DE60018665T2

DE60018665T2 - Ein Steuersystem für einen direkt eingespritzten, fremdgezündeten Motor

Info

Publication number: DE60018665T2
Application number: DE60018665T
Authority: DE
Inventors: Hirofumi Aki-gun Nishimura
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1999-09-30
Filing date: 2000-08-01
Publication date: 2005-08-25
Anticipated expiration: 2020-08-02
Also published as: JP2001098972A; EP1088979B1; DE60018665D1; EP1088979A2; JP3552609B2; EP1088979A3; US6347612B1

Description

Diese Erfindung betrifft ein Steuerungssystem für einen in einem Kraftfahrzeug oder dergleichen eingebauten fremdgezündeten Direkteinspritzmotor.
Ein Steuerungssystem wird zum Beispiel in der japanischen geprüften Patenschrift Nr. 5-83730 offenbart. Dieses System dient für einen Motor mit geschichteter Füllung, welcher mit Kraftstoffzufuhreinrichtungen für die Zufuhr von Kraftstoff in Brennräume zur Steuerung einer einer Last entsprechenden Leistung, in den Brennräumen vorgesehenen Zündvorrichtungen, einem Drosselmittel für das Steuern einer offenen Fläche eines Ansaugkanals ohne dessen mechanisches Verbinden mit einem Beschleunigungsvorgang, einem in einem Auslasskanal vorgesehenen Katalysator, einem Abgastemperaturfeststellmittel für das Feststellen einer Temperatur einer Abgasanlage versehen ist, wobei eine geschichtete Verbrennung durch Zufuhr von Kraftstoff mittels der Kraftstoffzufuhreinrichtungen in solcher Weise ausgeführt wird, dass der Kraftstoff für die Zündung um die Zündvorrichtungen vorhanden ist, und eine magere Verbrennung durch Vergrößern der offenen Fläche des Ansaugkanals im Verhältnis zur Kraftstoffmenge mittels des Drosselmittels zumindest bei niedrigen Motorlasten ausgeführt wird, wohingegen für Zündung bei hohen Motorlasten eine gleichmäßige Verbrennung durch Zufuhr des Kraftstoffs in die Brennräume in fein verteilter Weise ausgeführt wird. Dieses Steuerungssystem ist so aufgebaut, dass die Temperatur des Katalysators in einer früheren Phase angehoben wird, während ein Unterkühlen des Katalysators durch Verringern der offenen Fläche des Ansaugkanals mittels des Drosselmittels unterdrückt wird, um eine Ansaugluftmenge zu senken, wenn ein Ausgangssignal des Abgastemperaturfeststellmittels anzeigt, dass die Temperatur der Abgasanlage auf oder unter einen vorgegebenen Wert gefallen ist.
Die obige Konstruktion, bei welcher die Ansaugluftmenge durch Verschmälern des Ansaugkanals mittels des Drosselmittels reduziert wird, wenn die Abgastemperatur niedrig ist, hat einen Vorteil, dass eine Unterkühlung des Katalysators für das Reinigen des Abgases unterbunden werden kann, indem ein Abfall der Abgastemperatur durch Einlassen einer größeren Ansaugluftmenge in die Brennräume verhindert wird. Diese Konstruktion weist jedoch das Problem auf, dass eine Verschlechterung der Brennbarkeit unvermeidbar ist, wenn eine Steuerung zur Verringerung der Ansaugluftmenge in einem Bereich der geschichteten Verbrennung ausgeführt wird, da ein Kraftstoff-/Luftgemisch um die Elektroden einer Zündkerze zu einem übermäßigen Anreichern neigt.
In dem Bereich der geschichteten Verbrennung des Motors wurde im Einzelnen ein Pumpverlust herkömmlicherweise durch Vergrößern einer Öffnung einer Drosselklappe um einen größeren Wert als erforderlich reduziert, um eine gemäß einer Betriebsbedingung erforderliche Motorleistung zu liefern. Insbesondere in einem Leerlaufbetriebszustand, in dem eine kleine Ansaugluftmenge für das Liefern der Motorleistung benötigt wird, besteht, da die Öffnung der Drosselklappe über einen einer erforderlichen Ansaugluftmenge entsprechenden Wert hinaus übermäßig vergrößert werden kann, insbesondere der Vorteil, dass ein Pumpverlust erheblich verringert werden kann, während die Brennbarkeit bei einem erforderlichen Wert gehalten wird, indem eine einzuspritzende Kraftstoffmenge und eine Kraftstoffeinspritzsteuerung so festgelegt werden, dass um die Elektroden der Zündkerze eine Schicht eines Kraftstoff-/Luftgemisches geeigneter Konzentration gebildet wird. Wenn aber die Ansaugluftmenge durch Steuern der Drosselklappe zur Unterbindung einer Unterkühlung das Abgaskatalysators im Leerlaufzustand des Motors reduziert wird, ist das Problem unvermeidlich, dass das um die Elektroden der Zündkerze vorhandene Kraftstoff-/Luftgemisch übermäßig angereichert wird.
EP-A-0 833 044 offenbart ein Steuerungssystem für einen Direkteinspritzer mit einem Kraftstoffeinspritzventil, einer Zündkerze und einem Ansaugluftmengensteuergerät. Die beschriebene Vorrichtung unterdrückt eine Ansaugluftmenge, während sie eine geschichtete Verbrennung aufrechterhält, wenn ein negativer Druck für einen Bremskraftverstärker im dem Schichtverbrennungsmodus ungenügend wird. EP-A-0 833 044 beschreibt das Vorstellen einer Kraftstoffeinspritzzeit, um das Auftreten eines zu fetten Zustands des Kraftstoff-/Luftgemisches um eine Zündkerze zu vermeiden, indem eine Ansaugluftmenge bei gleichzeitiger Aufrechterhaltung der Schichtverbrennung unterdrückt wird.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Steuerungssystem für einen fremdgezündeten Direkteinspritzmotor an die Hand zu geben, welcher frei von den mit der vorbekannten Technik verbundenen Problemen ist.
Diese Aufgabe wird mit einem Steuerungssystem mit den Merkmalen von Anspruch 1 verwirklicht. Die Unteransprüche sind auf bevorzugte Ausführungen abgestellt.
Nach einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung umfasst ein Steuerungssystem für einen fremdgezündeten Direkteinspritzmotor, welcher mit einem Abgasreinigungskatalysator in einem Auslasskanal, einem Kraftstoffeinspritzventil für das direkte Spritzen von Kraftstoff in einen Brennraum, einer Zündkerze mit einer in den Brennraum ragenden Elektrode versehen ist, ein Ansaugluftmengensteuergerät für das Steuern einer in den Brennraum einzulassenden Ansaugluftmenge und ein Kraftstoffeinspritzsteuergerät für das Ausführen einer geschichteten Verbrennung in einem Bereich geschichteter Verbrennung, welcher in einem Bereich niedriger Motorlast eingerichtet ist, bei warmem Motor, während gleichzeitig eine gleichmäßige Verbrennung in einem Bereich gleichmäßiger Verbrennung, welcher in einem hohen Motorlastbereich eingerichtet ist, ausgeführt wird. Wenn das Ansaugluftmengensteuergerät die Steuerung zur Verringerung der Ansaugluftmenge in dem geschichteten Verbrennungsbereich bei warmem Motor ausführt, stellt das Kraftstoffeinspritzsteuergerät die Kraftstoffeinspritz-Startzeit innerhalb des Verdichtungstakts vor und setzt den Vorstellbetrag in einem Bereich an, in dem die geschichtete Verbrennung des Motors aufrechterhalten werden kann.
Dementsprechend kann eine geschichtete Verbrennung aufrechterhalten werden, wenn die Steuerung zur Verringerung der Ansaugluftmenge in dem Bereich geschichteter Verbrennung ausgeführt wird, um zum Beispiel einen Abfall der Abgastemperatur zu verhindern, wodurch vorteilhafterweise die Brennbarkeit bei einem zufrieden stellenden Wert gehalten wird, während ein Absinken des Kraftstoff/Luftverhältnisses verhindert wird.
Diese und weitere Aufgaben, Merkmale, Ausgestaltungen und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen aus der folgenden eingehenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungen/Beispiele unter Bezug auf die Begleitzeichnungen deutlicher hervor. Hierbei zeigen:
1 ein Diagramm, welches ein Steuerungssystem für einen fremdgezündeten Direkteinspritzmotor nach einer erfindungsgemäßen Ausführung zeigt;
2 eine Kurve, welche die Betriebsbereiche des Motors zeigt;
3 ein Flussdiagramm, welches einen durch das Steuerungssystem ausgeführten Steuerungsvorgang zeigt; und
4 ein Flussdiagramm, welches einen weiteren durch das Steuerungssystem ausgeführten Steuerungsvorgang zeigt.
1 ist ein Diagramm, welches eine erfindungsgemäße Ausführung eines Steuerungssystems für einen fremdgezündeten Direkteinspritzmotor zeigt. Dieses Steuerungssystem ist mit einem Ansaugkanal 2 und mit einem mit einer Hauptmotoreinheit 1 eines Benzinmotors verbundenen Auslasskanal 3 für das Einspritzen von Kraftstoff in die Zylinder, wobei der Motor in einem Kraftfahrzeug eingebaut ist, mit oben an den jeweiligen Brennräumen der Hauptmotoreinheit 1 so angebrachten Zündkerzen, dass sie in die Brennräume ragen, und mit Kraftstoffeinspritzventilen 5 für das direkte Einspritzen von Kraftstoff in die entsprechenden Brennräume versehen.
Ein Aufnehmer 6 ist in dem Ansaugkanal 2 vorgesehen und eine Drosselklappe 7 ist stromaufwärts des Aufnehmers 6 vorgesehen. Die Drosselklappe wird zum Öffnen und Schließen von einem elektrischen Stellglied 9, welches als Reaktion auf ein von einem Motorsteuergerät (ECU) 8 ausgegebenes Signal arbeitet, angetrieben, wodurch es eine Funktion als Ansaugluftmengensteuergerät für das Regeln einer Ansaugluftmenge aufweist.
Der Ansaugkanal 2 ist stromabwärts des Aufnehmers 6 in Zweigrohre, welche sich einzeln zu den jeweiligen Zylindern erstrecken, unterteilt, und in jedem Zweigrohr sind zwei Kanäle (in 1 wird nur ein Kanal gezeigt) ausgebildet. Zwei Einlassöffnungen an den stromabwärts befindlichen Enden der beiden Kanäle stehen mit dem entsprechenden Brennraum in Verbindung und ein Verwirbelungssteuerventil 20 ist als Kraftstoffstrom verstärkendes Mittel in einem der beiden Kanäle vorgesehen. Während der geschichteten Verbrennung des Motors wird in dem Brennraum eine Verwirbelung durch eine in den Brennraum durch den anderen Kanal durch Schließen des Verwirbelungssteuerventils 20 eingelassene Ansaugluft erzeugt, wodurch in dem Brennraum ein Kraftstoffstrom verstärkt wird.
In dem Auslasskanal 3 ist ein O₂-Sensor 10 für das Erfassen eines Kraftstoff/Luftverhältnisses eines Abgases vorgesehen, und an einer stromabwärts befindlichen Stelle des stromaufwärts angeordneten Auslasskanals 3, welcher mit einem Abgaskrümmer des Motors verbunden ist, ist ein Abgasreinigungskatalysator 11 für das Reinigen des Abgases vorgesehen. Der Katalysator 11 kann ein Dreiwegekatalysator sein. Es ist jedoch wünschenswert, einen Katalysator zu verwenden, welcher NOx auch unter einer mageren Bedingung, bei welcher ein Kraftstoff-/Luftverhältnis größer als ein stöchiometrisches Kraftstoff-/Luftverhältnis ist, effektiv reinigen kann, um eine Reinigungsleistung bei einem Schichtbetrieb durch Anheben des Kraftstoff-/Luftverhältnisses nach dem Aufwärmen des Motors zu verbessern.
Der Motor ist mit verschiedenen Sensoren, darunter einem Luftmengenmesser 12 für das Erfassen einer durch den Ansaugkanal 2 strömenden Ansaugluftmenge, einem Kurbelwinkelsensor 13 für das Erfassen einer Motordrehzahl, einem Gaspedalwegsensor 14 und einem Kühlmitteltemperatursensor 15, versehen. Erfassungssignale dieser Sensoren werden in das Motorsteuergerät 8 eingegeben.
Das Motorsteuergerät 8 ist mit einem Katalysatortemperaturbeurteilungsmittel 16 für das Beurteilen eines Temperaturzustands des Katalysators 11, einem Betriebszustandbeurteilungsmittel 17 für das Beurteilen eines Betriebszustands des Motors, einem Ansaugluftmengensteuergerät 18 für das Steuern einer in die Brennräume eingelassenen Ansaugluftmenge durch Steuern der Öffnung der Drosselklappe 7 und einem Kraftstoffeinspritzsteuergerät 19 für das Steuern einer einzuspritzenden Kraftstoffmenge und der Einspritzzeiten versehen.
Das Katalysatortemperaturbeurteilungsmittel 16 ist so aufgebaut, dass es bestätigt, ob sich der Katalysator 11 in einem leicht zu deaktivierendem Zustand befindet, indem es gemäß dem Erfassungssignal des Katalysatortemperatursensors 21 beurteilt, ob der Katalysator 11 eine so niedrige Temperatur gleich oder unter einer vorbestimmten Temperatur hat. Alternativ kann der Temperaturzustand des Katalysators 11 gemäß dem Erfassungssignal des Kühlmittelsensors 15 oder gemäß dem Erfassungswert des Sensors 15 und der verstrichenen Zeit ab Anlassen des Motors geschätzt werden.
Das Betriebszustandbeurteilungsmittel 17 beurteilt anhand einer von dem Kurbelwinkelsensor 13 festgestellten Motordrehzahl und einer von dem Gaspedalwegsensor 14 erfassten Motorlast, ob der vorliegende Betriebszustand des Motors in einem Betriebsbereich A, in welchem Motorlast und Motordrehzahl niedrig sind, oder in einem Betriebsbereich B, in welchem mindestens die Motorlast oder die Motordrehzahl höher als im Betriebsbereich A sind, liegt. Das Ergebnis der Beurteilung wird an das Ansaugluftmengensteuergerät 18 und das Kraftstoffeinspritzsteuergerät 19 ausgegeben.
Das Ansaugluftmengensteuergerät 18 ist so aufgebaut, dass es ein Steuersignal für das Verringern der in die Brennräume eingelassenen Ansaugluftmenge auf einen Wert unter dem Normalwert ausgibt, indem es die Drosselklappe 7 antreibt, zu schließen, wenn das Katalysatortemperaturbeurteilungsmittel 16 bestätigt, dass die Temperatur der Katalysators 11 gleich oder unter der vorbestimmten Temperatur in dem Bereich geschichteter Verbrennung ist, in dem während eines Verdichtungstakts eine Kraftstoffeinspritzung ausgeführt wird, wie später beschrieben wird.
Das Kraftstoffeinspritzsteuergerät 19 liest ein Solldrehmoment des Motors aus einem vorab festgelegten Kennfeld basierend auf der durch den Kurbelwinkelsensor 13 erfasste Motordrehzahl und dem von dem Sensor 14 erfassten Weg des Gaspedals, liest eine Sollkraftstoffeinspritzmenge aus einem vorab festgelegten Kennfeld basierend auf dem ausgelesenen Solldrehmoment und einer durch den Luftmengenmesser 7 erfassten tatsächlichen Ansaugluftmenge und gibt ein Steuersignal, welches dieser Sollkraftstoffeinspritzmenge entspricht, an das Kraftstoffeinspritzventil 5 ab.
Weiterhin setzt das Kraftstoffeinspritzsteuergerät 19 eine optimale Kraftstoffeinspritzzeitsteuerung gemäß dem Betriebszustand des Motors, welcher durch das Betriebszustandbeurteilungsmittel 17 beurteilt wird, fest und steuert die Kraftstoffeinspritzzeiten basierend auf den optimalen Kraftstoffeinspritzzeiten während einer normalen Betriebsdauer des Motors.
Wenn im Einzelnen, wie in 2 gezeigt, der Betriebszustand des Motors in dem Bereich A geschichteter Verbrennung liegt, wenn der Motor warm ist, führt das Kraftstoffeinspritzsteuergerät 19 eine Steuerung aus, um eine geschichtete Verbrennung durch Einspritzen des gesamten Kraftstoffs auf einmal während eines Verdichtungstakts auszuführen, um eine Schicht aus einem relativ fetten Kraftstoff-/Luftgemisch um die Elektroden der Zündkerze 4 zu bilden. Wenn weiterhin der Betriebszustand des Motors in dem Bereich B gleichmäßiger Verbrennung liegt, wenn der Motor warm ist, führt das Kraftstoffeinspritzsteuergerät 19 eine Steuerung aus, um eine gleichmäßige Verbrennung durch Einspritzen des gesamten Kraftstoffs auf einmal während eines Ansaugtakts auszuführen, um die Schicht aus relativ fettem Kraftstoff-/Luftgemisch in dem Brennraum zu verteilen.
Weiterhin setzt das Kraftstoffeinspritzsteuergerät 19 eine Kraftstoffeinspritz-Startzeit vor einer optimalen Einspritzzeit an, welche in der zweiten Hälfte des Verdichtungstakts für eine normale Zeit festgelegt ist, d.h. innerhalb eines Bereichs zwischen 90° vor dem oberen Totpunkt und dem oberen Totpunkt des Verdichtungstakts, unter der Bedingung, dass das Kraftstoff-/Luftverhältnis in dem Abgas größer als das stöchiometrische Kraftstoff-/Luftverhältnis ist, wenn die Temperatur des Abgasreinigungskatalysators 11 durch das Katalysatortemperaturbeurteilungsmittel 16 als niedrig bestätigt wird, und es wird eine Steuerung zur Verringerung der Ansaugluftmenge von dem Ansaugluftmengensteuergerät 18 in dem Bereich geschichteter Verbrennung bei warmem Motor ausgeführt.
Eine in dem Steuerungssystem für den fremdgezündeten Direkteinspritzmotor ausgeführte Steuerung wird unter Bezug auf ein in 3 gezeigtes Flussdiagramm beschrieben. Bei Beginn der Steuerung beurteilt das Betriebszustandbeurteilungsmittel 17 gemäß den Erfassungssignalen des Kurbelwinkelsensors 13 und des Gaspedalwegsensors 14 bei warmem Motor (Schritt S1), ob der Betriebszustand des Motor in dem Bereich niedriger Motorlast/niedriger Motordrehzahl liegt, d.h. in dem geschichteten Verbrennungsbereich A, der in 2 gezeigt wird. Wenn der Betriebszustand des Motors bestätigtermaßen in dem gleichmäßigen Verbrennungsbereich B (NEIN in Schritt S1) liegt, wird eine Steuerung des gleichmäßigen Verbrennungsmodus ausgeführt, um den Kraftstoff während des Ansaugtakts einzuspritzen (Schritt S2).
Wenn der Betriebszustand des Motors bestätigtermaßen in dem geschichteten Verbrennungsbereich A (JA in Schritt S1) liegt, beurteilt das Katalysatortemperaturbeurteilungsmittel 16 gemäß dem Erfassungssignal des Katalysatortemperatursensors 21 (Schritt S3), ob die Temperatur des Katalysators 11 eine vorbestimmte Temperatur ist oder darunter liegt. Wenn das Ergebnis der Beurteilung negativ ist, wird eine Steuerung des geschichteten Verbrennungsmodus ausgeführt, um den Kraftstoff während des Verdichtungstakts einzuspritzen (Schritt S4).
Wenn dagegen die Temperatur des Katalysators 11 in dem geschichteten Verbrennungsbereich A bestätigtermaßen niedrig ist, wenn der Motor warm ist (JA in Schritt S3), nimmt das Ansaugluftmengensteuergerät 18 eine Korrektur zur Verringerung der Ansaugluftmenge vor (Schritt S5) und das Kraftstoffeinspritzsteuergerät 19 nimmt eine Korrektur vor, um die Kraftstoffeinspritz-Startzeit früher als für den normalen Betriebszeitraum in der zweiten Hälfte des Verdichtungstakts anzusetzen (Schritt S6).
Bei dem Steuerungssystem für den fremdgezündeten Direkteinspritzmotor, welcher so ausgelegt ist, dass der Betriebsbereich des Motors in den geschichteten Verbrennungsbereich in einem Bereich niedriger Motorlast und in den gleichmäßigen Verbrennungsbereich in einem Bereich hoher Motorlast unterteilt ist und der Kraftstoff während des Verdichtungstakts in dem ersteren Bereich eingespritzt wird, während er in dem letzteren Bereich während des Ansaugtakts eingespritzt wird, legt das Kraftstoffeinspritzsteuergerät 19 die Kraftstoffeinspritz-Startzeit vor der für den normalen Betriebszeitraum in der zweiten Hälfe des Verdichtungstakts festgelegten Zeit fest, wenn das Ansaugluftmengensteuergerät 19 die Steuerung zur Verringerung der Ansaugluftmenge in dem geschichteten Verbrennungsbereich bei warmem Motor ausführt. Dementsprechend kann während der Ausführung der obigen Steuerung zur Verringerung der Ansaugluftmenge in dem geschichteten Verbrennungsbereich, zum Beispiel um ein Abfallen der Abgastemperatur zu verhindern, die Brennbarkeit bei einem zufrieden stellenden Wert gehalten werden, während eine Abnahme des Kraftstoff-/Luftverhältnisses durch Aufrechterhalten einer geschichteten Verbrennung verhindert wird.
Wenn im Einzelnen die Steuerung zur Verringerung der Ansaugluftmenge durch Schließen der Drosselklappe 7 in dem geschichteten Verbrennungsbereich ausgeführt wird, in welchem eine große Ansaugluftmenge in den Brennraum durch Vergrößern der Öffnung der Drosselklappe 7 eingelassen wird, und ein Ansteigen des Kraftstoff-/Luftverhältnisses in dem gesamten Brennraum durch Konzentrieren eines Kraftstoff-/Luftgemisches geeigneter Konzentration um die Elektroden der Zündkerze 4 verhindert wird, wodurch die Brennbarkeit bei einem zufrieden stellenden Wert gehalten wird, neigt das Kraftstoff-/Luftgemisch dazu, um die Elektroden der Zündkerze 4 übermäßig angereichert zu sein, so dass die Brennbarkeit verschlechtert wird. Wenn die Steuerung zum Vorstellen der Kraftstoffeinspritz-Startzeit um einen festgelegten Betrag während des Verdichtungstakts in einem solchen Fall ausgeführt wird, kann Zeit für das hinreichende Verdampfen und Zerstäuben des Kraftstoffs gewährleistet werden und die Brennbarkeit kann bei einem zufrieden stellenden Wert gehalten werden, indem das Anreichern des Kraftstoff-/Luftgemisches um die Elektroden der Zündkerze 4 verhindert wird.
Dementsprechend kann ein Abfallen der Abgastemperatur bedingt durch eine übergroße Ansaugluftmenge durch Ausführen der Steuerung zur Verringerung der Ansaugluftmenge in dem geschichteten Verbrennungsbereich wie in dieser Ausführung verhindert werden, wenn das Katalysatorbeurteilungsmittel 16 des Motorsteuergeräts 8 bestätigt, dass die Temperatur des Katalysators 11 gemäß dem Erfassungssignal des Katalysatortemperatursensors 21 niedrig ist. Dies ermöglicht es dem Katalysator 11, seine Abgasreinigungsleistung auf geeignetem Niveau zu halten, während sein Deaktivieren verhindert wird.
Weiterhin wird in dieser Ausführung die geschichtete Verbrennung durch das Kraftstoffeinspritzsteuergerät 19 gewahrt, welches die Kraftstoffeinspritz-Startzeit vor einer optimalen Einspritzzeit für den normalen Betriebszeitraum in der zweiten Hälfte des Verdichtungstakts einstellt, d.h. zwischen 90° vor dem oberen Totpunkt und dem oberen Totpunkt des Verdichtungstakts, wenn das Ansaugluftmengensteuergerät 18 die Steuerung zur Verringerung der Ansaugluftmenge in dem geschichteten Verbrennungsbereich bei warmem Motor ausführt. Dementsprechend kann die Brennbarkeit bei einem zufrieden stellenden Wert gehalten werden, während eine Beeinträchtigung einer den Kraftstoffverbrauch verbessernden Wirkung verhindert wird.
Wenn eine Steuerung zur Verringerung des Kraftstoff-/Luftverhältnisses in dem gesamten Brennraum auf einen Wert größer als das stöchiometrische Kraftstoff/Luftverhältnis ausgeführt wird, wenn das Ansaugluftmengensteuergerät 18 die Steuerung zur Verringerung der Ansaugluftmenge in dem geschichteten Verbrennungsbereich bei warmem Motor ausführt, kann eine Abnahme des Kraftstoff-/Luftverhältnisses in dem gesamten Brennraum durch Aufrechterhalten der geschichteten Verbrennung verhindert werden. Daher können Kraftstoffverbrauch und Brennbarkeit bei einem zufrieden stellenden Wert gehalten werden.
Das Maß des Vorverstellens der Kraftstoffeinspritz-Startzeit ist nicht auf das Maß dieser Ausführung beschränkt, solange es in einem Bereich liegt, in dem die geschichtete Verbrennung des Motors gewahrt werden kann. Die geschichtete Verbrennung kann zum Beispiel durch Vorverstellen der Kraftstoffeinspritz-Startzeit während eines Zeitraums zwischen der mittleren Phase des Verdichtungstakts und dessen Schlussphase gewahrt werden, d.h. in einem Bereich zwischen 120° vor dem oberen Totpunkt und 60° vor dem oberen Totpunkt des Verdichtungstakts.
Anstelle der vorstehenden Ausführung, welche so ausgelegt ist, dass die Ansaugluftmenge reduziert wird, wenn das Katalysatorbeurteilungsmittel 16 des Motorsteuergeräts 8 bestätigt, dass die Temperatur des Katalysators 11 gemäß dem Erfassungssignal des Katalysatortemperatursensors 21 in dem geschichteten Verbrennungsbereich niedrig ist, wenn der Motor warm ist, führt das Ansaugluftmengensteuergerät 18 die Steuerung zur Verringerung der Ansaugluftmenge in dem geschichteten Verbrennungsbereich aus, wenn das Betriebszustandsbeurteilungsmittel 17 bestätigt, dass sich der Motor in einem Leerlaufzustand befindet.
Das Betriebszustandbeurteilungsmittel 17 des Motorsteuergeräts 8 kann zum Beispiel gemäß den Erfassungssignalen des Kurbelwinkelsensors 13 und des Gaspedalwegsensors 14 beurteilen, ob der Motor über einen vorbestimmten Zeitraum weiter in dem Leerlaufbetriebszustand läuft, z.B. 2 Minuten, und das Ansaugluftmengensteuergerät 18 kann die Steuerung zur Verringerung der Ansaugluftmenge in dem geschichteten Verbrennungsbereich ausführen, wenn der Motor bestätigtermaßen eine vorbestimmte Zeit lang in dem Leerlaufbetriebszustand läuft. Alternativ kann direkt gemäß dem Erfassungssignal des Kurbelwinkelsensors 13 beurteilt werden, ob sich der Motor in dem Leerlaufbetriebszustand befindet.
Bei einer solchen Ausgestaltung führt bei Bestätigung gemäß dem Erfassungssignal z.B. des Kurbelwinkelsensors 13, dass sich der Katalysator 11 aufgrund eines Abfalls der Abgastemperatur durch ständigen Betrieb des Motors in dem Bereich niedriger Last, z.B. dem Leerlaufzustand in dem geschichteten Verbrennungsbereich bei warmem Motor in einem leicht zu deaktivierenden Zustand befindet, das Ansaugluftmengensteuergerät 18 die Steuerung zur Verringerung der Ansaugluftmenge aus und das Kraftstoffeinspritzsteuergerät 19 stellt die Kraftstoffeinspritzzeiten während des Verdichtungstakts um einen festlegten Betrag vor. Somit kann die Brennbarkeit durch Verhindern eines Abfalls der Abgastemperatur aufgrund einer übergroßen Ansaugluftmenge gewahrt werden, während verhindert wird, dass der Katalysator 11 inaktiv wird.
Weiterhin kann eine gleichmäßige Verbrennung, bei welcher die Kraftstoffeinspritzung während des Ansaugtakts aufgenommen wird, ausgeführt werden, wenn das Betriebszustandbeurteilungsmittel 17 bestätigt, dass sich der Motor in dem Bereich niedriger Motorlast, z.B. dem Leerlaufbetriebsbereich, befindet, und ein Außenlufttemperaturfeststellmittel für das Feststellen einer Außenlufttemperatur bestätigt, dass die Außenlufttemperatur in dem geschichteten Verbrennungsbereich niedrig ist, wenn der Motor warm ist. In anderen Fällen kann das Ansaugluftmengensteuergerät 18 die Steuerung zur Verringerung der Ansaugluftmenge ausführen und das Kraftstoffeinspritzsteuergerät 19 kann die Steuerung zum Vorverstellen der Kraftstoffeinspritzzeiten während des Verdichtungstakts ausführen.
Im Einzelnen beurteilt, wie in 4 gezeigt, das Betriebszustandbeurteilungsmittel 17 gemäß den Erfassungssignalen des Kurbelwinkelsensors 13 und des Gaspedalwegsensors 14 (Schritt S11), ob der Betriebszustand des warmen Motors in dem geschichteten Verbrennungsbereich A liegt. Wenn der Betriebszustand des Motors bestätigtermaßen in dem gleichmäßigen Verbrennungsbereich B liegt (NEIN in Schritt S11), wird die Steuerung des gleichmäßigen Verbrennungsmodus zum Einspritzen des Kraftstoffs während des Ansaugtakts ausgeführt (Schritt S12).
Wenn der Betriebszustand des Motors bestätigtermaßen in dem geschichteten Verbrennungsbereich A (JA in Schritt S11) liegt, wird beurteilt, ob sich der Motor in dem Leerlaufbetriebszustand befindet (Schritt S13). Wenn das Ergebnis der Beurteilung bei Schritt S13 positiv ist, wird beurteilt, ob die Außenlufttemperatur unter einem vorbestimmten Wert liegt (Schritt S14).
Wenn sich der Motor bestätigtermaßen im Leerlaufbetriebszustand befindet und die Außenlufttemperatur bestätigtermaßen niedrig ist (JA in den Schritten S13 und S14), geht diese Routine zu Schritt S12 weiter, wo der Kraftstoff während des Ansaugtakts eingespritzt und die Steuerung des gleichmäßigen Verbrennungsmodus ausgeführt wird, um das Kraftstoff-/Luftverhältnis des gesamten Brennraums im Wesentlichen gleich dem stöchiometrischen Kraftstoff-/Luftverhältnis zu setzen.
Wenn das Ergebnis der Beurteilung in S13 oder S14 negativ ist, beurteilt das Katalysatortemperaturbeurteilungsmittel 16 gemäß dem Erfassungssignal des Katalysatortemperatursensors 21 (Schritt S15), ob die Temperatur des Katalysators 11 unter einem vorbestimmten Wert liegt. Wenn das Ergebnis der Beurteilung von Schritt S15 negativ ist, wird die Steuerung des geschichteten Verbrennungsmodus ausgeführt, um den Kraftstoff während des Verdichtungstakts einzuspritzen (Schritt S16).
Wenn dagegen die Temperatur des Katalysators 11 in der geschichteten Verbrennung als niedrig bestätigt wird, während der Motor niedrig ist (JA in Schritt S15), führt das Ansaugluftmengensteuergerät 18 eine Korrektur zur Verringerung der Ansaugluftmenge (Schritt S17) durch und das Kraftstoffeinspritzsteuergerät 19 führt eine Korrektur zum Vorverstellen der Kraftstoffeinspritz-Startzeit von der festgelegten Zeit für den normalen Betriebszeitraum in der zweiten Hälfe des Verdichtungstakts aus (Schritt S18).
Die Abgastemperatur kann wirksam angehoben werden, wenn eine gleichmäßige Verbrennung zum Starten der Kraftstoffeinspritzung während des Ansaugtakts ausgeführt wird, wenn das Betriebszustandbeurteilungsmittel 17 bestätigt, dass sich der Motor in dem Bereich niedriger Motorlast befindet, z.B. dem Leerlaufbetriebsbereich, und das Außenlufttemperaturfeststellmittel bestätigt, dass die Außenlufttemperatur in dem geschichteten Verbrennungsbereich niedrig ist, wenn der Motor warm ist. Dies verhindert zuverlässig, dass der Katalysator 11 aufgrund einer niedrigen Temperatur desselben inaktiv wird.
Weiterhin kann die Abgastemperatur effektiv angehoben werden, während ein Sinken des Kraftstoff-/Luftverhältnisses durch Aufrechterhalten der Brennbarkeit im Motor bei einem angemessenen Wert verhindert wird, wenn Kraftstoff während des Ansaugtakts einspritzt wird, und die Ansaugluftmenge wird so gesteuert, dass das Kraftstoff-/Luftverhältnis in dem gesamten Brennraum im Wesentlichen gleich dem stöchiometrischen Kraftstoff-/Luftverhältnis gesetzt wird, wenn der Betriebszustand des Motors bestätigtermaßen in dem Bereich niedriger Motorlast liegt und die Außenlufttemperatur bestätigtermaßen niedrig ist.
Zwar wird die Ansaugluftmenge verringert, wenn das Katalysatortemperaturbeurteilungsmittel 16 bestätigt, dass die Temperatur des Katalysators 11 bei Schritt S15 des in 4 gezeigten Flussdiagramms der vorstehenden Ausführung niedrig ist, doch kann das Ansaugluftmengensteuergerät 18 die Steuerung zur Verringerung der Ansaugluftmenge ausführen, wenn das Betriebszustandbeurteilungsmittel 17 bestätigt, dass sich der Motor eine vorbestimmte Zeit lang, z.B. 2 Minuten, in dem Leerlaufbetriebszustand befindet.
Wenn der Katalysator 11 an einer stromabwärts befindlichen Stelle des stromaufwärts angeordneten Auslasskanals 3, welcher mit dem Abgaskrümmer des Motors wie in der vorstehenden Ausführung verbunden ist, vorgesehen ist, bringt dies das Problem mit sich, dass der Katalysator 11 aufgrund eines Abfalls der Abgastemperatur gegenüber dem Fall, da er an einer stromaufwärts befindlichen Stelle des Auslasskanals 3 vorgesehen ist, leicht deaktiviert wird. Somit können durch Vorverstellen der Kraftstoffeinspritz-Startzeit innerhalb des Verdichtungstakts und Festlegen des Grads des Vorverstellens innerhalb eines Bereichs, in dem die geschichtete Verbrennung gewahrt werden kann, wenn das Ansaugluftmengensteuergerät 18 die Steuerung zur Verringerung der Ansaugluftmenge in dem Bereich geschichteter Verbrennung bei warmem Motor ausführt, beträchtliche Wirkungen erzielt werden.
Zwar wird in der vorstehenden Ausführung die in die Brennräume eingelassene Ansaugluftmenge durch Regeln der Öffnung der Drosselklappe 7 mittels des Ansaugluftmengensteuergeräts 18 gesteuert, doch kann sie auch durch Regeln einer Öffnung eines Leerlauf-Steuerventils, welches in einem Bypassrohr vorgesehen ist, das den Ansaugkanal 2 umgeht, oder durch Regeln einer Ventilsteuerzeit durch ein Ventilsteuerzeit-Reguliermittel (VVT) gesteuert werden.
Wie vorstehend beschrieben umfasst ein erfindungsgemäßes Steuerungssystem für einen fremdgezündeten Direkteinspritzmotor, welcher mit einem Abgasreinigungskatalysator in einem Auslasskanal, einem Kraftstoffeinspritzventil für das direkte Spritzen von Kraftstoff in einen Brennraum, einer Zündkerze mit einer in den Brennraum ragenden Elektrode versehen ist, ein Ansaugluftmengensteuergerät für das Steuern der in den Brennraum einzulassenden Ansaugluftmenge und ein Kraftstoffeinspritzsteuergerät für das Bilden einer Schicht aus einem relativ fetten Kraftstoff-/Luftgemisch um die Elektroden der Zündkerze zum Zeitpunkt der Zündung durch Einspritzen des Kraftstoffs während eines Verdichtungstakts in einem geschichteten Verbrennungsbereich, welcher in einem Bereich niedriger Motorlast eingerichtet ist, wenn der Motor warm ist, während gleichzeitig die Schicht aus dem fetten Kraftstoff-/Luftgemisch in dem Brennraum fein verteilt wird, indem der Kraftstoff während eines Ansaugtakts in einem gleichmäßigen Verbrennungsbereich, welcher in einem hohen Motorlastbereich eingerichtet ist, eingespritzt wird und die Kraftstoffeinspritz-Startzeit innerhalb des Verdichtungstakts vorverstellt wird, und setzt einen Grad der Vorverstellung in einem Bereich an, in dem die geschichtete Verbrennung des Motors aufrechterhalten werden kann, wenn das Ansaugluftmengensteuergerät eine Steuerung zur Verringerung der Ansaugluftmenge in dem geschichteten Verbrennungsbereich bei warmem Motor ausführt.
Wenn bei dieser Auslegung das Ansaugluftmengensteuergerät die Steuerung zur Verringerung der Ansaugluftmenge in dem geschichteten Verbrennungsbereich bei warmem Motor ausführt, um zum Beispiel zu verhindern, dass der Abgasreinigungskatalysator inaktiv wird, indem es z.B. die Abgastemperatur anhebt, führt das Kraftstoffeinspritzsteuergerät die Steuerung zum Vorverstellen der Kraftstoffeinspritz-Startzeit innerhalb des Verdichtungstakts um einen vorbestimmten Betrag aus. Dies verhindert, dass das Kraftstoff-/Luftgemisch um die Elektroden der Zündkerze übermäßig angereichert wird, während die geschichtete Verbrennung des Motors gewahrt wird, so dass die Brennbarkeit bei einem zufrieden stellenden Wert gehalten werden kann.
Vorzugsweise kann das Kraftstoffeinspritzsteuergerät veranlasst werden, die Kraftstoffeinspritz-Startzeit innerhalb der zweiten Hälfte des Verdichtungstakts vorzuverstellen, wenn das Ansaugluftmengensteuergerät die Steuerung zur Verringerung der Ansaugluftmenge mindestens in einem Leerlaufbetriebsbereich des geschichteten Verbrennungsbereichs bei warmem Motor ausführt.
Wenn das Ansaugluftmengensteuergerät die Steuerung zur Verringerung der Ansaugluftmenge zumindest in dem Leerlaufbetriebsbereich des geschichteten Verbrennungsbereichs bei warmem Motor vornimmt, führt bei dieser Auslegung das Kraftstoffeinspritzsteuergerät die Steuerung zum Vorstellen der Kraftstoffeinspritz-Startzeit um einen festgelegten Betrag innerhalb der letzteren Hälfte des Verdichtungstakts aus. Dies verhindert, dass das Kraftstoff-/Luftgemisch um die Elektroden der Zündkerze übermäßig angereichert wird, während gleichzeitig die geschichtete Verbrennung des Motors aufrechterhalten wird, so dass die Brennbarkeit bei einem zufrieden stellenden Wert gehalten werden kann.
Vorzugsweise kann der Grad, um den die Ansaugluftmenge verringert wird, so gesteuert werden, dass in dem gesamten Brennraum ein Kraftstoff-/Luftverhältnis eingestellt wird, das größer als ein stöchiometrisches Kraftstoff-/Luftverhältnis ist, wenn das Ansaugluftmengensteuergerät die Steuerung zur Verringerung der Ansaugluftmenge zumindest in einem Leerlaufbetriebsbereich des geschichteten Verbrennungsbereichs bei warmem Motor ausführt.
Wenn das Ansaugluftmengensteuergerät die Steuerung zur Verringerung der Ansaugluftmenge in dem geschichteten Verbrennungsbereich bei warmem Motor vornimmt, um zum Beispiel einen Abfall der Abgastemperatur zu verhindern, stellt bei dieser Auslegung das Kraftstoffeinspritzsteuergerät die Kraftstoffeinspritz-Startzeit um einen festgelegten Betrag innerhalb der des Verdichtungstakts vor, und der Grad, um den die Ansaugluftmenge verringert wird, wird so gesteuert, dass in dem gesamten Brennraum ein Kraftstoff-/Luftverhältnis eingestellt wird, das größer als ein stöchiometrisches Kraftstoff-/Luftverhältnis ist. Somit kann die geschichtete Verbrennung des Motors aufrechterhalten werden, wodurch die Brennbarkeit bei einem zufrieden stellenden Wert gehalten wird, während die Kraftstoffwirtschaftlichkeit verbessert wird.
Vorzugsweise kann das Steuerungssystem weiterhin mit einem Katalysatortemperaturbeurteilungsmittel für das Beurteilen, ob die Temperatur des Abgasreinigungskatalysators niedrig ist, versehen werden, und das Ansaugluftmengensteuergerät führt die Steuerung zur Verringerung der Ansaugluftmenge aus, wenn das Katalysatortemperaturfeststellmittel feststellt, dass die Temperatur des Abgasreinigungskatalysators in dem geschichteten Verbrennungsbereich bei warmem Motor niedrig ist.
Bei dieser Auslegung führt das Ansaugluftmengensteuergerät die Steuerung zur Verringerung der Ansaugluftmenge aus, wenn das Katalysatortemperaturfeststellmittel feststellt, dass die Temperatur des Abgasreinigungskatalysators in dem geschichteten Verbrennungsbereich bei warmem Motor niedrig ist. Somit kann ein Abfall der Abgastemperatur aufgrund einer in den Brennraum eingelassenen übermäßigen Ansaugluftmenge verhindert werden, was effektiv verhindert, dass der Abgasreinigungskatalysator inaktiv wird.
Vorzugsweise kann das Steuerungssystem weiterhin mit einem Betriebszustandbeurteilungsmittel für das Beurteilen, ob sich der Motor in einem Leerlaufbetriebszustand befindet, versehen sein, und das Ansaugluftmengensteuergerät führt die Steuerung zur Verringerung der Ansaugluftmenge aus, wenn das Betriebszustandbeurteilungsmittel beurteilt, dass sich der Motor eine vorbestimmte Zeit lang in dem geschichteten Verbrennungsbereich in einem Leerlaufbetriebszustand befindet, wenn der Motor warm ist.
Bei dieser Auslegung führt das Ansaugluftmengensteuergerät die Steuerung zur Verringerung der Ansaugluftmenge aus, wenn das Betriebszustandbeurteilungsmittel beurteilt, dass sich der Motor in dem geschichteten Verbrennungsbereich, wenn der Motor warm ist, eine vorbestimmte Zeit lang in dem Leerlaufbetriebszustand befindet, d.h. wenn es eine Deaktivierungsneigung des Abgasreinigungskatalysators bestätigt. Somit kann ein Abfall der Abgastemperatur aufgrund einer in den Brennraum eingelassenen übermäßigen Ansaugluftmenge verhindert werden, was effektiv verhindert, dass der Abgasreinigungskatalysator inaktiv wird.
Vorzugsweise kann das Steuerungssystem weiterhin mit einem Betriebszustandbeurteilungsmittel für das Beurteilen, ob sich der Motor in einem Bereich niedriger Motorlast befindet, und mit einem Außenlufttemperaturfeststellmittel für das Feststellen einer Außenlufttemperatur versehen werden. Das Ansaugluftmengensteuergerät führt die Steuerung zum Einleiten der Kraftstoffeinspritzung während des Ansaugtakts aus, wenn das Betriebszustandbeurteilungsmittel beurteilt, dass der Motor in einem Bereich niedriger Motorlast liegt, und das Außenlufttemperaturfeststellmittel feststellt, dass die Außenlufttemperatur in dem geschichteten Verbrennungsbereich niedrig ist, wenn der Motor warm ist.
Bei dieser Auslegung wird der Abgasreinigungskatalysator als niedrig eingestuft, d.h. in einem leicht zu deaktivierenden Zustand befindlich, wenn das Betriebszustandbeurteilungsmittel beurteilt, dass der Betriebszustand des Motors in dem Bereich niedriger Motorlast liegt, und das Außenlufttemperaturfeststellmittel feststellt, dass die Außenlufttemperatur in dem geschichteten Verbrennungsbereich niedrig ist, wenn der Motor warm ist. Wenn das Kraftstoffeinspritzsteuergerät somit die Kraftstoffeinspritzung während des Ansaugtakts einleitet, um eine gleichmäßige Verbrennung auszuführen, wird die Abgastemperatur effektiv angehoben, wodurch effektiv verhindert wird, dass der Abgasreinigungskatalysator inaktiv wird.
Vorzugsweise kann das Kraftstoffeinspritzsteuergerät die Kraftstoffeinspritzung während des Ansaugtakts einleiten und steuert die Ansaugluftmenge so, dass in dem gesamten Brennraum ein Kraftstoff-/Luftverhältnis eingestellt wird, das im Wesentlichen gleich einem stöchiometrischen Kraftstoff-/Luftverhältnis ist, wenn das Betriebszustandbeurteilungsmittel beurteilt, dass der Betriebszustand des Motors in einem Bereich niedriger Motorlast liegt, und das Außentemperaturfeststellmittel feststellt, dass die Außenlufttemperatur in dem geschichteten Bereich bei warmem Motor niedrig ist.
Bei dieser Auslegung werden die Steuerung zum Einleiten der Kraftstoffeinspritzung während des Ansaugtakts und die Steuerung zum Einstellen des Kraftstoff/Luftverhältnisses in dem Brennraum im Wesentlich gleich dem stöchiometrischen Kraftstoff-/Luftverhältnis ausgeführt, wenn das Betriebszustandbeurteilungsmittel beurteilt, dass der Betriebszustand des Motors in dem Bereich niedriger Motorlast liegt, und das Außenlufttemperaturfeststellmittel feststellt, dass die Außenlufttemperatur in dem geschichteten Verbrennungsbereich bei warmem Motor niedrig ist. Dies kann einen geeigneten Verbrennungszustand gewährleisten, wodurch die Abgastemperatur effektiv angehoben wird, während eine Abnahme des Kraftstoff-/Luftverhältnisses verhindert wird.
Bei einem weiteren erfindungsgemäßen Steuerungssystem für einen fremdgezündeten Direkteinspritzmotor, welcher mit einem Abgasreinigungskatalysator in einem Auslasskanal, einem Kraftstoffeinspritzventil für das direkte Spritzen von Kraftstoff in einen Brennraum, einer Zündkerze mit einer in den Brennraum ragenden Elektrode versehen ist, umfasst das Steuerungssystem ein Ansaugluftmengensteuergerät für das Steuern einer in den Brennraum einzulassenden Ansaugluftmenge, ein Betriebszustandbeurteilungsmittel für das Beurteilen, ob sich der Motor in einem Leerlaufbetriebszustand befindet, und ein Kraftstoffeinspritzsteuergerät für das Steuern des Kraftstoffeinspritzzustands des Kraftstoffeinspritzventils. Das Kraftstoffeinspritzsteuergerät ist so ausgelegt, dass es zum Zeitpunkt der Zündung eine Schicht aus einem relativ fetten Kraftstoff-/Luftgemisch um die Elektroden bildet, indem es den Kraftstoff während eines Verdichtungstakts in einen geschichteten Verbrennungsbereich spritzt, welcher in einem Bereich niedriger Motorlast eingestellt ist, wenn der Motor warm ist, während es die Schicht aus fettem Kraftstoff-/Luftgemisch in dem Brennraum fein verteilt, indem es den Kraftstoff während eines Ansaugtakts in einem gleichmäßigen Verbrennungsbereich einspritzt, welcher in einem Bereich hoher Motorlast eingestellt ist. Das Ansaugluftmengensteuergerät führt eine Steuerung zur Verringerung der Ansaugluftmenge aus, das Kraftstoffeinspritzsteuergerät führt eine Steuerung zur Vorverstellung der Kraftstoffeinspritz-Startzeit innerhalb des Ansaugtakts sowie eine Steuerung zum Festlegen des Vorverstellungsgrads in einem Bereich, in dem die geschichtete Verbrennung gehalten werden kann, aus und der Grad, um den die Ansaugluftmenge verringert wird, wird so gesteuert, dass in dem gesamten Brennraum ein Kraftstoff-/Luftverhältnis eingestellt wird, das größer als ein stöchiometrisches Kraftstoff-/Luftverhältnis ist, wenn das Betriebszustandbeurteilungsmittel beurteilt, dass sich der Motor eine vorbestimmte Zeit lang in dem geschichteten Verbrennungsbereich in einem Leerlaufbetriebszustand befindet, wenn der Motor warm ist.
Wenn das Betriebszustandbeurteilungsmittel bei dieser Auslegung beurteilt, dass sich der Motor eine vorbestimmte Zeit lang in dem geschichteten Verbrennungsbereich in dem Leerlaufbetriebszustand befindet, wenn der Motor warm ist, führt das Ansaugluftmengensteuergerät die Steuerung zur Verringerung der Ansaugluftmenge in dem geschichteten Verbrennungsbereich aus und das Kraftstoffeinspritzsteuergerät führt die Steuerung zum Vorverstellen der Kraftstoffeinspritz-Startzeit um einen festgelegten Betrag aus, um zu verhindern, dass der Abgasreinigungskatalysator inaktiv wird, indem es die Abgastemperatur anhebt. Weiterhin wird der Grad, um den die Ansaugluftmenge verringert wird, so gesteuert, dass das Kraftstoff-/Luftverhältnis in dem gesamten Brennraum größer als das stöchiometrische Kraftstoff-/Luftverhältnis eingestellt wird. Dies verhindert, dass das Kraftstoff-/Luftverhältnis um die Elektroden der Zündkerze übermäßig angereichert wird, während die geschichtete Verbrennung des Motors gewahrt wird, so dass die Brennbarkeit bei einem zufrieden stellenden Wert gehalten werden kann.
Bei einem weiteren erfindungsgemäßen Steuerungssystem für einen fremdgezündeten Direkteinspritzmotor, welcher mit einem Abgasreinigungskatalysator in einem Auslasskanal, einem Kraftstoffeinspritzventil für das direkte Spritzen von Kraftstoff in einen Brennraum, einer Zündkerze mit einer in den Brennraum ragenden Elektrode versehen ist, umfasst das Steuerungssystem ein Ansaugluftmengensteuergerät für das Steuern der in den Brennraum einzulassenden Ansaugluftmenge, ein Katalysatortemperaturbeurteilungsmittel für das Beurteilen, ob die Temperatur des Abgasreinigungskatalysators niedrig ist, und ein Kraftstoffeinspritzsteuergerät für das Steuern des Kraftstoffeinspritzzustands des Kraftstoffeinspritzventils. Das Kraftstoffeinspritzsteuergerät ist so ausgelegt, dass es zum Zeitpunkt der Zündung eine Schicht aus einem relativ fetten Kraftstoff/Luftgemisch um die Elektroden der Zündkerze bildet, indem es den Kraftstoff während eines Verdichtungstakts in einen geschichteten Verbrennungsbereich spritzt, welcher in einem Bereich niedriger Motorlast eingestellt ist, wenn der Motor warm ist, während es die Schicht aus fettem Kraftstoff-/Luftgemisch in dem Brennraum fein verteilt, indem es den Kraftstoff während eines Ansaugtakts in einem gleichmäßigen Verbrennungsbereich einspritzt, welcher in einem Bereich hoher Motorlast eingestellt ist. Das Ansaugluftmengensteuergerät führt eine Steuerung zur Verringerung der Ansaugluftmenge aus, das Kraftstoffeinspritzsteuergerät führt eine Steuerung zur Vorverstellung der Kraftstoffeinspritz-Startzeit innerhalb des Ansaugtakts sowie eine Steuerung zum Festlegen des Vorverstellungsgrads in einem Bereich, in dem die geschichtete Verbrennung gehalten werden kann, aus und der Betrag, um den die Ansaugluftmenge verringert wird, wird so gesteuert, dass in dem gesamten Brennraum ein Kraftstoff-/Luftverhältnis eingestellt wird, das größer als ein stöchiometrisches Kraftstoff-/Luftverhältnis ist, wenn das Katalysatortemperaturbeurteilungsmittel beurteilt, dass die Temperatur des Abgasreinigungskatalysators in dem geschichteten Verbrennungsbereich bei warmem Motor niedrig ist.
Wenn das Katalysatortemperaturbeurteilungsmittel bei dieser Auslegung beurteilt, dass die Temperatur des Abgasreinigungskatalysators in dem geschichteten Verbrennungsbereich bei warmem Motor niedrig ist, führt das Ansaugluftmengensteuergerät die Steuerung zur Verringerung der Ansaugluftmenge aus, um dadurch einen Abfall der Abgastemperatur aufgrund einer in den Brennraum eingelassenen übermäßigen Ansaugluftmenge zu verhindern und effektiv ein Inaktivwerden des Abgasreinigungskatalysators zu verhindern. Zusätzlich zur Steuerung der Ansaugluftmengenverringerung führt das Kraftstoffeinspritzsteuergerät die Steuerung zum Vorverstellen der Kraftstoffeinspritz-Startzeit um einen festgelegten Betrag während des Verdichtungstakts aus, und der Grad, um den die Ansaugluftmenge verringert wird, wird so gesteuert, dass das Kraftstoff/Luftverhältnis in dem gesamten Brennraum größer als das stöchiometrische Kraftstoff-/Luftverhältnis eingestellt wird. Dies verhindert, dass das Kraftstoff/Luftgemisch um die Elektroden der Zündkerze übermäßig angereichert wird, während die geschichtete Verbrennung des Motors gewahrt wird, so dass die Brennbarkeit bei einem zufrieden stellenden Wert gehalten werden kann.
Ein noch weiteres erfindungsgemäßes Steuerungssystem für einen fremdgezündeten Direkteinspritzmotor, welcher mit einem Abgasreinigungskatalysator in einem Auslasskanal, einem Kraftstoffeinspritzventil für das direkte Spritzen von Kraftstoff in einen Brennraum, einer Zündkerze mit einer in den Brennraum ragenden Elektrode versehen ist, umfasst eine Drosselklappe für das Regeln einer in den Brennraum einzulassenden Ansaugluftmenge, einen Kurbelwinkelsensor für das Feststellen einer Motordrehzahl und ein Motorsteuergerät für das Steuern des Kraftstoffeinspritzventils und der Drosselklappe, so dass eine Schicht aus einem relativ fetten Kraftstoff-/Luftgemisch um die Elektroden der Zündkerze zum Zeitpunkt der Zündung durch Einspritzen des Kraftstoffs während eines Verdichtungstakts in einem geschichteten Verbrennungsbereich, welcher in einem Bereich niedriger Motorlast eingerichtet ist, gebildet wird, wenn der Motor warm ist, und so dass die Schicht aus dem fetten Kraftstoff-/Luftgemisch in dem Brennraum fein verteilt wird, indem der Kraftstoff während eines Ansaugtakts in einem gleichmäßigen Verbrennungsbereich, welcher in einem hohen Motorlastbereich eingerichtet ist, eingespritzt wird. Die Startzeit der Kraftstoffeinspritzung mittels des Kraftstoffeinspritzventils wird innerhalb des Verdichtungstakts durch Verringern der Ansaugluftmenge vorverstellt. Der Grad der Vorverstellung wird in einem Bereich festgelegt, in dem die geschichtete Verbrennung aufrechterhalten werden kann. Das Kraftstoffeinspritzventil und die Drosselklappe werden so gesteuert, dass das Kraftstoff-/Luftverhältnis in dem Brennraum größer als ein stöchiometrisches Kraftstoff-/Luftverhältnis ist, wenn gemäß einem Erfassungssignal des Kurbelwinkelsensors in dem geschichteten Verbrennungsbereich bei warmem Motor bestätigt wird, dass der Leerlaufbetriebszustand des Motors eine vorbestimmte Zeit lang gedauert hat.
Wenn bei dieser Auslegung gemäß dem Erfassungssignal des Kurbelwinkelsensors in dem geschichteten Verbrennungsbereich bei warmem Motor bestätigt wird, dass der Leerlaufbetriebszustand des Motors die vorbestimmte Zeit lang gedauert hat, führt das Motorsteuergerät die Steuerung zur Verringerung der Ansaugluftmenge in dem geschichteten Verbrennungsbereich, die Steuerung zur Vorverstellung der Kraftstoffeinspritz-Startzeit um einen vorbestimmten Betrag während des Verdichtungstakts und die Steuerung zur Einrichtung eines Kraftstoff/Luftverhältnisses in dem gesamten Brennraum, das größer als das stöchiometrische Kraftstoff-/Luftverhältnis ist, aus. Dies verhindert, dass das Kraftstoff-/Luftgemisch um die Elektroden der Zündkerze übermäßig angereichert wird, während die geschichtete Verbrennung des Motors gewahrt wird, so dass die Brennbarkeit bei einem zufrieden stellenden Wert gehalten werden kann.
Bei einem noch weiteren erfindungsgemäßen Steuerungssystem für einen fremdgezündeten Direkteinspritzmotor, welcher mit einem Abgasreinigungskatalysator in einem Auslasskanal, einem Kraftstoffeinspritzventil für das direkte Spritzen von Kraftstoff in einen Brennraum, einer Zündkerze mit einer in den Brennraum ragenden Elektrode, einem Katalysatortemperatursensor für das Feststellen einer Temperatur des Abgasreinigungskatalysators versehen ist, umfasst das Steuerungssystem ein Motorsteuergerät für das Steuern des Kraftstoffeinspritzventils und der Drosselklappe, so dass eine Schicht aus einem relativ fetten Kraftstoff-/Luftgemisch um die Elektroden der Zündkerze zum Zeitpunkt der Zündung durch Einspritzen des Kraftstoffs während eines Verdichtungstakts in einem geschichteten Verbrennungsbereich, welcher in einem Bereich niedriger Motorlast eingerichtet ist, bei warmem Motor gebildet wird, und so dass die Schicht aus dem fetten Kraftstoff-/Luftgemisch in dem Brennraum fein verteilt wird, indem der Kraftstoff während eines Ansaugtakts in einem gleichmäßigen Verbrennungsbereich, welcher in einem hohen Motorlastbereich eingerichtet ist, eingespritzt wird. Die Startzeit der Kraftstoffeinspritzung mittels des Kraftstoffeinspritzventils wird innerhalb des Verdichtungstakts durch Verringern der Ansaugluftmenge vorverstellt. Der Grad der Vorverstellung wird in einem Bereich festgelegt, in dem die geschichtete Verbrennung aufrechterhalten werden kann. Das Kraftstoffeinspritzventil und die Drosselklappe werden so gesteuert, dass das Kraftstoff-/Luftverhältnis in dem Brennraum größer als ein stöchiometrisches Kraftstoff-/Luftverhältnis ist, wenn gemäß einem Erfassungssignal des Katalysatortemperatursensors in dem geschichteten Verbrennungsbereich bei warmem Motor bestätigt wird, dass die Temperatur des Abgasreinigungskatalysators niedrig ist.
Wenn bei dieser Auslegung gemäß dem Erfassungssignal des Katalysatortemperatursensors in dem geschichteten Verbrennungsbereich bei warmem Motor bestätigt wird, dass die Temperatur des Abgasreinigungskatalysators niedrig ist, führt das Motorsteuergerät die Steuerung zur Verringerung der Ansaugluftmenge in dem geschichteten Verbrennungsbereich, die Steuerung zur Vorverstellung der Kraftstoffeinspritz-Startzeit während des Verdichtungstakts um einen festgelegten Betrag und die Steuerung zur Einrichtung eines Kraftstoff/Luftverhältnisses in dem gesamten Brennraum, das größer als das stöchiometrische Kraftstoff-/Luftverhältnis ist, aus. Dies verhindert einen Abfall der Abgastemperatur aufgrund einer in den Brennraum eingelassenen übermäßigen Ansaugluftmenge, was effektiv verhindert, dass der Abgasreinigungskatalysator inaktiv wird. Dies verhindert weiterhin, dass das Kraftstoff-/Luftgemisch um die Elektroden der Zündkerze übermäßig angereichert wird, während die geschichtete Verbrennung des Motors gewahrt wird, so dass die Brennbarkeit bei einem zufrieden stellenden Wert gehalten werden kann.
Diese Erfindung kann in verschiedenen Formen ausgeführt werden, wobei die vorliegende Ausführung veranschaulichend und nicht einschränkend ist, da der Schutzumfang der Erfindung durch die beigefügten Ansprüche, nicht durch die vorstehende Beschreibung festgelegt wird, und alle Änderungen, die in den klar und eindeutig definierten Schutzumfang der Ansprüche fallen bzw. diesem entsprechen, sollen daher von den Ansprüchen umfasst werden.

Claims

Steuerungssystem für einen fremdgezündeten Direkteinspritzmotor (1), welcher mit einem Abgasreinigungskatalysator (11) in einem Auslasskanal (3), einem Kraftstoffeinspritzventil (5) für das direkte Spritzen von Kraftstoff in einen Brennraum, einer Zündkerze (4) mit einer in den Brennraum ragenden Elektrode versehen ist, wobei das Steuerungssystem umfasst: – ein Ansaugluftmengensteuergerät (18) für das Steuern einer in den Brennraum einzulassenden Ansaugluftmenge und – ein Kraftstoffeinspritzsteuergerät (19) für das Ausbilden einer Schicht aus einem verhältnismäßig fetten Kraftstoff-/Luftgemisch um die Elektroden der Zündkerze (4) zum Zeitpunkt der Zündung durch Spritzen des Kraftstoffes während eines Verdichtungstakts in einen geschichteten Verbrennungsbereich, welcher in einem unteren Motorlastbereich eingerichtet ist, wenn der Motor (1) warm ist, während die Schicht des fetten Kraftstoff-/Luftgemisches in dem Brennraum durch Spritzen des Kraftstoffs während eines Ansaugtakts in einen gleichmäßigen Verbrennungsbereich, welcher in einem hohen Motorlastbereich eingerichtet ist, dispergiert wird, und Vorstellen der Kraftstoffeinspritzzeit innerhalb des Verdichtungstakts; und Festlegen des Grads des Vorstellens in einem Bereich, in welchem die geschichtete Verbrennung des Motors (1) gewahrt werden kann, wenn das Ansaugluftmengensteuergerät (18) eine Steuerung ausführt, um die Ansaugluftmenge in dem geschichteten Verbrennungsbereich zu verringern, wenn der Motor (1) warm ist; – ein Betriebszustandbeurteilungsmittel (17) für das Beurteilen eines Betriebszustands des Motors (1); – ein Außenlufttemperaturfeststellmittel (22) für das Feststellen einer Temperatur der Außenluft; und – ein Katalysatortemperaturbeurteilungsmittel (16) für das Beurteilen der Temperatur des Abgasreinigungskatalysators (11); dadurch gekennzeichnet, dass – das System dafür ausgelegt ist, eine gleichmäßige Verbrennung auszuführen, bei welcher die Kraftstoffeinspritzung während des Ansaugtakts aufgenommen wird, wenn das Betriebszustandbeurteilungsmittel (17) den Betriebszustand des Motors (1) in dem unteren Motorlastbereich, beispielsweise dem Leerlaufbereich, einstuft und das Außenlufltemperaturfeststellmittel (22) die Außenlufttemperatur in dem geschichteten Verbrennungsbereich als niedrig einstuft, wenn der Motor warm ist; – das Ansaugluftmengensteuergerät (18) dafür ausgelegt ist, die Ansaugluftmenge zu verringern, und das Kraftstoffeinspritzsteuergerät (19) dafür ausgelegt ist, den Kraftstoffeinspritzstartzeitpunkt von dem eingestellten Zeitpunkt für den normale Betriebszeitraum in der zweiten Hälfte des Verdichtungstakts vorzustellen, falls das Betriebszustandbeurteilungsmittel (17) den Betriebszustand des Motors als nicht in dem unteren Motorlastbereich befindlich einstuft und das Katalysatortemperaturbeurteilungsmittel (16) die Temperatur des Abgasreinigungskatalysators (11) als niedrig einstuft, wenn der Motor warm ist; und – das Ansaugluftmengensteuergerät (18) dafür ausgelegt ist, die Ansaugluftmenge zu verringern, und das Kraftstoffeinspritzsteuergerät (19) dafür ausgelegt ist, den Kraftstoffeinspritzstartzeitpunkt von dem eingestellten Zeitpunkt für den normale Betriebszeitraum in der zweiten Hälfte des Verdichtungstakts vorzustellen, falls das Betriebszustandbeurteilungsmittel (17) den Betriebszustand des Motors als in dem unteren Motorlastbereich befindet einstuft, das Außentemperaturfeststellmittel (22) die Außenlufttemperatur in dem geschichteten Verbrennungsbereich als nicht niedrig einstuft und das Katalysatortemperaturbeurteilungsmittel (16) die Temperatur des Abgasreinigungskatalysators (11) als niedrig einstuft, wenn der Motor warm ist.
Steuerungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftstoffeinspritzgerät (19) die Kraftstoffeinspritzung während des Ansaugtakts aufnimmt und das Ansaugluftmengensteuergerät (18) die Ansaugluftmenge steuert, um ein Kraftstoff-/Luftverhältnis in dem gesamten Brennraum einzustellen, welches im Wesentlichen gleich einem stöchiometrischen Kraftstoff-/Luftverhältnis ist, wenn das Betriebszustandbeurteilungsmittel (17) beurteilt, dass der Betriebszustand des Motors in einem niedrigen Motorlastbereich liegt, und das Außenlufttemperaturfeststellmittel (22) feststellt, dass die Außenlufttemperatur in dem geschichteten Verbrennungsbereich niedrig ist, wenn der Motor (1) warm ist.
Steuerungssystem nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftstoffeinspritzsteuergerät (19) den Kraftstoffeinspritzstartzeitpunkt in der zweiten Hälfte des Verdichtungstakts vorstellt, wenn das Ansaugluftmengensteuergerät (18) die Steuerung ausführt, um die Ansaugluftmenge zumindest in einem Leerlaufbereich des geschichteten Verbrennungsbereichs zu verringern, wenn der Motor (1) warm ist.
Steuerungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Grad, um den die Ansaugluftmenge verringert wird, so gesteuert wird, dass ein Kraftstoff-/Luftverhältnis in dem gesamten Verbrennungsraum eingestellt wird, welches größer als ein stöchiometrisches Kraftstoff-/Luftverhältnis ist, wenn das Ansaugluftmengensteuergerät (18) die Steuerung ausführt, um die Ansaugluftmenge mindestens in einem Leerlaufbereich des geschichteten Verbrennungsbereichs zu verringern, wenn der Motor (1) warm ist.
Steuerungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Betriebszustandbeurteilungsmittel (17) dafür ausgelegt ist zu beurteilen, ob sich der Motor (1) in einem Leerlaufzustand befindet, das Ansaugluftmengensteuergerät (18) die Steuerung ausführt, um die Ansaugluftmenge zu verringern, wenn das Betriebszustandbeurteilungsmittel (17) urteilt, dass der Motor (1) über eine vorbestimmte Zeit weiter in einem Leerlaufzustand in dem geschichteten Verbrennungsbereich läuft, wenn der Motor (1) warm ist.