ein Vergleich bei einem stöchiometrischen Luft-Treibstoff-Verhältnis zeigt, dass die Treibstoffeinspritzung in den Verdichtungshub im Vergleich zur Treibstoffein spritzung in den Ansaughub weniger Treibstoff verbrennt, aber die Mengen an HC und CO im Abgas bei der Treibstoffeinspritzung in den Verdichtungshub relativ groß sind. Dieselbe Tendenz herrscht bei einem Luft-Treibstoff-Verhältnis L/T von ungefähr 18, was etwas magerer als das stöchiometrische Verhältnis ist. Im Bereich, in dem das Luft-Treibstoff-Verhältnis größer als 20 ist, sind die Eigenschaften des Treibstoff verbrauchs, des HC und des CO umgekehrt.

Um daher dieselben Mengen von HC und CO im Abgas durch eine Einspritzung in den Ansaughub anstelle einer Einspritzung in den Verdichtungshub zu erreichen, ist es notwendig, das Luft-Treibstoff-Verhältnis fetter zu machen. Für die gleichen Men gen an HC und CO ist der Treibstoffverbrauch im Falle der Treibstoffeinspritzung in den Ansaughub schlechter.

Das erfindungsgemäße Steuersystem nutzt ein derartiges Phänomen aus und stellt die benötigten Mengen an HC und CO durch die Einspritzung in den Verdichtungshub sicher, ohne das Luft-Treibstoff-Verhältnis zur angereicherten Seite hin zu verschie ben.

Auf diese Weise kann das Steuersystem durch Setzen des Luft-Treibstoff- Verhältnisses während der Steuerung der Katalysator-Regenerierung auf ein Verhält nis gleich oder etwas kleiner einem stöchiometrischen Verhältnis eine NOx-Desorption und einen reduzierenden Betrieb ohne Verschlechterung der Treibstoffausbeute errei chen. Bei diesem Beispiel ist das Luft-Treibstoff-Verhältnis für die Katalysatorregene rierungssteuerung auf einen Bereich von ungefähr dem stöchiometrischen Verhältnis bis zu ungefähr L/T = 18 festgelegt, in dem die Menge an CO im Abgas im wesentli chen gleich der Menge ist, die durch eine Treibstoffeinspritzung in den Ansaughub in einem stöchiometrischen Verhältnis erreicht wird. Der Betrieb in einem magereren Betriebszustand als dem stöchiometrischen begrenzt einen unerwünschten Drehmo mentanstieg und verhindert, dass eine Verzögerungssteuerung des Zündzeitpunktes benötigt wird, um eine Änderung des Drehmoments zu verhindern.

Das gewünschte Luft-Treibstoff-Verhältnis für die Steuerung der NOx-Desorption än dert sich in Abhängigkeit von der Ausbildung der Kolbenkrone oder den Eigenschaften der Treibstoffeinspritzeinrichtung.

Fig. 9 zeigt ein Umschalten der Verbrennung, wenn die Motorlast nicht allzu groß ist. Wenn ein Umschalten vom Betrieb mit einem mageren Luft-Treibstoff-Verhältnis zu einem Betrieb mit einem stöchiometrischen Luft-Treibstoff-Verhältnis in Abhängigkeit mit dem Betriebszustand des Motors verlangt wird (wie beispielsweise der Motorlast und der Motordrehzahl), dann ändert sich das durchschnittliche Luft-Treibstoff- Verhältnis (oder das Gesamt-Soll-Luft-Treibstoff-Verhältnis) von einem Extremwert der normalen Betriebsart der geschichteten Ladeverbrennung zu einem nicht fetten Wert des Luft-Treibstoff-Verhältnisses, der etwas magerer oder gleich dem stöchio metrischen Verhältnis ist, und die Treibstoffeinspritzung in den Verdichtungshub wird bei diesem Luft-Treibstoff-Verhältnis durchgeführt, um ausreichende Mengen an HC und CO sicherzustellen und das im Katalysator 8 absorbierte NOx freizugeben.

Die Fig. 10 zeigt ein Umschalten der Verbrennung, wenn die Motorlast relativ hoch ist. Als Antwort auf einen Umschaltbefehl von einem mageren Luft-Treibstoff-Verhältnis auf ein stöchiometrisches Luft-Treibstoff-Verhältnis, der in Übereinstimmung mit einer Änderung des Betriebszustands des Motors erzeugt wird, betreibt das Steuerungs system den Motor zunächst in der vorübergehenden Betriebsart der Treibstoffeinsprit zung in den Verdichtungshub bei einem Luft-Treibstoff-Verhältniswert, der fetter als der Wert bei der normalen Betriebsart der geschichteten Ladeverbrennung ist und der gleich oder etwas magerer einem stöchiometrischen Verhältnis ist. Danach betreibt das Steuerungssystem den Motor in der vorübergehenden Betriebsart der zweifachen Einspritzung mit einer Treibstoffeinspritzung in den Ansaughub und einer Treibstoff einspritzung in den Verdichtungshub bei jedem Zyklus. Bei der vorübergehenden Be triebsart der Einspritzung in den Verdichtungshub (während der Zeitspanne T0) und der vorübergehenden Betriebsart der zweifachen Einspritzung (während der Zeitspan ne T1) fördert das Steuerungssystem die Desorption und Reduktion von NOx.

Wenn die Betriebsart der zweifachen Einspritzung auf die übergangsweise Betriebsart der Einspritzung in den Verdichtungshub folgt, kann das Steuerungssystem das durch den Motor erzeugte Drehmoment schrittweise während des Umschaltprozesses der Verbrennung zur normalen Betriebsart der Einspritzung in den Ansaughub steuern und dadurch einen Drehmomentstoß beim Übergang zum Betrieb im stöchiometri schen Luft-Treibstoff-Verhältnis verhindern. Nach Vollendung der NOx-Desorption des Katalysators 8 und der Reduktion von NOx wird der Motor in der Betriebsart der Verbrennung mit stöchiometrischem Verhältnis und der Treibstoffeinspritzung in den Ansaughub betrieben. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird die Steuerung der NOx- Desorption und -Reduzierung bei jedem Umschalten vom Betrieb mit einem mageren Luft-Treibstoff-Verhältnis zu einem Betrieb mit einem stöchiometrischen Verhältnis durchgeführt. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt. Es ist op tional, die Menge der NOx-Absorption von der Betriebszeit des Betriebs im mageren Luft-Treibstoff-Verhältnis und der Motorlast sowie der Motordrehzahl während des Betriebs mit einem mageren Luft-Treibstoff-Verhältnis zu schätzen und die Steuerung der NOx-Desorption zu beginnen, wenn die Menge der NOx-Absorption im Katalysator 8 gleich oder größer einem vorbestimmten Wert nahe einem Sättigungswert aufgrund der weiter andauernden Magerbetriebsart wird.

Wenn sich in diesem Fall der Betriebspunkt des Motors bei der Vollendung der Steue rung der Katalysatorregenerierung im Betriebsbereich des mageren Luft-Treibstoff- Verhältnisses befindet, wird die normale geschichtete Ladungsverbrennung bei bei spielsweise L/T = 40 wieder aufgenommen.

Optional kann weiter die Steuerung der Katalysatorregenerierung bei jedem Übergang vom mageren Luft-Treibstoff-Verhältnis zum stöchiometrischen Verhältnis durchge führt werden und des weiteren die Steuerung der Katalysatorregenerierung unmittel bar durchgeführt werden, wenn die Menge der NOx-Absorption gleich oder größer ei ner vorbestimmten Menge wird.

Der Gesamtinhalt der japanischen Patentanmeldung Nr. 10-283932 mit Anmeldetag 6. Oktober 1998 ist hiermit durch Inbezugnahme mit aufgenommen.

Obwohl die Erfindung oben unter Bezugnahme auf bestimmte Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben wurde, ist die Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Abwandlungen und Änderungen der oben be schriebenen Ausführungsbeispiele sind einem Fachmann im Lichte der obigen Lehre klar. Der Schutzbereich der Erfindung ist unter Bezugnahme auf die folgenden An sprüche bestimmt.

Claims

1. Abgasreinigungsvorrichtung für einen Motor, umfassend:
einen Katalysator, der in einer Abgasleitung des Motors angeordnet ist, wobei der Katalysator NOx einfängt und speichert, wenn eine in den Katalysator strömende Abgasmischung einen geringen Gehalt an Reduktionsmittel aufweist, und der Kataly sator das im Katalysator gespeicherte NOx reduziert, wenn die Abgasmischung einen hohen Gehalt an Reduktionsmittel enthält;
eine Einspritzeinrichtung, die Treibstoff direkt in eine Verbrennungskammer des Motors einspritzt;
eine Zündkerze, die den Treibstoff in der Verbrennungskammer zündet; und
eine Steuereinrichtung, die programmiert ist:
einen Katalysatorregenerierungszustand zur Regenerierung des Katalysators durch eine Reduzierung des im Katalysator gespeicherten NOx zu erfassen;
eine erste Treibstoffeinspritzmenge von der Erfüllung des Katalysatorregene rierungszustands bis zum Ablauf einer ersten Zeitspanne zu berechnen, wobei die erste Treibstoffeinspritzmenge gleich oder kleiner einer stöchiometrischen Treibstoff menge ist, die benötigt wird, ein mittleres Luft-Treibstoff-Verhältnis in der Verbren nungskammer gleich einem stöchiometrischen Luft-Treibstoff-Verhältnis zu setzen;
einen ersten Treibstoffeinspritzzeitpunkt basierend auf der ersten Treibstoff einspritzmenge zu berechnen, wobei der erste Treibstoffeinspritzzeitpunkt ein derarti ger Treibstoffeinspritzzeitpunkt während eines Verdichtungshubes ist, dass ein Luft- Treibstoff-Gemisch erzeugt wird, das ein fettes Luft-Treibstoff-Verhältnis nur in einem begrenzten Bereich um die Zündkerze aufweist; und
die Einspritzeinrichtung entsprechend der ersten Treibstoffeinspritzmenge und dem ersten Treibstoffeinspritzzeitpunkt von der Erfüllung des Katalysatorregenerie rungszustandes bis zum Ablauf der ersten Zeitspanne zu steuern.

2. Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Steuereinheit des weiteren programmiert ist, einen Betriebszustand des Motors zu überwachen, um ei nen Übergang des Betriebszustandes des Motors von einem Betriebsbereich mit ma gerem Luft-Treibstoff-Gemisch zu einem Betriebsbereich mit einem stöchiometrischen Luft-Treibstoff-Gemisch zu erfassen, und den Katalysatorregenerierungszustand zu erfassen, wenn der Übergang vom Betriebsbereich mit einem mageren Luft- Treibstoff-Verhältnis zum Betriebsbereich mit einem stöchiometrischen Luft-Treibstoff- Verhältnis erfasst wird.

3. Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Steuereinheit des weiteren programmiert ist:
eine zweite Treibstoffeinspritzmenge zu berechnen, wenn der Betriebsbereich des Motors der Betriebsbereich mit einem mageren Luft-Treibstoff-Verhältnis ist, wo bei die zweite Treibstoff-Einspritzmenge eine Treibstoffeinspritzmenge zum Setzen des mittleren Luft-Treibstoff-Verhältnisses in der Verbrennungskammer gleich einem mageren Luft-Treibstoff-Verhältnis ist;
eine dritte Treibstoffeinspritzmenge zu berechnen, wenn der Betriebszustand des Motors sich im Betriebsbereich des stöchiometrischen Verhältnisses befindet und die erste Zeitspanne nicht fortschreitet, wobei die dritte Treibstoffeinspritzmenge eine Treibstoffeinspritzmenge zum Setzen des durchschnittlichen Luft-Treibstoff- Verhältnisses in der Verbrennungskammer ungefähr gleich dem stöchiometrischen Luft-Treibstoff-Verhältnis ist;
einen zweiten Treibstoff-Einspritzzeitpunkt basierend auf der zweiten Treib stoffeinspritzmenge zu berechnen, wobei der zweite Treibstoffeinspritzzeitpunkt ein derartiger Zeitpunkt der Treibstoffeinspritzung in den Verdichtungshub ist, dass eine Luft-Treibstoff-Mischung erzeugt wird, die in einem begrenzten Bereich um die Zünd kerze ein ungefähr stöchiometrisches Luft-Treibstoff-Verhältnis aufweist,
einen dritten Treibstoff-Einspritzzeitpunkt basierend auf der dritten Treibstoff einspritzmenge zu berechnen, wobei der dritte Treibstoffeinspritzzeitpunkt im Ansaug hub des Motors liegt;
die Einspritzeinrichtung in Abhängigkeit von der zweiten Treibstoffeinspritz menge und vom zweiten Treibstoffeinspritzzeitpunkt zu steuern, wenn der Betriebszu stand des Motors sich im Betriebsbereich des mageren Luft-Treibstoff-Verhältnisses befindet; und
die Einspritzeinrichtung in Abhängigkeit von der dritten Treibstoffeinspritzmen ge und vom dritten Treibstoffeinspritzzeitpunkt zu steuern, wenn sich der Betriebszu stand des Motors im Betriebsbereich des stöchiometrischen Luft-Treibstoff- Verhältnisses befindet und die erste Zeitspanne nicht fortschreitet.

4. Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Steuereinrichtung des weiteren programmiert ist:
vierte und fünfte Treibstoffeinspritzmengen vom Ablauf der ersten Zeitspanne bis zum Ablauf einer zweiten Zeitspanne zu berechnen, wobei eine Summe der vier ten und fünften Treibstoffeinspritzmengen gleich oder kleiner einer stöchiometrischen Treibstoffmenge ist, die zum Setzen des mittleren Luft-Treibstoff-Verhältnisses in der Verbrennungskammer gleich dem stöchiometrischen Luft-Treibstoff-Verhältnis benö tigt wird;
einen vierten Treibstoffeinspritzzeitpunkt basierend auf der vierten Treibstoff einspritzmenge zu berechnen, wobei der vierte Treibstoffeinspritzzeitpunkt während eines Ansaughubes stattfindet;
einen fünften Treibstoffeinspritzzeitpunkt, basierend auf der fünften Treibstoffein spritzmenge zu berechnen, wobei der fünfte Treibstoffeinspritzzeitpunkt während ei nes Verdichtungshubes stattfindet; und
die Einspritzeinrichtung in Abhängigkeit von der vierten Treibstoffeinspritzmen ge und vom vierten Treibstoffeinspritzzeitpunkt und der fünften Treibstoffeinspritz menge und dem fünften Treibstoffeinspritzzeitpunkt vom Ablauf der ersten Zeitspanne nach Erfüllung des Freigabezustands zum Ende der zweiten Zeitspanne zu steuern.

5. Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die erste Treibstoffein spritzmenge größer oder gleich einer vorbestimmten unteren Grenze der Treibstoff einspritzmenge ist, die das mittlere Luft-Treibstoff-Verhältnis in der Verbrennungs kammer auf ein mageres Luft-Treibstoff-Verhältnis setzt, bei dem die Menge an CO im Abgas, die bei der Einspritzung in den Verdichtungshub erzeugt wird, in etwa gleich derjenigen Menge an CO im Abgas ist, die durch eine Einspritzung in den Ansaughub bei einem stöchiometrischen Luft-Treibstoff-Verhältnis erzeugt wird.

6. Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Abgasreinigungsvor richtung des weiteren erste und zweite Sensoren für den Betriebszustand des Motors umfasst, um Informationen über die Motordrehzahl und die Motorlast des Motors zu sammeln, wobei die Steuereinrichtung programmiert ist, den Katalysatorregenerie rungszustand zu erfassen, indem die Motordrehzahl und die Motorlast überwacht wer den.

7. Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Abgasreinigungsvor richtung des weiteren erste und zweite Sensoren für den Betriebszustand des Motors umfaßt, um Informationen über die Motordrehzahl und die Motorlast des Motors zu sammeln, und wobei die Steuereinrichtung programmiert ist, eine Zeitspanne einer Steuerung der Katalysatorregenerierung in Übereinstimmung mit der Motordrehzahl und der Motorlast zu setzen.

8. Motorsystem, umfassend:
eine Verbrennungskraftmaschine mit Direkteinspritzung;
einen Katalysator, der in einer Abgasleitung des Motors zum Einfangen und Reduzieren von NOx in Abhängigkeit von einem Reduktionsmittelgehalt in einer in den Katalysator einströmenden Abgasmischung angeordnet ist;
ein Sensor zum Erfassen eines Betriebszustandes des Motors; und
eine Steuereinrichtung zur Steuerung einer Treibstoffeinspritzmenge und eines Treibstoffeinspritzzeitpunktes des Motors in einer Betriebsart der geschichteten La dungsverbrennung in einem vorbestimmten Betriebsbereich des Motors, zum Über wachen des Betriebszustandes des Motors, um einen vorbestimmten Katalysatorre generierungszustand zu erfassen, zum Starten einer Verbrennungsbetriebsart der Katalysatorregenerierung, um den Katalysator zu regenerieren, und zur Änderung ei ner Steuerungsbetriebsart des Motors beim Erfassen des Katalysatorregenerierungs zustandes von der Betriebsart der geschichteten Ladungsverbrennung zur Betriebsart der Verbrennung mit Katalysatorregenerierung durch Erhöhen der Treibstoffeinspritz menge von einem extrem mageren Wert, um ein extrem mageres Soll-Luft-Treibstoff- Verhältnis für die Betriebsart der geschichteten Ladungsverbrennung zu erreichen, zu einem nicht fetten Wert, um ein nicht fettes Soll-Treibstoff-Verhältnis gleich oder ma gerer einem stöchiometrischen Luft-Treibstoff-Verhältnis zu erreichen, und durch Festhalten des Treibstoffeinspritzzeitpunktes während eines Verdichtungshubes.

9. Motorsystem nach Anspruch 8, wobei die Steuereinrichtung ausgebildet ist, den Treibstoffeinspritzzeitpunkt und die Treibstoffeinspritzmenge bei der Betriebsart der Verbrennung mit Katalysatorregenerierung derart festzusetzen, dass ein Bereich mit einem fetteren Luft-Treibstoff-Gemisch erzeugt wird, das fetter zum Zündzeitpunkt als das stöchiometrische Luft-Treibstoff-Verhältnis in der Umgebung einer Zündkerze des Motors ist.

10. Motorsystem nach Anspruch 8, wobei die Steuereinrichtung ausgebildet ist, die Treibstoffeinspritzmenge in der Betriebsart der Verbrennung mit Katalysatorregenerie rung auf den nicht fetten Wert zu setzen, um das nicht fette Soll-Luft-Treibstoff- Verhältnis zu erreichen, welches gleich oder fetter als ungefähr 18 ist.

11. Motorsystem nach Anspruch 8, wobei die Verbrennungsbetriebsart der Kataly satorregenerierung eine Betriebsart zur Katalysatorreinigung mit einer Einspritzung in den Verdichtungshub zum Einspritzen von Treibstoff bei einem Treibstoffeinspritzzeit punkt während des Verdichtungshubes in einer Treibstoffeinspritzmenge für den Ver dichtungshub ist, um ein nicht fettes Soll-Luft-Treibstoff-Verhältnis gleich oder mage rer als das stöchiometrische Verhältnis zu setzen und einen Bereich mit einem fetten Luft-Treibstoff-Gemisch in der Nähe der Zündkerze zu erzeugen, der fetter als das stöchiometrische Verhältnis ist, sowie eine Betriebsart für die Katalysatorregenerie rung mit zweifacher Einspritzung zur Erzeugung eines Bereiches mit fettem Luft- Treibstoff-Gemisch in der Umgebung der Zündkerze durch eine vorbereitende Treib stoffeinspritzung in den Verdichtungshub bei einem homogenen Hintergrund, der mit tels einer vorläufigen Treibstoffeinspritzung in den Ansaughub gebildet wurde, und wobei die Steuereinrichtung ausgebildet ist, auf die Erfassung des Katalysatorregene rierungszustandes durch Steuerung des Motors zunächst in der Betriebsart zur Kata lysatorregenerierung durch Einspritzen in den Verdichtungshub und dann in der Be triebsart zur Katalysatorregenerierung mit zweifacher Einspritzung zu antworten.

12. Motorsystem nach Anspruch 8, wobei die Steuereinrichtung ausgebildet ist, die Treibstoffeinspritzmenge in Abhängigkeit von einer ersten Menge, die eine grundsätz liche Treibstoffeinspritzmenge darstellt und abhängig vom Betriebszustand des Motors bestimmt wird, und in Abhängigkeit von einer zweiten Menge zu bestimmen, die durch ein Gesamt-Soll-Luft-Treibstoff-Verhältnis bestimmt wird, und das Gesamt-Soll-Luft- Treibstoff-Verhältnis in der Betriebsart der geschichteten Ladeverbrennung gleich dem extrem mageren Luft-Treibstoff-Verhältnis und in der Verbrennungsbetriebsart mit Katalysatorregenerierung gleich dem nicht fetten Soll-Luft-Treibstoff-Verhältnis zu set zen.

13. Motorsteuerungsvorrichtung zur Regenerierung eines in einer Abgasleitung ei nes Motors angeordneten Katalysators, wobei die Steuerungsvorrichtung des Motors umfaßt:
ein Mittel zur Berechnung einer ersten Treibstoffeinspritzmenge für eine Steue rung der Katalysatorregenerierung, wobei die erste Treibstoffeinspritzmenge gleich oder kleiner einer stöchiometrischen Treibstoffeinspritzmenge ist, die benötigt wird, um ein durchschnittliches Luft-Treibstoff-Verhältnis in der Verbrennungskammer gleich einem stöchiometrischen Luft-Treibstoff-Verhältnis zu setzen;
ein Mittel zur Berechnung eines ersten Treibstoffeinspritzzeitpunktes basierend auf der ersten Treibstoffeinspritzmenge zur Steuerung der Katalysatorregenerierung, wobei der erste Treibstoffeinspritzzeitpunkt ein derartiger Zeitpunkt während des Ver dichtungshubes ist, dass ein Luft-Treibstoff-Gemisch mit einem fetten Luft-Treibstoff- Verhältnis in einem begrenzten Bereich um die Zündkerze durch Treibstoffeinsprit zung der ersten Treibstoffeinspritzmenge erzeugt wird; und
ein Mittel zur Steuerung des Motors in Abhängigkeit von der ersten Treibstoff einspritzmenge und dem Treibstoffeinspritzzeitpunkt von der Erfassung einer vorbe stimmten Regenerierungsbedingung des Katalysators bis zum Ablauf einer vorbe stimmten Zeitspanne.

14. Motorsteuerungsverfahren zur Regenerierung eines in einer Abgasleitung eines Motors angeordneten Katalysators, wobei das Motorsteuerungsverfahren umfasst:
Erfassen eines vorbestimmten Katalysatorregenerierungszustandes zum Star ten einer Katalysatorregenerierungsteuerung, um den Katalysator durch Reduktion von NOx, das im Katalysator gespeichert ist, zu regenerieren:
Berechnen einer ersten Treibstoffeinspritzmenge für die Katalysatorregenerie rungssteuerung, wobei die erste Treibstoffeinspritzmenge gleich oder kleiner als eine stöchiometrische Treibstoffeinspritzmenge ist, die benötigt wird, um ein mittleres Luft- Treibstoff-Verhältnis in der Verbrennungskammer gleich einem stöchiometrischen Luft-Treibstoff-Verhältnis zu setzen;
Berechnen eines ersten Treibstoffeinspritzzeitpunktes, basierend auf der ers ten Treibstoffeinspritzmenge für die Katalysatorregenerierungssteuerung, wobei der erste Treibstoffeinspritzzeitpunkt ein derartiger Treibstoffeinspritzzeitpunkt während des Verdichtungshubes ist, dass ein Luft-Treibstoff-Verhältnis mit einem fetten Luft- Treibstoff-Verhältnis in einem begrenzten Bereich um die Zündkerze erzeugt wird; und
Steuerung des Motors in Abhängigkeit von der ersten Treibstoffeinspritzmenge und vom ersten Treibstoffeinspritzzeitpunkt von der Erfassung des vorbestimmten NOx-Zustandes bis zum Ablauf einer vorbestimmten Zeitspanne.