DE60021447T2 - Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung - Google Patents

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung und insbesondere ein Katalysatortemperatur-Erhöhungstechnik in einer Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung.
  • In letzter Zeit kamen Brennkraftmaschinen mit Direkteinspritzung, welche Kraftstoff direkt in eine Brennkammer einspritzen, zum praktischen Einsatz. Dieser Typ einer Brennkraftmaschine wird im Allgemeinen so geregelt, dass zwischen einer geschichteten Verbrennung und einer gleichmäßigen Verbrennung in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen der Maschine umgeschaltet wird.
  • Dieser Brennkraftmaschinentyp ist auch mit einer Abgasreinigungs-Katalysatorvorrichtung in ihrem Abgaskanal ausgestattet, um schädliche Komponenten oder Emissionen in dem Abgas zu unterdrücken, das an die Luft emittiert wird. Die Temperatur dieser Katalysatorvorrichtung sollte auf eine vorbestimmte Temperatur oder darüber erhöht werden, um eine zufrieden stellende Abgasreinigungseigenschaft zu erzielen. Auf dem Gebiet der vorgenannten Brennkraftmaschinen wurden ein Verfahren zur schnelleren Aktivierung der Katalysatorvorrichtung und ein Verfahren zur Verhinderung, dass die Temperatur der Katalysatorvorrichtung unter eine vorbestimmte Temperatur fällt, entwickelt.
  • Die in der japanischen ungeprüften Patentoffenlegung (KOKAI) No. Hei 8-100638 offenbarte Technik führt beispielsweise eine Nacheinspritzung in der ersten Hälfte des Arbeits- oder Ausdehnungshubs nach der Ausführung der Haupteinspritzung zur Erzielung der Ausgangsleistung durch und führt eine Nachverbrennung des Kraftstoffs in der Nacheinspritzung unter Ausnutzung der Flammenausbreitung der Hauptverbrennung in der Haupteinspritzung durch. Diese Technik erhöht die Temperatur des Abgases früher, um dadurch schnell die Katalysatorvorrichtung nach einem Kaltstart zu aktivieren.
  • Es kann ein Fall vorliegen, in welchem ein Schichtverbrennungsbetrieb (z.B., ein Leerlaufbetrieb), in welcher die Temperatur des Abgases niedriger als die in einem gleichmäßigen Verbrennungsvorgang nach dem Aufwärmen wird, fortgesetzt und dadurch ein Fallen der Temperatur der Katalysatorvorrichtung bewirkt wird. In einem derartigen Falle hält die in der japanischen ungeprüften Patentveröffentlichung (KOKAI) No. Hei 10-47040 offenbarte Technik die Katalysatortemperatur auf oder über einer vorbestimmten Aktivierungstemperatur, indem der Betrieb der Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung von dem Schichtverbrennungsbetrieb auf den gleichmäßigen Verbrennungsbetrieb umgeschaltet wird. Dieses verhindert die Verschlechterung der Abgasreinigungseigenschaft.
  • Da die erstgenannte Technik eine große Menge an zusätzlichem Kraftstoff, welcher nicht zu der Ausgangsleistung des Motors beiträgt, einspritzen muss, um die Katalysatortemperatur zu erhöhen, wird der Kraftstoffverbrauch höher. Da der Betrag der zu erhöhenden Temperatur des Abgases in dem letztgenannten Verfahren nicht groß ist, wird die Zeit für den Verbrennungsbetrieb mit gleichmäßiger Vormischung, um die Temperatur der Katalysatorvorrichtung zu halten oder wieder herzustellen, länger. Dieses führt zu einem höheren Kraftstoffverbrauch.
  • DE 197 55 348 offenbart ein Abgastemperatur-Erhöhungssystem für eine Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung, in welchem der Haupteinspritzzeitpunkt sowie der Zündzeitpunkt verzögert wird. US 5,642,705 offenbart ein Regelungssystem und -verfahren für eine Brennkraftmaschine mit direkter Kraftstoffeinspritzung, in welcher der Einspritz- und Zündzeitpunkt verzögert werden.
  • Demzufolge ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung bereitzustellen, welche die Abgasreinigungseigenschaften verbessern kann, während eine Zunahme im Kraftstoffverbrauch verhindert wird.
  • Diese Aufgabe kann durch die in den Ansprüchen definierten Merkmale gelöst werden.
  • Gemäß der Erfindung kann eine Schichtverbrennung in einer solchen Weise erzielt werden, dass das Luft/Kraftstoff-Verhältnis der Maschine ein stöchiometrisches Luft/Kraftstoff-Verhältnis wird oder in dessen Nähe kommt, wodurch es möglich ist, Mengen an Kohlenmonoxid (CO) und Sauerstoff (O2) in die Abgasreinigungs-Katalysatorvorrichtung gleichzeitig einzuleiten, um eine Oxidationsreaktion ohne Beeinträchtigung des Kraftstoffverbrauchs zu bewirken. Dies kann eine effiziente Erhöhung der Temperatur der Abgasreinigungs-Katalysatorvorrichtung durch die Reaktionswärme ermöglichen.
  • In diesem Falle ist es zu bevorzugen, dass die Regelungsvorrichtung eine Regelung mit offener Regelschleife in einer solchen Weise durchführt, dass das Luft/Kraftstoff-Verhältnis etwa 14 bis 16 wird.
  • Die Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung weist ferner bevorzugt eine in dem Abgaskanal vorgesehenen Sauerstoffkonzentrations-Detektionsvorrichtung, um eine Sauerstoffkonzentration in dem Abgas zu detektieren, wodurch die Rege lungsvorrichtung eine Rückkopplungsregelung auf der Basis eines Ausgangssignals der Sauerstoffkonzentrations-Detektionsvorrichtung in einer solchen Weise durchführt, dass das Luft/Kraftstoff-Verhältnis zu einem stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis wird.
  • Dies kann die Zuverlässigkeit der Regelung erhöhen und den Wirkungsgrad der Temperaturerhöhung der Abgasreinigungs-Katalysatorvorrichtung verbessern.
  • Gemäß der Erfindung kann die Temperatur der Abgasreinigungs-Katalysatorvorrichtung effizient erhöht werden, während gleichzeitig die Erzeugung von Rauch unterdrückt wird.
  • In der Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung ist es zu bevorzugen, dass die Regelungsvorrichtung ferner eine zusätzliche Kraftstoffregelungseinrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff in einer anderen Einspritzung als einer Haupteinspritzung zur Hauptverbrennung aufweist, wodurch vor der Aktivierung der Temperaturerhöhungs-Regelungseinrichtung die Regelungsvorrichtung die zusätzliche Kraftstoffeinspritz-Regelungseinrichtung veranlasst, zusätzlichen Kraftstoff in einen Ausdehnungshub nach der Haupteinspritzung einzuspritzen.
  • Diese Struktur kann den Wirkungsgrad der Temperaturerhöhung der Abgasreinigungs-Katalysatorvorrichtung insbesondere zum Zeitpunkt eines Kaltstarts verbessern.
  • Die Erfindung wird detaillierter in Verbindung mit den Zeichnungen beschrieben. In den Zeichnungen ist:
  • 1 eine schematische Aufbaudarstellung, die eine Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung gemäß dieser Erfindung darstellt;
  • 2 ein Flussdiagramm, das eine Regelungsroutine zur Deaktivierungsunterdrückungsregelung (Zeitgeberregelung) un ter Verwendung eines Zeitgebers gemäß einer ersten Ausführungsform dieser Erfindung darstellt;
  • 3 ein Zeitdiagramm, das die Regelungsinhalte der Deaktivierungsunterdrückungsregelung in 2 darstellt;
  • 4 eine Darstellung, die ein O2-Sensorausgangssignal (a), eine O2-Konzentration (b), eine H2-Konzentration (c) und eine CO-Konzentration (d) im Vergleich zueinander in einem Falle darstellt, in welchem die Kompressionshubseinspritzung durchgeführt wird (durchgezogene Linien), und in einem Falle, in welchem ein herkömmlicher Verbrennungsbetrieb mit gleichmäßiger Vormischung durchgeführt wird (Einzelpunkt/Strich-Linien), sobald das Luft/Kraftstoff-Verhältnis A/F in beiden Fällen verändert wird;
  • 5 ein Zeitdiagramm, das zeitabhängige Veränderungen in der Abgastemperatur Tex bei dem Mittenabschnitt eines selektiven NOx-Katalysators und bei dem Mittenabschnitt eines Dreiwegekatalysators in einem Falle darstellt, in welchem ein Betrieb in einem Kompressions-S/L-Modus auf der Basis der Deaktivierungsunterdrückungsregelung in 2 durchgeführt wird (durchgezogene Linien), im Vergleich zu denen in einem Fall, in welchem der herkömmliche Betrieb mit gleichmäßiger Verbrennung durchgeführt wird (Einzelpunkt/Strich-Linien);
  • 6 eine Darstellung, die die Beziehung zwischen der CO-Konzentration und Rauchkonzentration darstellt;
  • 7 ein Kennfeld, das die Beziehung zischen dem Zündzeitpunkt, dem Einspritzendzeitpunkt, dem Intervall (dargestellt durch Einzelpunk/Strich-Linien) zwischen dem Zündzeitpunkt und dem Einspritzendzeitpunkt, der CO-Konzentration (durchgezogene Linien) und der Rauchkonzentration (durchgezogene Linie mit Schraffierung) in einem Falle darstellt, in welchem das Luft/Kraftstoff-Verhältnis konstant ist (z.B. 15);
  • 8 ein Flussdiagramm, das eine Regelungsroutine für eine Deaktivierungsunterdrückungsregelung (Abgastemperatursensorregelung) unter Verwendung eines Abgastemperatursensors gemäß einer zweiten Ausführungsform dieser Erfindung darstellt;
  • 9 ein Flussdiagramm, das eine Regelungsroutine für einen Fall darstellt, in welchem eine Regelung mit offenem Regelkreis bei einem Betrieb in einem Kompressions-S/L-Modus unter Kaltstart-Temperaturerhöhungsregelung unter Verwendung eines Zeitgebers gemäß einer dritten Ausführungsform durchgeführt wird;
  • 10 ein Zeitdiagramm, das die Regelungsinhalte der Kaltstart-Temperaturerhöhungsregelung in 9 darstellt;
  • 11 ein Zeitdiagramm, das zeitabhängige Änderungen in der Abgastemperatur Tex an dem Eingangs- und Mittenabschnitt eines selektiven NOx-Katalysators in einem Falle darstellt, wenn die Einspritzung in zwei Stufen zu dem Zeitpunkt ausgeführt wird, an dem ein Betrieb im Kompressions-S/L-Modus auf der Basis der Kaltstart-Temperaturerhöhungsregelung in 9 durchgeführt wird (durchgezogene Linie) und denen in einem Falle, in welchem eine derartige zweistufige Einspritzung nicht durchgeführt, wird (Einzelpunkt/Strich-Linien);
  • 12 ein Zeitdiagramm, das zeitabhängige Änderungen (a) in der Abgastemperatur Tex an dem Eingangs- und Mittenabschnitt eines selektiven NOx-Katalysators und an dem Mittenabschnitt eines Dreiwegekatalysators, und zeitabhängige Änderungen in dem NOx-Reinigungswirkungsgrad (b), CO-Reinigungswirkungsgrad (c), und HC-Reinigungswirkungsgrad (d) der Abgasreinigungs-Katalysatorvorrichtung in einem Falle, in welchem ein Betrieb in einem Kompressions-S/L-Modus nach einer zweistufigen Einspritzung auf der Basis der Kaltstart-Temperaturerhöhungsregelung durchgeführt wird (durchgezogene Linien), im Vergleich zu denjenigen in einem Falle, in welchem die herkömmliche gleichmäßige Verbrennung durchgeführt wird (Einzelpunkt/Strich-Linien);
  • 13 ein Flussdiagramm, das eine Regelungsroutine für einen Fall darstellt, in welchem ein Betrieb in einem Kompressions-O2-F/B-Modus unter der Kaltstart-Temperaturerhöhungsregelung unter Verwendung eines Zeitgebers gemäß einer vierten Ausführungsform dieser Erfindung durchgeführt wird;
  • 14 ein Zeitdiagramm, das die Regelungsinhalte der Kaltstart-Temperaturerhöhungsregelung in 13 darstellt;
  • 15 ein Flussdiagramm, das eine Regelungsroutine für einen Fall darstellt, in welchem ein Betrieb in einem Kompressions-O2-F/B-Modus unter der Kaltstart-Temperaturerhöhungsregelung unter Verwendung eines Abgastemperatursensors gemäß einer fünften Ausführungsform dieser Erfindung durchgeführt wird;
  • 16 ein Zeitdiagramm, das die Regelungsinhalte der Kaltstart-Temperaturerhöhungsregelung in 15 darstellt; und
  • 17 ein Flussdiagramm, das eine Regelungsroutine für eine O2-Sensoraktivierungs-Ermittlungsregelung darstellt.
  • Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
  • 1 präsentiert eine schematische Aufbaudarstellung einer Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung gemäß der bevorzugten Ausführungsform dieser Erfindung, welche in ein Fahrzeug einzubauen ist. Der Aufbau der Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung wird anschließend unter Bezugnahme auf diese Figur diskutiert.
  • Ein Maschinenkörper 1 (hierin nachstehend einfach als "Maschine" bezeichnet) ist beispielsweise ein Reihen-Vierzylinder-Benzinmotor, welcher in Abhängigkeit von den Betriebs- oder Fahrbedingungen zwischen zwei Kraftstoffeinspritzmodi (Betriebsmodi) wechselseitig umschaltet. Der erste ist ein Ansaughub-Einspritzmodus, in welchem Kraftstoff in den Ansaughub eingespritzt wird, um eine gleichmäßige Verbrennung zu erzielen. Der zweite ist ein Kompressionshubeinspritzmodus, in welchem Kraftstoff in den Kompressionshub eingespritzt wird, um eine Schichtverbrennung zu erzielen.
  • Diese Maschine 1 kann bei einem stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis (Betrieb mit stöchiometrischem Luft/Kraftstoff-Verhältnis) arbeiten, bei einem fetten Luft/Kraftstoff-Verhältnis (Fettbetrieb) arbeiten und bei einem mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnis (z.B. einem Luft/Kraftstoff-Verhältnis von etwa 18 bis 23) (Magerbetrieb) im Ansaughub-Einspritzmodus arbeiten, und kann bei einem übermageren Luft/Kraftstoff-Verhältnis (z.B. einem Luft/Kraftstoff-Verhältnis von etwa 25 bis 50) (Übermagerbetrieb) im Kompressionshubeinspritzmodus arbeiten.
  • Ferner führt diese Maschine 1 eine Kraftstoffeinspritzung in dem Ausdehnungshub sowie in dem Ansaughub oder Kompressionshub aus. Insbesondere kann die Maschine 1 eine Kraftstoffeinspritzung in zwei Stufen oder zweistufige Einspritzung bei der Durchführung der Haupteinspritzung für die Hauptverbrennung in dem Ansaughub oder Kompressionshub ausführen und dann zusätzlichen Kraftstoff in den Ausdehnungshub einspritzen. Diese zweistufige Einspritzung zielt auf eine Erhöhung der Temperatur des Abgases ab, indem bewirkt wird, dass der hauptsächlich in der Nacheinspritzung in den Ausdehnungshub eingespritzte Kraftstoff nicht zu dem Arbeitshub beiträgt, sondern ihm ermöglicht, mit Überschusssauerstoff während der zweiten Hälfte des Ausdehnungshubs und des Auslasshubs zu reagieren (verbrannt zu werden).
  • Gemäß Darstellung in 1 sind eine Zündkerze 4 und ein elektromagnetisches Kraftstoffeinspritzventil 6 auf einem Zylinderkopf 2 der Maschine 1 für jeden Zylinder vorgesehen. Diese Kraftstoffeinspritzventile 6 sind in einer solchen Weise vorgesehen, dass sie Kraftstoff direkt in die zugeordneten Brennkammern 8 einspritzen.
  • Die Kraftstoffeinspritzventile 6 sind mit einer nicht dargestellten Kraftstoffzuführungsvorrichtung verbunden. Die Kraftstoffzuführungsvorrichtung ist mit einer Niederdruckkraftstoffpumpe ausgestattet, welche Kraftstoff aus einem Kraftstofftank pumpt und den Kraftstoff einer Hochdruckkraftstoffpumpe zuführt, welche den von der Niederdruckkraftstoffpumpe kommenden Kraftstoff unter Druck setzt. Dieser Aufbau ermöglicht es jedem Kraftstoffeinspritzventil 6, Kraftstoff mit dem gewünschten Kraftstoffdruck einzuspritzen. Zu diesem Zeitpunkt wird die Gesamtmenge der Kraftstoffeinspritzung auf der Basis des Kraftstoffpumpdruckes der Hochdruckkraftstoffpumpe und der Ventilöffnungszeit des Kraftstoffeinspritzventils 6 oder der Kraftstoffeinspritzzeit ermittelt.
  • Einlasskanäle sind in jedem Zylinder in dem Zylinderkopf 12 ausgebildet, die angenähert vertikal verlaufen. Ein Ende eines Einlasskrümmers 10 ist mit dem Zylinderkopf 2 in einer solchen Weise verbunden, dass er mit den Einlasskanälen in Verbindung steht. Ein Drosselklappenventil 11 ist mit dem anderen Ende des Einlasskrümmers 10 verbunden, und ist mit einem Drosselklappensensor 11a ausgestattet, welcher einen Drosselklappenwinkel θth detektiert.
  • Auslasskanäle sind in jedem Zylinder in dem Zylinderkopf 2 ausgebildet, die angenähert horizontal verlaufen. Ein Ende des Abgaskrümmers 12 ist mit dem Zylinderkopf 2 in einer sol chen Weise verbunden, dass er mit den Auslasskanälen in Verbindung steht.
  • Ein Kurbelwellenwinkelsensor 13 detektiert einen Kurbelwellenwinkel CA. Eine Maschinendrehzahl Ne wird auf der Basis des Ausgangssignals (Kurbelwellenwinkels CA) dieses Kurbelwellenwinkelsensors 13 detektiert. Ein Kühlmitteltemperatursensor 14 detektiert eine Kühlmitteltemperatur WT der Maschine 1. Basierend auf der Temperaturinformation aus dem Kühlmitteltemperatursensor 14 ist es möglich, zu ermitteln, ob die Maschine 1 sich in einem kalten Zustand oder Aufwärmzustand befindet.
  • Da die Brennkraftmaschine 1 mit Direkteinspritzung gemäß dieser Ausführungsform ein bekannter Typ ist, werden die Details ihres Aufbaus hier nicht diskutiert.
  • Der verwendete Abgaskrümmer 12 ist ein Reaktionstyp, welcher effektiv unverbrannte Kraftstoffkomponenten (brennbare Substanzen wie z.B. unverbranntes HC) verbrennen kann, welche von den einzelnen Zylindern in den Abgaskanal ausgegeben werden. Dieser Reaktionsabgaskrümmer 12 besitzt eine Abgasvereinigungsstelle 12a, wo die Abgase aus den einzelnen Zylindern gesammelt werden. Wie es aus 1 ersichtlich ist, ist das Volumen der Abgassammelstelle 12a größer als das des normalen Abgaskrümmers. Das Volumen der Abgasvereinigungsstelle 12a ist also ausgelegt, dass unverbrannte Kraftstoffkomponenten, welche sich teilweise bei der Abgasvereinigungsstelle 12a befinden, gemischt und mit Überschusssauerstoff zur Reaktion gebracht (verbrannt) werden. Dies ermöglicht es insbesondere, dass unverbrannte Kraftstoffkomponenten (im Wesentlichen HC) die von den einzelnen Zylindern in der Nacheinspritzung in der zweistufigen Einspritzung ausgegeben werden, ausreichend verbrannt werden, und somit effizient die Abgastemperatur erhöhen.
  • Wie es in dieser Figur dargestellt ist, ist der Abgaskrümmer 12 mit einem Abgasrohr 20 verbunden, mit welchem ein (nicht dargestellter) Schalldämpfer über eine Abgasreinigungs-Katalysatorvorrichtung 30 verbunden ist. Das Abgasrohr 20 ist mit einem O2-Sensor 22 versehen, welcher die Sauerstoffkonzentration in dem Abgas detektiert. Dieser O2-Sensor 22 hat eine solche Eigenschaft, dass sich die Ausgangssignalspannung deutlich mit dem als Referenzpunkt genommenen stöchiometrisches Luft/Kraftstoff-Verhältnis ändert. Insbesondere wird die Ausgangssignalspannung auf der Seite eines fetten Luft/Kraftstoff-Verhältnisses höher, während sie auf der Seite eines mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnisses kleiner wird (in der Nähe eines Wertes von "0"). Das Luft/Kraftstoff-Verhältnis der Maschine 1 kann daher ungefähr auf ein stöchiometrisches Luft/Kraftstoff-Verhältnis eingestellt werden, indem das Luft/Kraftstoff-Verhältnis zwischen dem mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnis und dem fetten Luft/Kraftstoff-Verhältnis oszilliert. Dieses wird als stöchiometrische Rückkopplungsregelung oder O2-Rückkopplungsregelung bezeichnet und wird hierin nachstehend als "O2-F/B-Regelung" bezeichnet. Da der O2-Sensor ein bekannter Typ ist, wird dessen detaillierter Aufbau hier nicht diskutiert.
  • Die Abgasreinigungs-Katalysatorvorrichtung 30 weist einen selektiven Reduktions-NOx-Katalysator 30a auf, welcher selektiv NOx in dem HC enthaltenen Abgas bei dem Betrieb mit magerem Luft/Kraftstoff-Verhältnis reinigen kann, und einen Dreiwegekatalysator 30b. Der Dreiwegekatalysator 30b ist abstromseitig von dem selektiven Reduktions-NOx-Katalysator 30a angeordnet. Der selektive Reduktions-NOx-Katalysator 30a, welcher nahezu denselben Aufbau wie der Dreiwegekatalysator 30b hat, jedoch eine andere Substanz trägt, kann selektiv große Mengen an NOx in dem Abgas selbst unter Oxidationsatmosphäre entfernen.
  • An der Abstromseite des Dreiwegekatalysators 30b ist ein Abgastemperatursensor 32 vorgesehen, welcher die Temperatur des Abgases detektieren kann, das den Abgasreinigungskatalysator 30 passiert hat (Abgastemperatur Tex). Die von diesem Abgastemperatursensor 32 detektierte Temperatur Tex kann als die Haupttemperatur der Abgasreinigungs-Katalysatorvorrichtung 30 betrachtet werden. Auf der Basis des Ausgangssignals des Abgastemperatursensors 32 ist es daher möglich, zu ermitteln, ob die Abgasreinigungseigenschaft der Abgasreinigungs-Katalysatorvorrichtung 30 ausreichend erzielt werden kann oder nicht, d.h., ob die Temperatur dieser Abgasreinigungs-Katalysatorvorrichtung 30 einen Wert erreicht hat oder nicht, bei welcher der selektive Reduktions-NOx-Katalysator 30a und der Dreiwegekatalysator 30b ausreichend funktionieren können.
  • Eine elektronische Regeleinheit (ECU) 40 weist eine Eingabe/Ausgabe-Vorrichtung, eine Speichereinheit (ROM, RAM, nicht-flüchtiges RAM oder dergleichen), eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU) und einen Zeitgeberzähler auf. Diese ECU 40 ist eine Regelungsvorrichtung, welche die allgemeine Regelung der Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung gemäß dieser Erfindung durchführt. Mit der Eingangsseite der ECU 40 sind verschiedene Sensoren, wie z.B. der Drosselklappensensor 11a, Kurbelwellenwinkelsensor 13, Kühlmitteltemperatursensor 14, O2-Sensor 22 und Abgastemperatursensor 32 verbunden, deren Detektionsinformation in die ECU 40 eingegeben wird.
  • Die vorstehend erwähnten Zündkerzen 4 und die Kraftstoffeinspritzventile 6 sind über Zündspulen mit der Ausgangsseite der ECU 40 verbunden. Die ECU 40 weist eine Kraftstoffeinspritzzeit-Regelungseinrichtung und eine Kraftstoffregelungseinrichtung auf und gibt die optimalen Werte für den Zündzeitpunkt, die Menge der Kraftstoffeinspritzung und den Kraftstoffeinspritzzeitpunkt an jede Zündkerze 4 und jedes Kraftstoffeinspritzventil 6 auf der Basis von Ausgangssignalen aus den verschiedenen Sensoren aus. Demzufolge wird die korrekte Menge an Kraftstoff aus jedem Kraftstoffeinspritzventil 6 zum angemessenen Zeitpunkt eingespritzt und an dem optimalen Zeitpunkt durch die zugeordneten Zündkerzen 4 gezündet.
  • Insbesondere erfasst die ECU 40 auf der Basis der Drosselklappenwinkelinformation θth aus dem Drosselklappensensor 11a und der Maschinendrehzahlinformation Ne aus dem Kurbelwellenwinkelsensor 13 einen Soll-Durchschnittseffektivdruck Pe für die Maschinenbelastung. Auf der Basis der Information über den Soll-Durchschnittseffektivdruck und die Maschinendrehzahl Ne wird normalerweise der Kraftstoffeinspritzmodus oder der Betriebsmodus unter Bezugnahme auf ein (nicht dargestelltes) vorfestgelegtes Kraftstoffeinspritzmodus-Kennfeld festgelegt. Wenn der Soll-Durchschnittseffektivdruck Pe und die Maschinendrehzahl Ne beide klein sind, wird beispielsweise der Betriebsmodus der Kompressionshub-Einspritzmodus oder der Kompressionsmagermodus (Kompressions-L-Modus) um Kraftstoff aus dem Kraftstoffeinspritzventil 6 während des Kompressionshubs so einzuspritzen, dass das Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis (Soll-A/F) zu einem übermageren Luft/Kraftstoff-Verhältnis (z.B. etwa 25 bis 50) wird. Wenn der Soll-Durchschnittseffektivdruck Pe und die Maschinendrehzahl Ne größer werden, wird der Betriebsmodus zu dem Ansaughub-Einspritzmodus, um Kraftstoff während des Ansaughubs einzuspritzen. Dieser Ansaughub-Einspritzmodus umfasst einen Ansaug-Magermodus, welcher das Soll-A/F auf ein mageres Luft/Kraftstoff-Verhältnis (z.B. etwa 18 bis 23) regelt, einen Ansaughub-O2-Rückkopplungsmodus (Ansaug-O2-F/B-Modus), welcher das Ist-Luft/Kraftstoff-Verhältnis der Maschine (Ist-A/F) auf ein stöchiometrisches Luft/Kraftstoff-Verhältnis regelt, und einen Modus mit offenem Regelkreis (Ansaug-O/L- Modus) welcher das Soll-A/F auf ein fettes Luft/Kraftstoff-Verhältnis regelt.
  • Das Soll-A/F wird auf der Basis des Soll-Durchschnittseffektivdrucks Pe und der Maschinendrehzahl Ne festgelegt, und die Menge des aus dem Kraftstoffeinspritzventil 6 einzuspritzenden Kraftstoffs wird auf der Basis des Soll-A/F ermittelt.
  • Die Betriebsmodi umfassen auch einen zweistufigen Einspritzmodus, welcher eine Haupteinspritzung in den Ansaughub oder Kompressionshub durchführt, und dann zusätzlichen Kraftstoff in den Ausdehnungshub einspritzt. Dieser zweistufige Einspritzmodus wird mittels einer in der ECU 40 vorgesehenen Zusatzkraftstoff-Einspritzregelungseinrichtung in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen der Maschine 1 ausgeführt, die auf der Basis der Detektionsinformation aus den verschiedenen Sensoren ermittelt wird.
  • Die Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung dieser Erfindung weist ferner einen Kompressionshub-Leichtmagermodus (Kompressions-S/L-Modus) auf, welcher das Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf ein leicht mageres Luft/Kraftstoff-Verhältnis (z.B. etwa 14,7 bis 16), etwas magerer als das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis regelt, indem Kraftstoff während des Kompressionshubs und einen Kompressionshub-O2-Rückkopplungsmodus (Kompressions-O2-F/B-Modus) eingespritzt, welcher eine Rückkopplungsregelung durchführt, um zu ermöglichen, dass das Ist-A/F zu einem stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis wird, beides auf der Basis der Detektionsinformation aus den verschiedenen Sensoren, wenn die Temperatur der Abgasreinigungs-Katalysatorvorrichtung 30 niedrig ist. Diese Betriebsmodi werden von einer in der ECU 40 vorgesehenen Temperaturerhöhungs-Regelungseinrichtung ausgeführt, um die Temperatur der Abgasreinigungs-Katalysatorvorrichtung 30 zu erhöhen.
  • Es erfolgt nun eine Beschreibung der Regelung zum Erhöhen der Temperatur der Abgasreinigungs-Katalysatorvorrichtung 30 in der Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung dieser Erfindung.
  • Es gibt einige Fälle, in welchen die Temperatur der Abgasreinigungs-Katalysatorvorrichtung 30 niedrig wird. Einer dieser Fälle ist ein Schichtverbrennungsbetrieb (Kompressionshub-Einspritzmodus), in welchem ein Abgas-Niedrigtemperatur-Betriebsmodus, in welchem die Abgastemperatur Tex niedrig wird, über eine längere Zeitdauer andauert, und dadurch die Temperatur der Abgasreinigungs-Katalysatorvorrichtung 30 verringert. Ein weiterer Fall ist der Kaltstartmodus, in welchem die Maschine 1 für eine lange Zeitdauer angehalten war, was die Temperatur der Abgasreinigungs-Katalysatorvorrichtung niedriger als die Aktivierungstemperatur macht. Die Temperaturerhöhungsregelungen für diese Fälle werden nachstehend einzeln diskutiert.
  • Erste Ausführungsform
  • Die Temperaturerhöhungsregelung für den erstgenannten Fall wird zuerst diskutiert.
  • 2 ist ein Flussdiagramm, das eine Regelungsroutine für eine Deaktivierungs-Unterdrückungsregelung darstellt, die verhindert, dass die Temperatur der Abgasreinigungs-Katalysatorvorrichtung 30 unter eine vorbestimmte Temperatur (z.B. die Aktivierungstemperatur) fällt, und insbesondere eine Regelungsroutine, welche eine Zeitgeberregelung verwendet. 3 stellt ein Zeitdiagramm der Deaktivierungs-Unterdrückungs regelung dar. Die erste Ausführungsform wird nun unter Bezugnahme auf die 2 und 3 beschrieben.
  • Zuerst wird im Schritt S10 auf der Basis des vorstehend erwähnten Kraftstoffeinspritzmodus-Kennfeldes ermittelt, dass der Betriebsmodus beispielsweise sowohl der Kompressions-L-Modus als auch der Leerlaufmodus ist, in welchem die Maschinendrehzahl Ne niedrig wird, d.h., dass der ermittelte Betriebsmodus der Abgas-Niedrigtemperatur-Betriebsmodus ist, ein in dieser Routine zu verwendender Zeitgeber Tauf "0" zurückgesetzt und zum Zählen gestartet wird (siehe (a), (b), (c) und (c) in 3). Dann wird der Abgas-Niedrigtemperatur-Betriebsmodus im Schritt S12 ausgeführt.
  • In dem nächsten Schritt S14 wird ermittelt, ob der Zählstand des Zeitgebers T eine vorbestimmte Zeitgeberzeit T1 erreicht hat, d.h., ob der Betrieb des Abgas-Niedrigtemperatur-Betriebsmodus über eine vorbestimmte Zeitdauer T1 fortgesetzt worden ist. Die vorbestimmte Zeitdauer T1 wurde zuvor auf der Basis experimenteller Ergebnisse oder dergleichen auf eine solche Länge eingestellt, von der angenommen wird, dass die Temperatur der Abgasreinigungs-Katalysatorvorrichtung 30 oder die Abgastemperatur Tex über diese hinweg auf oder einen vorbestimmten Wert (Deaktivierungstemperatur) Tex0 gefallen ist, wenn der Betrieb in dem Abgas-Niedrigtemperatur-Betriebsmodus weitergeht. Wenn das Feststellungsergebnis negativ (Nein) ist, kehrt der Ablauf zu dem Schritt S12 zurück, um den Abgas-Niedrigtemperatur-Betriebsmodus zu belassen. Wenn das Feststellungsergebnis bestätigend (Ja) ist, oder wenn ermittelt wird, dass der Zählstand des Zeitgebers T die vorbestimmte Zeitgeberzeit T1 erreicht hat, und der Betrieb in dem Abgas-Niedrigtemperatur-Betriebsmodus über eine vorbestimmte Zeitdauer T1 stattgefunden hat (siehe (d) in 3), geht der Ablauf andererseits zu dem Schritt S16 über.
  • Im Schritt S16 wird ermittelt, ob der Betrieb im Kompressions-S/L-Modus durchgeführt werden kann, bevor die Temperatur der Abgasreinigungs-Katalysatorvorrichtung 30 erhöht wird. Insbesondere wird ermittelt, ob die Maschinendrehzahl Ne, der Soll-Durchschnittseffektivdruck Pe und die Fahrzeuggeschwindigkeit V gleich oder größer als die entsprechenden vorbestimmten Werte sind.
  • Wenn irgendein Wert von der Maschinendrehzahl Ne, dem Soll-Durchschnittseffektivdruck Pe und der Fahrzeuggeschwindigkeit V höher als der zugeordnete vorbestimmte Wert ist, kann das Fahrzeug als sich in normalen Betriebsbedingungen befindend betrachtet werden, in welchen die Abgastemperatur hoch ist. In diesem Falle kann der Effekt der Temperaturerhöhung der Abgasreinigungs-Katalysatorvorrichtung 30 ausreichend ohne Verwendung dieser Regelung erreicht werden. Wenn das Feststellungsergebnis im Schritt S16 "Nein" ist, und irgendein Wert von der Maschinendrehzahl Ne, dem Soll-Durchschnittseffektivdruck Pe und der Fahrzeuggeschwindigkeit V höher als der zugeordnete vorbestimmte Wert ist, geht der Ablauf zu dem Schritt S18 über.
  • Mit anderen Worten, wenn irgendein Wert von der Maschinendrehzahl Ne, dem Soll-Durchschnittseffektivdruck Pe und der Fahrzeuggeschwindigkeit V höher als der zugeordnete vorbestimmte Wert ist, kann dann angenommen werden, dass der Fahrer von der Maschine 1 hohe Leistung fordert und die Maschine 1 aktiv betreiben möchte. In einem derartigen Falle wird der Betrieb im Kompressions-S/L-Modus nicht durchgeführt, da die Durchführung des Kompressions-S/L-Modus wahrscheinlich zu sehr die Temperatur der Abgasreinigungs-Katalysatorvorrichtung 30 erhöht.
  • In diesem Falle wird daher die normale Regelung im Schritt S18 ausgeführt, ohne den Betrieb im Kompressions-S/L- Modus auszuführen, d.h., ohne Ausführung der Regelung zur Erhöhung der Temperatur der Abgasreinigungs-Katalysatorvorrichtung 30. Die Maschine 1 wird also auf der Basis des vorstehenden Kraftstoffeinspritzmodus-Kennfeldes betrieben.
  • Wenn das Feststellungsergebnis im Schritt S16 "Ja" ist, was bedeutet, dass jeder Wert von der Maschinendrehzahl Ne, des Soll-Durchschnittseffektivdruckes Pe und der Fahrzeuggeschwindigkeit V gleich oder niedriger als die entsprechenden vorbestimmten Werte ist, geht der Ablauf zu dem Schritt S20 über, um den Betrieb in dem Kompressions-S/L-Modus auszuführen.
  • In diesem Kompressions-S/L-Modus wird, wie vorstehend erwähnt, die Kraftstoffeinspritzung in dem Kompressionshub ausgeführt, wobei das Luft/Kraftstoff-Verhältnis mittels der Temperaturerhöhungs-Regelungsvorrichtung so geregelt wird, dass es das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis oder ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis in der Nähe davon ist, bevorzugt ein leicht mageres Luft/Kraftstoff-Verhältnis (z.B. etwa 14,7 bis 16) ist, welches etwas magerer als das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis (14,7) ist.
  • Diese Regelung erzeugt lokal einen Zustand eines fetten Luft/Kraftstoff-Verhältnisses mit einer hohen Kraftstoffkonzentration in dem Soll-Zylinder, so dass der Sauerstoff lokal unzureichend wird. Dieses bringt eine unvollständige Kraftstoffverbrennung mit sich, die eine relativ große Menge an Kohlenmonoxid (CO) erzeugt. Der nicht ausreichende Sauerstoff bewirkt, dass durch die Verbrennung erzeugter Wasserstoff (H2) übrig bleibt.
  • Da die Verbrennung im Kompressionshubeinspritzmodus eine Schichtverbrennung ist, bleiben Mengen an Sauerstoff (O2), die nicht zu der Verbrennung beitragen, als Überschusssauerstoff an den Abschnitten der Brennkammer 8 übrig, welche lo kal von den Bereichen mit fettem Luft/Kraftstoff-Verhältnis entfernt sind.
  • Mit anderen Worten, wenn der Betriebsmodus der Kompressions-S/L-Modus ist, werden große Mengen an Kohlenmonoxid (CO) und Wasserstoff (H2) erzeugt und in den Abgaskrümmer 12 ausgegeben, und zur selben Zeit wird der Überschusssauerstoff (O2), der nicht zu der Verbrennung beiträgt, in den Abgaskrümmer 12 ausgegeben.
  • In 4 stellen die durchgezogenen Linien das Ausgangssignal des O2-Sensors (a), der O2-Konzentration (b), der H2-Konzentration (c) und der CO-Konzentration (d) in dem Falle, in welchem die Kompressionshubeinspritzung durchgeführt wird, während das Luft/Kraftstoff-Verhältnis A/F geändert wird, im Vergleich zu ähnlichen Ergebnissen dar, die durch Einzelpunkt/Strich-Linien in dem Falle angezeigt werden, in welchem die Ansaughubeinspritzung durchgeführt wird, während das Luft/Kraftstoff-Verhältnis A/F verändert wird. Wie es aus diesem Diagramm ersichtlich ist, tritt, wenn eine Ansaughubeinspritzung mit dem in einer Nähe des stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnisses (Einzelpunkt/Strich-Linien) eingestelltes Luft/Kraftstoff-Verhältnis durchgeführt wird, eine gleichmäßige Vormischungsverbrennung auf, so dass die H2-Konzentration auf angenähert 0 Vol.% eingestellt ist und die CO-Konzentration auf angenähert 0,5 Vol.% eingestellt ist. Wenn die Kompressionshubeinspritzung mit dem in einer Nähe des stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnisses (durchgezogene Linien) eingestellten Luft/Kraftstoff-Verhältnis durchgeführt wird, zeigen die H2-Konzentration und die CO-Konzentration sowie die O2-Konzentration ausreichend hohe Werte (beispielsweise O2-Konzentration: 2,0 Vol.%, H2-Konzentration: 0,5 Vol.% und CO-Konzentration: 1,5 Vol.%).
  • Da der Abgaskrümmer 12 wie vorstehend erwähnt ein Reaktionstyp ist, erfahren, wenn Kohlenmonoxid (CO), Wasserstoff (H2) und Sauerstoff (O2) in den Abgaskrümmer 12 zur selben Zeit ausgegeben werden, CO, H2 und O2 eine Oxidationsreaktion (Verbrennung) bis zu einem bestimmten Grad bei der Abgasvereinigungsstelle 12a. Da das Abgas unverbranntes HC enthält, erfährt dieses unverbrannte HC ebenfalls eine Oxidationsreaktion (Verbrennung) bei der Abgasvereinigungsstelle 12a. Dieses hebt die Abgastemperatur auf einen bestimmten Grad an, und diese Reaktionswärme erhöht die Temperatur der Abgasreinigungs-Katalysatorvorrichtung 30.
  • Es wird jedoch der Kompressions-S/L-Modus ausgeführt, wenn der Betrieb in dem Abgas-Niedrigtemperatur-Betriebsmodus über eine vorbestimmte Zeitgeberzeit T1 durchgeführt worden ist und die Abgastemperatur Tex sehr niedrig ist. Daher schreitet die Reaktion in dem Abgaskrümmer 12 nicht sehr fort, so dass die erhöhte Abgastemperatur keinen ausreichenden Effekt einer Erhöhung der Temperatur der Abgasreinigungs-Katalysatorvorrichtung 30 zustande bringt.
  • Demzufolge passiert der größte Anteil von CO, H2 und O2 das Abgasrohr 20 und erreicht die Abgasreinigungs-Katalysatorvorrichtung 30.
  • Im Allgemeinen besitzen sowohl der selektive Reduktions-NOx-Katalysator 30a als auch der Dreiwegekatalysator 30b in der Abgasreinigungs-Katalysatorvorrichtung 30 die Fähigkeiten, O2 in sich selbst unter der Überschusssauerstoffatmosphäre so zurückzuhalten, dass das zurückgehaltene O2 Emissionen wie z.B. CO oxidiert und diese harmlos macht.
  • Wenn CO oder H2 und O2, wie vorstehend erwähnt, zusammen vorliegen, bewirkt die katalytische Wirkung, dass CO oder H2 unter Erzeugung von Reaktionswärme gut oxidiert werden. Diese Reaktionswärme erhöht die Temperatur der Abgasreinigungs-Katalysatorvorrichtung 30.
  • Wenn der Betrieb im Betriebsmodus bei niedriger Abgastemperatur über eine vorbestimmte Zeitgeberzeit T1 fortgesetzt wurde und die Abgastemperatur Tex sehr niedrig wird, bewirkt daher die Umschaltung des Betriebsmodus auf den Kompressions-S/L-Modus, dass CO, H2 und O2 gleichzeitig der Abgasreinigungs-Katalysatorvorrichtung 30 zugeführt werden. Die durch die Oxidationsreaktion von CO oder H2 erzeugte Reaktionswärme kann schnell und angemessen die Temperatur der Abgasreinigungs-Katalysatorvorrichtung 30 oder die Temperaturen des selektiven NOx-Katalysators 30a und Dreiwegekatalysators 30b erhöhen.
  • In 5 stellen die durchgezogenen Linien zeitabhängige Veränderungen in der Abgastemperatur Tex in dem Mittenabschnitt des selektiven Reduktions-NOx-Katalysators 30a und bei dem Mittenabschnitt des Dreiwegekatalysators 30b in dem Falle dar, in welchem der selektive Reduktions-NOx-Katalysator 30a und der Dreiwegekatalysator 30b mit den Abgastemperatursensoren versehen sind, und der Betrieb in dem Kompressions-S/L-Modus gemäß dieser Erfindung durchgeführt wird, nachdem die Abgastemperatur Tex gleich oder kleiner als der vorbestimmte Wert (Deaktivierungstemperatur) Tex0 wird, während die Einzelpunkt/Strich-Linien ähnliche zeitabhängige Veränderungen in dem Falle darstellen, in welchem der Verbrennungsbetrieb mit gleichmäßiger Vormischung wie nach dem Stand der Technik durchgeführt wird. Wie es in diesem Diagramm dargestellt wird, erhöht der Betrieb im Kompressions-S/L-Modus (durchgezogene Linien) die Abgastemperatur Tex auf einen hohen Temperaturwert schneller als die Verbrennung mit gleichmäßiger Vormischung (Einzelpunkt/Strich-Linien), was zu einer schnelleren Erhöhung der Temperaturen des selektiven Reduktions-NOx-Katalysators 30a und des Dreiwegekatalysators 30b führt.
  • In der Figur steigt die Abgastemperatur Tex an dem Mittenabschnitt des Dreiwegekatalysators 30b mit einer bestimmten Verzögerung gegenüber dem Anstieg der Abgastemperatur Tex bei dem Mittenabschnitt des selektiven Reduktions-NOx-Katalysators 30a an. Dieses beruht darauf, dass der Dreiwegekatalysator 30b abstromseitig von dem selektiven Reduktions-NOx-Katalysator 30a angeordnet ist, so dass der größte Teil von CO, H2 und O2 zuerst in dem NOx-Katalysator 30a reagiert, was die Temperatur des NOx-Katalysators 30a erhöht, und dann wird die Temperatur des Dreiwegekatalysators 30b durch die Überschussreaktionswärme erhöht, die erhalten wird, wenn die Temperatur des NOx-Katalysators 30a hoch genug geworden ist.
  • In diesem Falle ist das gesamte Luft/Kraftstoff-Verhältnis ein Wert (z.B. 14,7 bis 16) in der Nähe des stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnisses (14,7) im Kompressions-S/L-Modus. Anders als im Stand der Technik kann die Temperatur der Abgasreinigungs-Katalysatorvorrichtung 30 erhöht werden, ohne die Ausführung der Verbrennung mit gleichmäßiger Vormischung (z.B. den Ansaug-O/L-Modusbetrieb) für ein lange Zeitdauer oder durch eine kontinuierliche Nacheinspritzung bis die Katalysatorvorrichtung aktiv wird, d.h., ohne Beeinträchtigung des Kraftstoffverbrauchs erhöht werden.
  • Wenn der Betriebsmodus auf den Kompressions-S/L-Modus umgeschaltet wird, bewirkt eine Schichtverbrennung einen lokal fetten Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Zustand, und erzeugt somit lokal eine Menge an CO. Dieses kann ein so genanntes Rauchproblem erhöhen. Jedoch ist die CO-Konzentration normalerweise nahezu proportional zu der Rauchkonzentration gemäß Darstellung in 6; sobald die Menge an CO zunimmt, nimmt auch die Menge an Rauch zu. Wenn das Luft/Kraftstoff- Verhältnis im Kompressions-S/L-Modus auf die Seite eines mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnisses eingestellt wird, was die Kraftstoffeinspritzungsmenge kleiner macht, nimmt also die Menge des erzeugten CO ab. Dieses kann die Raucherzeugungsmenge verringern.
  • In Anbetracht des Vorstehenden wird in diesem Kompressions-S/L-Modus das Luft/Kraftstoff-Verhältnis nicht auf die Seite eines fetten Luft/Kraftstoff-Verhältnisses eingestellt, sondern auf ein leicht mageres Luft/Kraftstoff-Verhältnis (z.B. 14,7 bis 16), welches ausreichend CO liefert, während die Erzeugung von Rauch so weit wie möglich unterdrückt wird.
  • Es ist bekannt, dass die Menge des erzeugten CO und die Menge des erzeugten Rauchs eine signifikante Korrelation mit dem Zündzeitpunkt und dem Kraftstoffeinspritzzeitpunkt (tatsächlich dem Einspritzendzeitpunkt) aufweisen, insbesondere zu dem Intervall zwischen dem Zündzeitpunkt und dem Einspritzendzeitpunkt. In dieser Ausführungsform werden daher der Zündzeitpunkt und der Einspritzendzeitpunkt auf solch optimale Werte eingestellt, dass man in der Lage ist, eine ausreichende Menge an CO zu liefern, während gleichzeitig die Erzeugungsmenge an Rauch verringert wird.
  • 7 stellt ein Kennfeld dar, das die Beziehung zwischen dem Zündzeitpunkt, dem Einspritzendzeitpunkt, dem (durch Einzelpunkt/Strich-Linien dargestellten) Intervall zwischen dem Zündzeitpunkt und dem Einspritzendzeitpunkt, der CO-Konzentration (durchgezogene Linien) und der Rauchkonzentration (durchgezogene Linie mit Schraffierung) in dem Falle darstellt, in welchem das Luft/Kraftstoff-Verhältnis konstant (z.B. 15) ist. Tatsächlich werden der optimale Zündzeitpunkt und der Einspritzendzeitpunkt auf diesem Kennfeld basierend eingestellt. Insbesondere wurde ein Bezugswert für die Raucherzeugung auf einen Pegel eingestellt, unter welchem kein Rauch mit den Augen zu sehen ist (z.B. etwa 5,0%), und der Zündzeitpunkt und der Einspritzendzeitpunkt (Einstellpunkte), welche die Erzeugungsmenge von CO maximieren und die CO-Konzentration auf einen hohen Wert (beispielsweise nahe 1,5%) setzen, wenn man die Erzeugungsmenge an Rauch auf den Bezugswert setzen möchte, werden aus dem Kennfeld ausgelesen (Änderungseinrichtung zur Regelung eines Intervalls zwischen einem Einspritzzeitpunkt und einem Zündzeitpunkt). Mit diesen Einstellpunkten wird der optimale Zündzeitpunkt beispielsweise zu 5° BTDC (vor dem oberen Totpunkt), während der optimale Einspritzendzeitpunkt beispielsweise zu 55° BTDC wird, was ein Intervall von 50° CA (Kurbelwellenwinkel) zwischen dem Zündzeitpunkt und dem Einspritzendzeitpunkt aus dieser Figur ergibt.
  • Obwohl der optimale Zündzeitpunkt und der optimale Einspritzendzeitpunkt in einer solchen Weise eingestellt werden, dass die Rauchkonzentration zu dem Bezugswert (z.B. etwa 5%) wird, können der Zündzeitpunkt und der Einspritzendzeitpunkt so eingestellt werden, dass sie soviel CO wie möglich im Hinblick auf die Erzeugungsmenge von CO und die Erzeugungsmenge von Rauch erzeugen, oder können so eingestellt werden, dass sie so wenig Rauch wie möglich erzeugen.
  • Insbesondere muss, wie es in derselben Figur dargestellt ist, wenn man die Erzeugungsmenge von CO erhöhen möchte, das Intervall zwischen dem Zündzeitpunkt und dem Einspritzendzeitpunkt nur klein eingestellt werden, während, wenn die Erzeugungsmenge von Rauch reduziert werden soll, das Intervall zwischen dem Zündzeitpunkt und dem Einspritzendzeitpunkt nur groß eingestellt werden muss. Praktisch gesagt kann, wenn das Intervall zwischen dem Zündzeitpunkt und dem Einspritzendzeitpunkt in einem Bereich von 50° CA ± etwa 10° liegt, d.h. in einem Bereich von 40° CA bis 60° CA, ausreichend viel CO erhalten werden kann, während gleichzeitig die Erzeugung von Rauch reduziert wird. Mit anderen Worten sollte, das Intervall zwischen dem Zündzeitpunkt und dem Einspritzendzeitpunkt in den Bereich von 40° CA bis 60° CA im Kompressions-S/L-Modus fallen.
  • Wenn beispielsweise der Betrieb in dem Abgas-Niedrigtemperatur-Betriebsmodus der Leerlauf ist, sollte, wenn der Betriebsmodus auf den Kompressions-S/L-Modus umgeschaltet ist, dieser Leerlaufzustand beibehalten werden. Es ist daher erforderlich, die Luftmenge durch Vorbeileiten in dem (nicht dargestellten) Umgehungskanal, der für die Umgehung des Drosselklappenventils 11 ausgebildet ist, einzustellen, und die Maschinendrehzahl Ne auf eine vorbestimmte Leerlaufdrehzahl einzustellen.
  • Wenn der Betriebsmodus der Kompressions-L-Modus ist, ist normalerweise ein (nicht dargestelltes) EGR-Ventil geöffnet, um eine Abgasrückführung (EGR) durchzuführen, um NOx zu reduzieren. Wenn der Kompressions-S/L-Modus stattfindet, wird das EGR-Ventil geschlossen, um keine EGR durchzuführen, um eine Veränderung in einem Luft/Kraftstoff-Verhältnis oder dergleichen zu unterdrücken.
  • Wenn der Betrieb im Kompressions-S/L-Modus im Schritt S20 in 2 ausgeführt wird, um die Temperatur der Abgasreinigungs-Katalysatorvorrichtung 30 in der vorstehend beschriebenen Weise zu erhöhen, geht der Ablauf zu dem Schritt S22 über.
  • Im Schritt S22 wird ermittelt, ob der Zählstand des Zeitgebers T eine vorbestimmte Zeitgeberzeit T2 erreicht hat, d.h., ob der Betrieb in dem Kompressions-S/L-Modus über eine vorbestimmte Zeitdauer T2 angedauert hat. Die vorbestimmte Zeitdauer T2 wurde wie die vorbestimmte Zeitdauer T1 zuvor auf der Basis experimenteller Ergebnisse oder dergleichen auf eine solche Länge eingestellt, dass die Temperatur der Abgasreinigungs-Katalysatorvorrichtung 30 oder die Abgastemperatur Tex als auf einen vorbestimmten Wert Tex1 als Folge der Ausführung des Betriebs im Kompressions-S/L-Modus nach dem Betrieb im Abgas-Niedrigtemperatur-Betriebsmodus erhöht angenommen werden kann. Wenn das Feststellungsergebnis "Nein" ist, geht der Ablauf über den Schritt S16 zu dem Schritt S20 über, um den Betrieb in dem Kompressions-S/L-Modus zu halten. Wenn das Entscheidungsergebnis "Ja" ist, oder wenn ermittelt wird, dass der Zählstand des Zeitgebers T die vorbestimmte Zeitdauer T2 erreicht hat und der Betrieb im Kompressions-S/L-Modus über eine vorbestimmte Zeit gemäß der Zeitdauer T2 (siehe (c) in 3) fortgesetzt wurde, wird andererseits der Betrieb im Kompressions-S/L-Modus beendet und der Ablauf geht zu dem Schritt S24 über.
  • In dem Schritt S24 wird der Betriebsmodus auf den ursprünglichen Betriebsmodus zurückgesetzt. Der Betrieb in dem Abgas-Niedrigtemperatur-Betriebsmodus wird also wieder aufgenommen.
  • Zweite Ausführungsform
  • Nachstehendes beschreibt die zweite Ausführungsform, wobei die Deaktivierungsunterdrückungsregelung unter Verwendung einer Abgastemperatursensorregelung anstelle der in der ersten Ausführungsform Zeitgeberregelung ausgeführt wird.
  • 8 stellt ein Flussdiagramm dar, welches eine Regelungsroutine für eine Deaktivierungsunterdrückungsregelung auf der Basis einer Abgastemperatursensorregelung in dem Falle dar, in welchem die Abgasreinigungs-Katalysatorvorrichtung 30 abkühlt ist, während die Maschine 1 läuft. Die nachstehende Beschreibung erfolgt anhand des Flussdiagramms in 8 und auch unter Bezugnahme auf das Zeitdiagramm in 3.
  • In dem ersten Schritt S30 wird ermittelt, ob die Ausführung des Betriebs in dem Niedrigtemperatur-Betriebsmodus die von dem Abgastemperatursensor 32 detektierte Abgastemperatur Tex auf oder unter den vorstehend erwähnten vorbestimmten Wert (Deaktivierungstemperatur) Tex0 (siehe (b) in 3) abgesenkt hat. Während in der ersten Ausführungsformermittelt im Wesentlichen basierend auf der aus dem Zählstand des Zeitgebers T vorhergesagten Abgastemperatur ermittelt wird, ob der Kompressions-S/L-Modus ausgeführt wird, wird also die Abgastemperatur Tex direkt für die Unterscheidung in diesem Schritt detektiert.
  • Wenn das Feststellungsergebnis im Schritt S30 "Nein" ist, geht der Ablauf zu dem Schritt S39 über, um keinen Betrieb im Kompressions-S/L-Modus auszuführen, sondern den Betrieb in dem Betriebmodus fortzusetzen, der vor der Ausführung der Deaktivierungsunterdrückungsregelung durchgeführt wurde.
  • Wenn das Feststellungsergebnis "Ja" ist, und ermittelt wird, dass die Abgastemperatur Tex gleich oder niedriger als der vorbestimmte Wert (Deaktivierungstemperatur) Tex0 ist, geht andererseits der Ablauf zu dem Schritt S32 über, um zu ermitteln, ob der Betrieb in dem Kompressions-S/L-Modus wie in der ersten Ausführungsform ausgeführt werden kann. Da die Entscheidungsbedingungen in diesem Falle dieselben sind wie vorher erläutert, wird die Beschreibung hier nicht wiederholt.
  • Wenn das Feststellungsergebnis im Schritt S32 "Nein" ist, geht der Ablauf zu dem Schritt S34 über, um die normale Regelung wie in der ersten Ausführungsform zu implementieren. Wenn das Feststellungsergebnis im Schritt S32 "Ja" ist, geht andererseits der Ablauf zu dem Schritt S36 über, um den Betrieb im Kompressions-S/L-Modus zu starten. Da die Inhalte des Kompressions-S/L-Modus bereits diskutiert worden sind, wird dessen Beschreibung unterlassen.
  • Nachdem der Betrieb im Kompressions-S/L-Modus durchgeführt worden ist, um die Temperatur der Abgasreinigungs-Katalysatorvorrichtung 30 im Schritt S36 zu erhöhen, geht der Ablauf zu dem Schritt S38 über.
  • Im Schritt S38 wird ermittelt, ob die von dem Temperatursensor 32 detektierte Abgastemperatur Tex gleich oder höher als der vorstehend erwähnte vorbestimmte Wert Tex1 (siehe (b) in 3) geworden ist. Während in der ersten Ausführungsform ermittelt wird, ob der Kompressions-S/L-Modus im Wesentlichen auf der Basis der aus dem Zählerstand des Zeitgebers T1 ermittelten Abgastemperatur geändert wird oder nicht, wird die Abgastemperatur Tex also direkt detektiert, um die Beendigung des Kompressions-S/L-Modus in diesem Schritt zu ermitteln.
  • Wenn das Feststellungsergebnis im Schritt S38 "Nein" ist, geht der Ablauf über den Schritt S32 zum Schritt S36 über, um den Betrieb im Kompressions-S/L-Modus zu halten. Wenn das Feststellungsergebnis im Schritt S38 "Ja" ist, d.h., wenn ermittelt wird, dass der kontinuierliche Betrieb im Kompressions-S/L-Modus die Abgastemperatur Tex gleich oder höher als den vorbestimmten Wert Tex1 gemacht hat (siehe (b) in 3) wird andererseits der Betrieb im Kompressions-S/L-Modus beendet, und der Ablauf geht zu dem Schritt S39 über.
  • Im Schritt S39 wird, wie vorstehend erwähnt, der Betriebsmodus auf den zurückgesetzt, der vor der Ausführung der Deaktivierungsunterdrückungsregelung durchgeführt worden ist. In diesem Falle wird tatsächlich der Betrieb in dem Abgas-Niedrigtemperatur-Betriebsmodus wieder aufgenommen.
  • Diese Regelung kann ermöglichen, dass der Betrieb im Kompressions-S/L-Modus nach Bedarf angemessen so ausgeführt, dass die Temperatur der Abgasreinigungs-Katalysatorvorrichtung 30 erhöht werden kann, ohne den Kraftstoffverbrauch zu beeinträchtigen und gleichzeitig die Erzeugung von Rauch zu unterdrücken.
  • Dritte Ausführungsform
  • Nachstehendes diskutiert die Temperaturerhöhungsregelung für die Abgasreinigungs-Katalysatorvorrichtung 30, wenn die Maschine 1 kalt gestartet wird.
  • 9 stellt ein Flussdiagramm dar, das eine Regelungsroutine für den Fall der Ausführung des Betriebs im Kompressions-S/L-Modus mittels der Regelung mit offenem Regelkreis (O/L-Regelung) unter Zeitgeberregelung in der Temperaturerhöhungsregelung durchführt, wenn die Maschine 1 kalt gestartet wird, d.h., in einer Kaltstart-Temperaturerhöhungsregelung, um die Temperatur der Abgasreinigungs-Katalysatorvorrichtung 30 auf eine vorbestimmte Aktivierungstemperatur aus dem Niedertemperaturzustand zu erhöhen. 10 stellt ein Zeitdiagramm dar, das die Steuerinhalte der Kaltstart-Temperaturerhöhungsregelung darstellt. Die dritte Ausführungsform wird nun unter Bezugnahme auf das Flussdiagramm in 9 und das Zeitdiagramm in 10 diskutiert.
  • Zuerst wird im Schritt S40, wenn ermittelt wird, dass der Startschalter (Start-Sw) oder der (nicht dargestellte) Zündschalter eingeschaltet und die Maschine 1 gestartet worden ist, der in dieser Routine verwendete Zeitgeber T auf "0" zurückgesetzt und beginnt mit dem Zählen. Wenn im Schritt S42 ermittelt wird, dass beispielsweise die Maschinendrehzahl Ne einen vorbestimmten Wert Ne1, der größer als die Leerlaufdrehzahl ist, erreicht hat und die Startermittlung abgeschlossen ist, geht der Ablauf zu dem Schritt S44 über. Man beachte, dass wie es in (a) in 10 dargestellt ist, der Betriebsmodus auf den Ansaug-O/L-Modus gestellt wird, um ausreichend Kraftstoff für den Start der Maschine 1 zuzuführen, bis die Maschinendrehzahl Ne einen vorbestimmten Wert Ne1 ab der Aktivierung der Maschine 1 erreicht.
  • Im Schritt S44 wird ermittelt, ob die vorstehend erwähnte zweistufige Einspritzung ausgeführt werden kann. Wenn die Temperatur der Abgasreinigungs-Katalysatorvorrichtung 30 sehr niedrig ist und die Katalysatorvorrichtung 30 nicht ausreichend aktiv wie im Falle des Kaltstarts ist, ist selbst der Betrieb in dem Kompressions-S/L-Modus nicht gut genug, um eine katalysatororientierte Oxidationsreaktion zu fördern. Gemäß der dritten Ausführungsform wird daher eine zweistufige Einspritzung vor dem Betrieb im Kompressions-S/L-Modus in einem solchen Falle implementiert, so dass die Temperatur der Katalysatorvorrichtung 30 auf einen bestimmten Pegel durch die Abgastemperatur erhöht (vorgeheizt) wird. In diesem Schritt S44 wird ermittelt, ob die zweistufige Einspritzung durchgeführt werden kann oder nicht.
  • In dieser Ermittlung wird wie bei der Feststellung, ob der Kompressions-S/L-Modus durchzuführen ist oder nicht, ermittelt, ob der nicht dargestellte Leerlaufschalter auf AUS steht und die Maschinendrehzahl Ne, der Soll-Durchschnittseffektivdruck Pe und die Fahrzeuggeschwindigkeit V gleich oder kleiner als die entsprechenden vorbestimmten Werte sind. Es wird auch ermittelt, ob die Kühlmitteltemperaturinformation WT aus dem Kühlmitteltemperatursensor 14 gleich oder kleiner als die Temperatur ist, die nahelegt, dass die Maschine 1 auf eine Aufwärmtemperatur WT0 aufgewärmt ist. Der Ablauf umfasst auch die letzte Entscheidung bezüglich der Kühlmitteltemperaturinformation WT, um insbesondere zu verhindern, dass die Temperatur der Abgasreinigungs-Katalysatorvorrichtung 30 zu hoch ansteigt.
  • Wenn das Feststellungsergebnis im Schritt S44 "Nein" ist, oder ermittelt wird, dass die zweistufige Einspritzung aufgrund eines möglicherweise unzureichenden Drehmomentes und eines zu hohen Temperaturanstiegs nicht ausgeführt werden sollte, wird die normale Regelung im Schritt S46 ausgeführt. Die. Maschine 1 wird also auf der Basis des vorstehend erwähnten Kraftstoffeinspritzmodus-Kennfeldes betrieben.
  • Wenn das Feststellungsergebnis im Schritt S44 "Ja" ist, oder wenn ermittelt wird, dass die zweistufige Einspritzung durchgeführt werden kann, da es keine Möglichkeit eines unzureichenden Drehmomentes oder einer übermäßigen Temperaturanstiegs gibt, wird die zweistufige Einspritzung im Schritt S48 (siehe (a) in 10) ausgeführt. Insbesondere wird, nachdem die Haupteinspritzung für die Hauptverbrennung in dem Ansaug- oder Kompressionshub ausgeführt worden ist, eine Nacheinspritzung in dem Expansionshub durchgeführt, um zusätzlichen Kraftstoff zuzuführen (Zusatzkraftstoff-Einspritzregelungseinrichtung). Diese bewirkt, dass unverbrannte Kraftstoffkomponenten (im Wesentlichen HC) durch die Wirkung des Reaktionsabgaskrümmers gut zur Reaktion gebracht (verbrannt) werden, und somit die Abgastemperatur erhöht wird. Dieses erhöht die Temperatur der Abgasreinigungs-Katalysatorvorrichtung 30.
  • In dem nächsten Schritt S50 wird ermittelt, ob der Zählstand des Zeitgebers T eine vorbestimmte Zeitgeberzeit (vorbestimmte Dauer) T3 seit der Betätigung des Startschalters oder dem Einschalten des Zündschalters erreicht hat. Die vorbestimmte Zeitgeberzeit T3 wurde vorab auf der Basis experimenteller Ergebnisse oder dergleichen auf eine ausreichende Länge eingestellt, damit die Temperatur der Abgasreinigungs-Katalysatorvorrichtung 30 auf einen Pegel ansteigt, der die Oxidationsreaktion in der Katalysatorvorrichtung 30 startet, wenn der Modus auf den Kompressions-S/L-Modus geschaltet ist. Wenn das Feststellungsergebnis "Nein" ist, geht der Ablauf über den Schritt S44 zu dem Schritt S48 über, um die zweistufige Einspritzung beizubehalten. Wenn das Feststellungsergebnis "Ja" ist, d.h., wenn ermittelt wird, dass der Zählstand des Zeitgebers T eine vorbestimmte Zeitgeberzeit T3 erreicht hat, geht andererseits der Ablauf zu dem Schritt S52 über.
  • Im Schritt S52 wird ermittelt, ob der Betrieb im Kompressions-S/L-Modus wie in den ersten und zweiten Ausführungsformen durchgeführt werden kann. In der dritten Ausführungsform umfassen die Entscheidungsbedingungen einen Prüfungszustand, ob die Kühltemperaturinformation WT gleich oder kleiner als eine Aufwärmtemperatur WT0 ist, wie er in der vorstehend erwähnten Entscheidung bezüglich der Ausführung der zweistufigen Einspritzung verwendet wurde, und einen Prüfungszustand, ob eine Gesamtausführungszeit für die zweistufige Einspritzung gleich oder größer als eine vorbestimmte Zeit t3 zusätzlich zu denen ist, welche die Maschinendrehzahl Ne, den Soll-Durchschnittseffektivdruck Pe und die Fahrzeuggeschwindigkeit V betreffen. Insbesondere trifft dieser Schritt eine Entscheidung, ob die Maschinendrehzahl Ne gleich oder kleiner als der vorbestimmte Wert Ne1 ist, der größer als die Leerlaufdrehzahl ist, ob der Soll-Durchschnittseffektivdruck Pe gleich oder kleiner als ein vorbestimmter Wert Pe1 ist oder nicht, und ob die Fahrzeuggeschwindigkeit V gleich oder kleiner als ein vorbestimmter Wert V1 ist (siehe (e), (f) und (g) in 10), und trifft eine Entscheidung, ob eine Kühlmitteltemperatur WT gleich oder kleiner als die Aufwärmtemperatur WT0 (siehe (b) in 10) ist, und eine Entscheidung, ob die Gesamtausführungszeit für eine zweistufige Einspritzung gleich oder kleiner als die vorbestimmte Zeit t3 (t3 < T3) (siehe (d) in 10) ist oder nicht.
  • Die Entscheidungsbedingungen umfassen die letzte Entscheidung bezüglich der Gesamtausführungszeit in Hinblick auf den nachstehenden wahrscheinlichen Fall. Das Feststellungsergebnis im Schritt S44 kann aufgrund einer Veränderung in dem Betriebszustand, während der Zeitgeber T die vorbestimmte Zeitgeberzeit T3 zählt, kurzzeitig "Nein" werden, so dass die zweistufige Einspritzung unterbrochen wird. In diesem Falle kann die Temperatur der Abgasreinigungs-Katalysatorvorrichtung 30 nicht ausreichend durch die zweistufige Einspritzung ansteigen. In dieser Situation kann der Betrieb des Kompressions-S/L-Modus keinen ausreichenden Temperatursteigerungseffekt zustande bringen. Wenn also die Gesamtausführungszeit für die zweistufige Einspritzung kürzer als die Zeitmenge ist, die zum Erhöhen der Temperatur der Abgasreinigungs-Katalysatorvorrichtung 30 auf einen ausreichenden Pegel lange genug ist, oder kürzer als die vorbestimmte Zeit t3 ist, kann angenommen werden, dass die Wirkung des Betriebs im Kompressions-S/L-Modus unzureichend ist. Wenn ein derartiger Fall auftritt, wird der Betrieb im Kompressions-S/L-Modus nicht ausgeführt.
  • Wenn das Feststellungsergebnis im Schritt S52 "Nein" ist, geht der Ablauf zu dem Schritt S54 über, um die normale Regelung (d.h., den Ansaug-O/L-Modusbetrieb) wie in den vorstehenden Ausführungsformen ausgeführt zu implementieren. Wenn das Feststellungsergebnis im Schritt S52 "Ja" ist, geht andererseits der Ablauf zu dem Schritt S56 über, um den Betrieb im Kompressions-S/L-Modus wie in den ersten und zweiten Ausführungsformen (siehe (a) in 10) auszuführen.
  • Da eine zweistufige Injektion zuerst gefolgt von dem Betrieb im Kompressions-S/L-Modus ausgeführt wird, wird eine Oxidationsreaktion von CO und H2 in der Abgasreinigungs-Katalysatorvorrichtung 30 trotz des Kaltstarts gut gefördert, so dass die Reaktionswärme effizient und schnell die Temperatur der Katalysatorvorrichtung 30 oder die Temperaturen des selektiven Reduktions-NOx-Katalysators 30a und des Dreiwegekatalysators 30b wie in dem Falle der Deaktivierungsunterdrückungsregelung in den ersten und zweiten Ausführungsformen erhöhen kann.
  • 11 stellt ein Zeitdiagramm dar, welches zeitabhängige Änderungen in der Abgastemperatur Tex bei dem Eingangs- und Mittenabschnitt des Reduktions-NOx-Katalysators 30a in dem Falle darstellt, in welchem die zweistufige Einspritzung zu dem Zeitpunkt des Betriebs im Kompressions-S/L-Modus durchgeführt wird (durchgehende Linien) im Vergleich zu denjenigen in dem Falle, in welchem eine solche zweistufige Einspritzung nicht durchgeführt wird (Einzelpunkt/Strich-Linien). Wie es in dieser Figur dargestellt ist, erhöht, wenn die zweistufige Einspritzung zuerst zum Zeitpunkt des Kaltstarts durchgeführt wird, der Anstieg in der Abgastemperatur, der durch die zweistufige Einspritzung bewirkt wird, rasch die Abgastemperatur Tex am Eintritt des selektiven Reduktions-NOx-Katalysators 30a und heizt somit ausreichend den NOx-Katalysator 30a vor. Wenn der Betrieb im Kompressions-S/L-Modus anschließend durchgeführt wird, steigt die Temperatur des NOx-Katalysators 30a sehr effizient, wie in dem in 5 dargestellten Fall. Obwohl 11 nicht die Ergebnisse auf dem Dreiwegekatalysator 30b darstellt, steigt die Temperatur des Dreiwegekatalysators 30b ähnlich gut wie in dem in 5 dargestellten Fall an.
  • 12 stellt ein Zeitdiagramm dar, welches zeitabhängige Änderungen (a) in der Abgastemperatur Tex am Eingangs- und Mittenabschnitt des selektiven Reduktions-NOx-Katalysators 30a und an dem Mittenabschnitt des Dreiwegekatalysators 30b in dem Falle darstellt, in welchem der Betrieb im Kompressi ons-S/L-Modus nach der Ausführung der zweistufigen Einspritzung beispielsweise über die vorbestimmte Zeitgeberzeit T3 durchgeführt wird (durchgezogene Linien), im Vergleich zu denjenigen in dem Falle, in welchem der herkömmliche gleichmäßige Verbrennungsbetrieb ohne den Betrieb im Kompressions-S/L-Modus durchgeführt wird (Einzelpunkt/Strich-Linien), und zeitabhängige Änderungen in dem NOx-Reinigungswirkungsgrad (b), CO-Reinigungswirkungsgrad (c) und HC-Reinigungswirkungsgrad (d) der Abgasreinigungs-Katalysatorvorrichtung 30 in dem Falle (durchgezogene Linien), in welchem der Betrieb im Kompressions-S/L-Modus im Vergleich zu dem Falle durchgeführt, in welchem der gleichmäßige Verbrennungsbetrieb durchgeführt wird (Einzelpunkt/Strich-Linien). Wie es aus diesem Diagramm ersichtlich ist, zeigen zum Zeitpunkt des Kaltstarts, wenn der Betrieb im Kompressions-S/L-Modus (durchgezogenen Linien) nach der zweistufigen Einspritzung durchgeführt wird, HC, CO und NOx alle hohe Reinigungswirkungsgrade in einer sehr kurzen Zeitdauer unmittelbar nach der Umschaltung des Modus aus der zweistufigen Einspritzung, die eine aktive Reaktion auf den Katalysatoren bewirkt. Die Temperatur des Dreiwegekatalysators 30b zusammen mit der des selektiven Reduktions-NOx-Katalysators 30a steigt schneller an als in dem Falle der Ausführung einer gleichmäßigen Vormischverbrennung (Einzelpunkt/Strich-Linien), die in 5 dargestellt ist, an.
  • Im Allgemeinen führt die Ausführung einer zweistufigen Einspritzung in dieser Weise zusätzlichen Kraftstoff zu, der in keiner Weise zu der Ausgangsleistung der Maschine 1 wie vorstehend erwähnt beiträgt, was zu einem höheren Kraftstoffverbrauch führen kann. Wie es aus 12 ersichtlich ist, ist jedoch die Zeit für die zweistufige Einspritzung, die ausgeführt wird, um die Temperatur der Abgasreinigungs-Katalysatorvorrichtung 30 in dieser Erfindung zu erhöhen, sehr kurz, so dass eine Zunahme im Kraftstoffverbrauch soweit wie möglich im Vergleich zu dem herkömmlichen Fall einer kontinuierlichen Ausführung einer zweistufigen Einspritzung über eine lange Zeitdauer unterdrückt werden kann.
  • Da eine zweistufige Einspritzung nur für die minimal erforderliche Zeit vor der Durchführung des Betriebs im Kompressions-S/L-Modus (durchgezogenen Linien) durchgeführt wird, kann die Temperatur der Abgasreinigungs-Katalysatorvorrichtung 30 also effizient und schnell bei gleichzeitiger Unterdrückung der Kraftstoffzunahme auf einen sehr niedrigen Wert zum Zeitpunkt des Kaltstarts erhöht werden.
  • Nachdem der Betrieb im Kompressions-S/L-Modus durchgeführt worden ist, um die Temperatur der Abgasreinigungs-Katalysatorvorrichtung 30 im Schritt S56 in 9 durchzuführen, geht der Ablauf zu dem Schritt S58 über.
  • Im Schritt S58 wird ermittelt, ob der Zählwert des Zeitgebers T eine vorbestimmte Zeitgeberzeit T4 erreicht hat, d.h., ob der Betrieb des Kompressions-S/L-Modus über eine vorbestimmte Zeitgeberzeit T4 fortgesetzt worden ist. Die vorbestimmte Zeitgeberzeit T4 wurde wie die vorbestimmte Zeitgeberzeit T2 zuvor auf der Basis experimenteller Ergebnisse oder dergleichen auf eine solche Länge festgelegt, dass die Temperatur der Abgasreinigungs-Katalysatorvorrichtung 30 oder die Abgastemperatur Tex als auf die vorbestimmte hohe Temperatur Tex1 als Folge der Ausführung der zweistufigen Einspritzung und des Betriebs im Kompressions-S/L-Modus nach dem Kaltstart erhöht angenommen werden kann. Wenn das Feststellungsergebnis "Nein" ist, geht der Ablauf über den Schritt S52 zum Schritt S56 über, um den Betrieb im Kompressions-S/L-Modus zu halten. Wenn das Feststellungsergebnis "Ja" ist, oder festgestellt wird, dass der Zählstand des Zeitgebers T die vorbestimmte Zeitgeberzeit T4 erreicht hat und der Betrieb im Kompressions-S/L-Modus über die vorbe stimmte gemessene Zeitgeberzeit T4 angedauert hat (siehe (c) in 10) wird andererseits der Betrieb im Kompressions-S/L-Modus beendet und der Ablauf geht zu dem Schritt S59 über.
  • Im Schritt S59 wird die Maschine 1 unter normaler Regelung auf der Basis des Kraftstoffeinspritzmodus-Kennfeldes (z.B. in dem Ansaug-O/L-Modusbetrieb) betrieben.
  • Vierte Ausführungsform
  • Die nachstehende Beschreibung der vierten Ausführungsform diskutiert den Fall, in welchem der Betrieb im Kompressions-S/L-Modus, welcher durch die Regelung mit offener Regelungsschleife (O/L-Regelung) und die Zeitgeberregelung in der Kaltstart-Temperaturerhöhungsregelung in der dritten Ausführungsform ausgeführt wird, durch die Kompressionshub-O2-Rückkopplungsregelung (Kompressions-O2-F/B-Regelung) ersetzt wird. Der Betrieb wird also im Kompressions-O2-F/B-Modus durchgeführt.
  • 13 stellt ein Flussdiagramm dar, welches die Regelungsroutine für den Fall veranschaulicht, in welchem der Betrieb im Kompressions-O2-F/B-Modus unter der Zeitgeberregelung in der Kaltstart-Temperaturerhöhungsregelung durchgeführt wird. 14 stellt ein Zeitdiagramm dar, welches die Regelinhalte der Kaltstart-Temperaturerhöhungsregelung in 13 zeigt. Die vierte Ausführungsform wird nun unter Bezugnahme auf das Flussdiagramm in 13 und das Zeitdiagramm in 14 diskutiert.
  • Da der durch ➀ in 13 angezeigte Abschnitt derselbe ist wie der durch ➀ dargestellte Bereich, der die Schritte S40 bis S50 in 9 oder die Regelungsprozeduren abdeckt, welche die zweistufige Einspritzung betreffen, wird deren Be schreibung nicht wiederholt. Nachstehendes diskutiert deshalb nur diejenigen Abschnitte, welche sich von der dritten Ausführungsform unterscheiden.
  • Im Schritt S60 wird ermittelt, ob der Betrieb im Kompressions-O2-F/B-Modus oder im Kompressions-S/L-Modus ausgeführt werden kann. Die Bedingungen für diese Entscheidung sind dieselben wie diejenigen, die in der dritten Ausführungsform für die Ermittlung verwendet werden, ob der Betrieb im Kompressions-S/L-Modus durchgeführt werden kann (siehe (c), (f), (g) und (h) in 14). Wenn das Feststellungsergebnis "Nein" ist, wird die normale Regelung (z.B. der Ansaug-O2-F/B-Modusbetrieb) im Schritt S62 (siehe (b) in 14) durchgeführt. Wenn das Feststellungsergebnis "Ja" ist, geht andererseits der Ablauf zu dem Schritt S64 über.
  • Im Schritt S64 wird ermittelt, ob der O2-Sensor 22 aktiv ist. Der O2-Sensor 22 ist im Allgemeinen so ausgelegt, dass er sein Verhalten bei einem bestimmten Pegel einer hohen Temperatur zeigt, so dass die Kompressions-O2-F/B-Regelung bei niedriger Temperatur nicht korrekt ausgeführt werden kann. Im Schritt S64 wird daher ermittelt, ob der O2-Sensor 22 aktiv ist. Insbesondere kann diese Prüfung durchgeführt werden, indem beispielsweise geprüft wird, ob die Ausgangsspannung des O2-Sensors 22 größer als ein vorbestimmter Ausgangswert bei einem fetten Luft/Kraftstoff-Verhältnis ist, d.h., ob sie größer ist, als eine Aktivierungsentscheidungsspannung. Wenn das Feststellungsergebnis "Nein" ist, oder wenn ermittelt wird, dass der O2-Sensor 22 nicht aktiv (AUS) aufgrund seiner niedrigen Temperatur ist, geht der Ablauf zu dem Schritt S66 (siehe (a) in 14) über.
  • Wenn der O2-Sensor 22 inaktiv ist, ist es nicht möglich, die Kompressions-O2-F/B-Regelung auszuführen. Wenn solches der Fall ist, wird daher der Betrieb im Kompressions-S/L- Modus im Schritt S66 wie bei der dritten Ausführungsform durchgeführt (siehe (b) in 14).
  • Wenn das Feststellungsergebnis im Schritt S64 "Ja" ist, was bedeutet, dass die Ausgangsspannung des O2-Sensors 22 größer als die Aktivierungsentscheidungsspannung ist und der O2-Sensor 22 aktiv (EIN) ist, geht der Ablauf zu dem Schritt S68 (siehe (a) in 14) über.
  • Im Schritt S68 wird der Betrieb im Kompressions-O2-F/B-Modus ausgeführt (siehe (b) in 14). Die Rückkopplungssteuerung wird also in einer solchen Weise ausgeführt, dass das Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf der Basis der Ausgangssignalinformation des O2-Sensors 22 zu einem stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis wird.
  • Da die Rückkopplungsregelung im Kompressions-O2-F/B-Modus ausgeführt wird, so dass das Luft/Kraftstoff-Verhältnis zu einem stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis (14,7) wird, werden CO, H2 und O2 in etwa derselben Weise wie in dem Falle erzeugt, in welchem das Luft/Kraftstoff-Verhältnis ein leicht magerer Pegel (z.B. 14,7 bis 16) im Kompressions-S/L-Modus gemäß Darstellung in 4 ist. Mit anderen Worten, selbst wenn der Betrieb in den Kompressions-O2-F/B-Modus anstelle des Kompressions-S/L-Modus geht, kann die Temperatur der Abgasreinigungs-Katalysatorvorrichtung 30 ausreichend erhöht werden.
  • Zusätzlich kann die Ausführung einer derartigen Rückkopplungsregelung (Kompressions-O2-F/B-Regelung) die Regelungsgenauigkeit extrem höher als die vorstehend beschriebene O/L-Regelung im Kompressions-S/L-Modus machen. Der Betrieb im Kompressions-O2-F/B-Modus kann also die Regelzuverlässigkeit erhöhen und den Wirkungsgrad der Erhöhung der Temperatur der Abgasreinigungs-Katalysatorvorrichtung 30 verbessern.
  • Wenn der Betrieb im Kompressions-S/L-Modus im Schritt S66 in 13 ausgeführt wird oder der Betrieb im Kompressions-O2-F/B-Modus im Schritt S68 in dieser Weise ausgeführt wird, um die Temperatur der Abgasreinigungs-Katalysatorvorrichtung 30 zu erhöhen, geht der Ablauf zu dem Schritt S70 über.
  • Im Schritt S70 wird ermittelt, ob der Zählerstand des Zeitgebers T eine vorbestimmte Zeitgeberzeit T4 erreicht hat, oder ob der Betrieb im Kompressions-S/L-Modus oder der Betrieb im Kompressions-O2-F/B-Modus über die vorbestimmte Zeitgeberzeit T4 angedauert hat wie bei der dritten Ausführungsform. Wenn das Feststellungsergebnis "Nein" ist, geht der Ablauf über die Schritte S60 und S64 zum Schritt S66 über, um den Betrieb im Kompressions-S/L-Modus wieder aufzunehmen, oder zu dem Schritt S68, um den Betrieb im Kompressions-O2-F/B-Modus wieder aufzunehmen. Wenn das Feststellungsergebnis "Ja" ist, oder wenn festgestellt wird, dass der Zählerstand des Zeitgebers T die vorbestimmte Zeitgeberzeit T4 erreicht hat (siehe (d) in 14), wird der Betrieb im Kompressions-S/L-Modus oder der Betrieb im Kompressions-O2-F/B-Modus beendet. Dann geht der Ablauf zum Schritt S72 über, um die Maschine 1 bei normaler Regelung (z.B. dem Ansaug-O2-F/B-Modusbetrieb) auf der Basis des Kraftstoffeinspritzmodus-Kennfeldes zu betreiben.
  • Fünfte Ausführungsform
  • Nachstehendes diskutiert die fünfte Ausführungsform in dem Falle, in welchem der Betrieb im Kompressions-S/L-Modus durch die Regelung mit offener Regelungsschleife (O/L-Regelung) unter Zeitgeberregelung in der Kaltstart-Temperaturerhöhungsregelung in der vierten Ausführungsform und der Abgastemperatursensorregelung anstelle der Zeitgeberregelung durchgeführt wird.
  • 15 stellt ein Flussdiagramm dar, das eine Regelungsroutine für den Fall zeigt, in welchem der Betrieb im Kompressions-O2-F/B-Modus und der Abgastemperatursensorregelung in der Kaltstart-Temperaturerhöhungsregelung durchgeführt wird. 16 stellt ein Zeitdiagramm dar, welches die Regelinhalte der Kaltstart-Temperaturerhöhungsregelung zeigt. Die fünfte Ausführungsform wird nun unter Bezugnahme auf das Flussdiagramm in 15 und das Zeitdiagramm in 16 diskutiert.
  • Da der durch ➀ in 15 angezeigte Abschnitt wie der der vierten Ausführungsform derselbe ist wie der durch ➀ dargestellte Bereich, der die Schritte S40 bis S50 in 9 oder die Regelungsprozeduren abdeckt, welche die zweistufige Einspritzung in der dritten Ausführungsform betreffen, wird deren Beschreibung nicht wiederholt. Nachstehendes diskutiert deshalb nur diejenigen Abschnitte, welche sich von der dritten Ausführungsform unterscheiden.
  • Im Schritt S80 wird ermittelt, ob der Betrieb im Kompressions-O2-F/B-Modus oder Kompressions-S/L-Modus ausgeführt werden kann oder nicht. Wie in der vierten Ausführungsform sind die Bedingungen für diese Entscheidung dieselben wie die, die in der dritten Ausführungsform zum Ermitteln verwendet wurden, ob der Betrieb im Kompressions-S/L-Modus durchgeführt werden kann (siehe (c), (f), (g) und (h) in 16). Wenn das Feststellungsergebnis "Nein" ist, wird die normale Regelung (z.B. Ansaug-O2-F/B-Modusbetrieb) im Schritt S82 (siehe (b) in 16) durchgeführt. Wenn das Feststellungsergebnis "Ja" ist, geht andererseits der Ablauf zu dem Schritt S84 über.
  • Im Schritt S84 wird ermittelt, ob der O2-Sensor 22 aktiv wie in der vierten Ausführungsform ist oder nicht. Wenn das Feststellungsergebnis "Nein" ist, oder wenn ermittelt wird, dass der O2-Sensor 22 aufgrund seiner niedrigen Temperatur inaktiv ist, geht der Ablauf zum Schritt S86 (siehe (a) in 16) über, wo der Betrieb im Kompressions-S/L-Modus im Schritt S86 wie in der vierten Ausführungsform (siehe (b) in 16) durchgeführt wird.
  • Wenn das Feststellungsergebnis im Schritt S84 "Ja" ist, was bedeutet, dass die Ausgangssignalspannung des O2-Sensors 22 größer als die Aktivierungsentscheidungsspannung ist und dass der O2-Sensor 22 aktiv ist, geht der Ablauf zum Schritt S88 (siehe (b) in 16) über, in welchem der Betrieb im Kompressions-O2-F/B-Modus (siehe (b) in 16) wie in der vierten Ausführungsform ausgeführt wird.
  • Wenn der Betrieb im Kompressions-S/L-Modus im Schritt S86 ausgeführt wird oder der Betrieb im Kompressions-O2-F/B-Modus ausgeführt wird, um die Temperatur der Abgasreinigungs-Katalysatorvorrichtung 30 im Schritt S88 zu erhöhen, geht der Ablauf zu dem Schritt S90 über.
  • Im Schritt S90 wird ermittelt, ob die von dem Abgastemperaturtemperatursensor 32 detektierte Abgastemperatur Tex gleich oder größer als der vorstehend erwähnte vorbestimmte Wert Tex1 (siehe (d) in 16) wie in der zweiten Ausführungsform geworden ist oder nicht. Während auf der Basis der Abgastemperatur Tex, die unter Verwendung des Zählerstands des Zeitgebers T in der vierten Ausführungsform abgeschätzt wird, ermittelt wird, ob der Kompressions-O2-F/B-Modus oder der Kompressions-S/L-Modus durchgeführt werden sollte oder nicht, wird also diese Entscheidung hier auf der Basis Abgastemperatur Tex getroffen, die in der fünften Ausführungsform durch den Abgastemperatursensor 32 direkt detektiert und nicht abgeschätzt wird.
  • Wenn das Feststellungsergebnis im Schritt S90 "Nein" ist, geht der Ablauf über die Schritte S80 und S84 zu dem Schritt S86 über, um den Betrieb im Kompressions-S/L-Modus wieder aufzunehmen, oder zu dem Schritt S88, um den Betrieb in dem Kompressions-O2-F/B-Modus wieder aufzunehmen. Wenn das Feststellungsergebnis "Ja" ist, oder wenn ermittelt wird, dass die Abgastemperatur Tex gleich oder höher als der vorbestimmte Wert Tex1 ist (siehe (d) in 16), wird der Betrieb im Kompressions-S/L-Modus oder der Betrieb im Kompressions-O2-F/B-Modus beendet. Der Ablauf geht dann zu dem Schritt S92 über, um die Maschine 1 unter normaler Regelung (z.B. dem Ansaug-O2-F/B-Modusbetrieb) auf der Basis des Kraftstoffeinspritzmodus-Kennfeldes zu betreiben.
  • Diese Auslegung kann den Betrieb im Kompressions-S/L-Modus oder den Betrieb im Kompressions-O2-F/B-Modus in gleicher Weise nach Bedarf ermöglichen. Demzufolge kann die Temperatur der Abgasreinigungs-Katalysatorvorrichtung 30 effizienter erhöht werden, ohne den Kraftstoffverbrauch zu beinträchtigen und unter Unterdrückung der Erzeugung von Rauch wie in der vierten Ausführungsform.
  • Im Übrigen wird in den vierten und fünften Ausführungsformen, wie es aus dem Vorstehenden ersichtlich ist, ermittelt, ob der O2-Sensor 22 aktiv ist, indem beispielsweise geprüft wird, ob die Ausgangsspannung des O2-Sensors 22 größer als der vorbestimmte Ausgangsspannungswert bei einem fetten Luft/Kraftstoff-Verhältnis oder die Aktivierungsentscheidungsspannung ist.
  • Wenn zu dem Zeitpunkt der Ausführung der zweistufigen Einspritzung das gesamte Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf ein mageres Luft/Kraftstoff-Verhältnis eingestellt ist und der Kompressions-S/L-Modus bei einem leicht mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnis (14,7 bis 16) ausgeführt wird, besteht keine Chance, dass das Luft/Kraftstoff-Verhältnis zu einem fetten Luft/Kraftstoff-Verhältnis wird. Dieses macht die Entschei dung auf der Basis der Aktivierung des O2-Sensors 22 unmöglich.
  • Um den vorstehenden Fall zu beherrschen, können daher die vierten und fünften Ausführungsformen eine O2-Sensoraktivierungs-Ermittlungsregelung anwenden, welche zwangsweise das Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf ein fettes Luft/Kraftstoff-Verhältnis setzt, um zuverlässig die Entscheidung bezüglich der Aktivierung des O2-Sensors 22 zu ermöglichen. Nachstehendes diskutiert die Details dieser O2-Sensoraktivierungs-Ermittlungsregelung.
  • 17 stellt ein Flussdiagramm dar, welches die Regelungsroutine für die O2-Sensoraktivierungs-Ermittlungsregelung darstellt. Diese Regelung wird unter Bezugnahme auf 17 erläutert.
  • Im Schritt S100 in 17 wird wie in dem Schritt S40 in 9 der dritten Ausführungsform, wenn ermittelt wird, dass der Startschalter (Start SW) eingeschaltet worden ist und die Maschine 1 gestartet hat, der Zeitgeber T, der in dieser Routine verwendet wird, auf "0" gesetzt und beginnt mit dem Zählen. Wenn im Schritt S102 ermittelt wird, dass beispielsweise die Maschinendrehzahl Ne den vorbestimmten Wert Ne1 größer als die Leerlaufdrehzahl erreicht hat und die Startermittlung abgeschlossen ist, geht der Ablauf zu dem Schritt S104 über.
  • Im Schritt S104 wird ermittelt, ob das Ausgangssignal des O2-Sensors 22 gleich oder kleiner als die vorstehend erwähnte Aktivierungsentscheidungsspannung ist. Es wird also in diesem Schritt S104 ermittelt, ob der O2-Sensor 22 aktiv ist oder nicht. Wenn das Feststellungsergebnis "Nein" ist, oder wenn ermittelt wird, dass der O2-Sensor 22 bereits ausreichend aktiv ist, geht der Ablauf zu dem Schritt S114 über, in welchem ermittelt wird, dass die Aktivierung des O2-Sensors 22 abgeschlossen ist. Wenn das Feststellungsergebnis "Ja" ist, oder wenn ermittelt wird, dass der O2-Sensor 22 nicht aktiv ist, geht der Ablauf zu dem Schritt S106 über.
  • Im Schritt S106 wird ermittelt, ob der Zeitgeber T eine vorbestimmte Zeitgeberzeit T5 (z.B. 15 Sekunden) erreicht hat oder nicht. Es wird also ermittelt, ob der O2-Sensor 22 immer noch selbst nach dem Verstreichen der vorbestimmten Zeitgeberzeit T5 (z.B. 15 Sekunden) seit dem Zeitpunkt, an dem ermittelt wurde, dass die Maschine 1 gestartet ist, noch inaktiv ist. Wenn das Entscheidungsergebnis "Nein" ist, kehrt der Ablauf zu dem Schritt S104 zurück, um noch einmal zu ermitteln, ob der O2-Sensor 22 aktiv ist. Wenn das Entscheidungsergebnis "Ja" ist, oder wenn ermittelt wird, dass der O2-Sensor 22 selbst nach dem Verstreichen der vorbestimmten Zeitgeberzeit T5 (z.B. 15 Sekunden) nach der Feststellung, dass die Maschine 1 gestartet ist, noch inaktiv ist, geht der Ablauf zu dem Schritt S108 über. Wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis nicht zu einem fetten Luft/Kraftstoff-Verhältnis gemacht wird, sondern als ein mageres Luft/Kraftstoff-Verhältnis bleibt, ist der O2-Sensor 22 natürlich noch nicht aktiv geworden, und der Ablauf geht zu dem Schritt S108 über.
  • Im Schritt S108 wird das Luft/Kraftstoff-Verhältnis zwangsweise über N Hübe (wobei N eine ganze Zahl ist) fett gemacht (oder angereichert). Dieses ermöglicht zwangsweise das Treffen einer Entscheidung, ob der O2-Sensor 22 aktiv ist.
  • Im Schritt S110 wird ermittelt, ob die Ausgangssignalspannung des O2-Sensors 22 gleich oder größer als die Aktivierungsentscheidungsspannung ist. Wenn das Feststellungsergebnis "Nein" ist, oder wenn ermittelt wird, dass der O2-Sensor 22 noch nicht aktiv geworden ist, wird die vorbestimmte Zeitgeberzeit T5 um eine vorbestimmte Zeit α (T5 = T5 + α) verlängert. Dann geht der Ablauf über die Schritte S104 und 106 zu dem Schritt S108 wieder über, wo das Luft/Kraftstoff-Verhältnis zwangsweise zu einem fetten Luft/Kraftstoff-Verhältnis gemacht (angereichert) wird.
  • Wenn das Entscheidungsergebnis im Schritt S104 "Ja" ist, oder wenn festgestellt wird, dass der O2-Sensor 22 ausreichend aktiv wird, geht der Ablauf zu dem Schritt S114 über, wo ermittelt wird, dass die Aktivierung des O2-Sensors 22 abgeschlossen wird.
  • Diese Regelung kann die Möglichkeit bereitstellen, sicher das Luft/Kraftstoff-Verhältnis zu einem fetten Luft/Kraftstoff-Verhältnis selbst dann zu machen, wenn zu dem Zeitpunkt der Ausführung der zweistufigen Einspritzung das gesamte Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf ein mageres Luft/Kraftstoff-Verhältnis eingestellt ist, und der Betrieb im Kompressions-S/L-Modus bei einem leicht mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnis ausgeführt wird. Dies kann eine zuverlässige Ermittlung der Aktivierung des O2-Sensors 22 ermöglichen. Gemäß den vierten und fünften Ausführungsformen ist es, wenn der O2-Sensor 22 aktiv ist, immer möglich, effektiv den Betrieb im Kompressions-O2-F/B-Modus zu implementieren. Dieses kann eine effiziente Erhöhung der Temperatur der Abgasreinigungs-Katalysatorvorrichtung 30 ohne Beeinträchtigung des Kraftstoffverbrauchs und unter gleichzeitiger Unterdrückung einer Raucherzeugung ermöglichen.
  • Diese Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern kann in verschiedenen weiteren Formen modifiziert werden. Beispielsweise ist es, obwohl die Abgasreinigungs-Katalysatorvorrichtung 30 in den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen eine Kombination des selektiven Reduktions-NOx-Katalysators 30a und des Dreiwegekatalysators 30b verwendet, möglich, einen Absorptions-NOx-Katalysator oder dergleichen zu verwenden, welcher NOx in dem Abgas absorbiert, wenn das Abgas-Luft/Kraftstoff-Verhältnis ein mageres Luft/Kraftstoff-Verhältnis ist, und das absorbierte NOx ausgibt und reduziert, wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis das stöchiometrische Verhältnis oder ein fettes Luft/Kraftstoff-Verhältnis ist. Mit anderen Worten betrifft diese Erfindung eine Technik zur Erhöhung der Temperatur der Abgasreinigungs-Katalysatorvorrichtung, ist jedoch in keinerlei Weise auf die Arten und die Anzahl der Katalysatoren oder dergleichen beschränkt.
  • Obwohl das Luft/Kraftstoff-Verhältnis im Kompressions-S/L-Modus auf ein leicht mageres Luft/Kraftstoff-Verhältnis (z.B. 14,7 bis 16) in den einzelnen Ausführungsformen eingestellt ist, kann das Luft/Kraftstoff-Verhältnis leicht auf der fetten Seite (z.B. etwa 14) bis zu dem stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf der Basis der Beziehung zwischen O2 und CO in dem Abgas aus der Maschine 1 (siehe 4) eingestellt werden.
  • In den dritten bis fünften Ausführungsformen wird bezüglich des durch ➀ in 9 dargestellten Abschnittes der zweistufigen Einspritzregelung die Ausführungszeit (vorbestimmte Dauer) für die zweistufige Einspritzung durch den Zeitgeber gemessen. Die zweistufige Einspritzung kann jedoch für die vorbestimmte Zeit, ausgeführt werden, bei der der Zustand, in welchem die Abgasreinigungs-Katalysatorvorrichtung eine Oxidationsreaktion auf den Katalysatoren aufweisen kann, auf der Basis des Ausgangssignalwertes des Abgastemperaturtemperatursensors detektiert oder abgeschätzt wird.
  • Da wie es insbesondere vorstehend diskutiert wurde, die Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung der vorliegenden Erfindung eine Schichtverbrennung in einer solchen Weise erreicht, dass das Luft/Kraftstoff-Verhältnis der Maschine zu dem stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis wird oder in dessen Nähe gelangt, ist es möglich, die Mengen an Kohlenmonoxid (CO) und Sauerstoff (O2) in die Abgasreinigungs-Katalysatorvorrichtung gleichzeitig einzuführen, um eine Oxidationsreaktion zu bewirken, ohne den Kraftstoffverbrauch zu beeinträchtigen. Dieses kann ermöglichen, dass die Temperatur der Abgasreinigungs-Katalysatorvorrichtung effizient durch die Reaktionswärme erhöht wird.
  • Ferner wird, wenn eine Schichtverbrennung durchgeführt wird, das Intervall zwischen dem Kraftstoffeinspritzzeitpunkt und dem Zündzeitpunkt breiter gemacht, so dass ein ausreichende Zeit für die Zerstäubung des eingespritzten Kraftstoffs sichergestellt und die Erzeugung von Rauch unter angemessener Erzeugung von CO ausreichend unterdrückt werden kann.
  • Ferner wird, bevor eine Schichtverbrennung ausgeführt wird, zusätzlicher Kraftstoff über eine vorbestimmte Zeitdauer in den Expansionshub nach der Hauptverbrennung eingespritzt. Dieses kann eine Erhöhung der Temperatur der Katalysatorvorrichtung (Vorheizen) durch die Abgaswärme ermöglichen, deren Temperatur durch die Verbrennung des Zusatzkraftstoffes in dem Abgaskanal ansteigt. Es ist daher möglich, effizient eine Oxidationsreaktion zu bewirken, wenn CO und O2 später und ausreichend zugeführt werden und schnell die Temperatur der Katalysatorvorrichtung zum Zeitpunkt eines Kaltstarts erhöhen.

Claims (13)

  1. Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung mit Kraftstoffeinspritzventilen (6) zum direkten Einspritzen in Brennkammern (8) der Brennkraftmaschine (1), Zündkerzen (4), einer Abgasreinigungs-Katalysatorvorrichtung (30) zum Entfernen schädlicher Komponenten in einem Abgas, die in einem Abgaskanal (20) der Brennkraftmaschine (1) angeordnet ist, und einer Regelungsvorrichtung (40) mit einer Temperaturerhöhungs-Regelungseinrichtung (S20, S36, S56, S66, S68, S86, S88) zum Erzielen einer Schichtverbrennung in einer solchen Weise, dass ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis der Brennkraftmaschine (1) zu einem stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis oder einem Luft/Kraftstoff-Verhältnis in dessen Nähe wird, wenn eine Erhöhung in einer Temperatur der Abgasreinigungs-Katalysatorvorrichtung (30) erforderlich ist; dadurch gekennzeichnet, dass die Regelungsvorrichtung (40) ferner eine Einspritzzeitpunkt-Regelungseinrichtung zum Regeln der Einspritzzeitpunkte der Kraftstoffeinspritzventile (6) und eine Zündzeitpunkt-Regelungseinrichtung zum Regeln der Zündzeitpunkte der Zündkerzen (4) aufweist, wobei, wenn die Temperaturerhöhungs-Regelungseinrichtung (S20, S36, S56, S66, S68, S86, S88) aktiviert ist, die Regelungsvorrichtung (40) entweder jeden einzelnen von den von der Einspritzzeitpunkt-Regelungseinrichtung eingestellten Einspritzzeitpunkten oder jeden einzelnen von den durch die Zündzeitpunkt-Regelungseinrichtung eingestellten Zündzeitpunkten in einer solchen Weise einstellt, dass sie ein Intervall zwischen einem Haupteinspritzzeitpunkt und einem Zündzeitpunkt breiter als eines in der geschichteten Verbrennung macht, in welcher die Temperaturerhöhungs-Regelungseinrichtung nicht aktiviert ist.
  2. Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelungsvorrichtung (40) eine Regelung mit offener Regelungsschleife in einer solchen Weise durchführt, dass das Luft/Kraftstoff-Verhältnis etwa 14 bis 16 wird.
  3. Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie ferner eine Sauerstoffkonzentrations-Detektionsvorrichtung (22) zum Detektieren einer Sauerstoffkonzentration in dem Abgas aufweist, die in dem Abgaskanal (20) vorgesehen ist, wodurch die Regelungsvorrichtung (40) eine Rückkopplungsregelung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses auf der Basis eines Ausgangssignals der Sauerstoffkonzentrations-Detektionsvorrichtung (22) durchführt.
  4. Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zu einem Zeitpunkt bei dem Temperaturerhöhungs-Regelungseinrichtung (S20, S36, S56, S66, S68, S86, S88) aktiviert ist, die Regelungsvorrichtung (40) das Intervall zwischen dem Einspritzzeitpunkt und dem Zündzeitpunkt verbreitert, indem der Einspritzzeitpunkt vorverschoben und der Zündzeitpunkt verzögert wird.
  5. Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Intervall zwischen dem Einspritzzeitpunkt und dem Zündzeitpunkt auf etwa 40 bis 60 Kurbelwellenwinkelgrade eingestellt wird.
  6. Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelungseinrichtung (40) ferner eine Zusatzkraftstoff-Einspritzregelungseinrichtung (S48) zum Einspritzen von Kraftstoff in einer anderen Einspritzung als einer Haupteinspritzung zur Hauptverbrennung enthält, wodurch vor der Aktivierung der Temperaturerhöhungs-Regelungseinrichtung (S20, S36, S56, S66, S68, S86, S88) die Regelungsvorrichtung (40) die Zusatzkraftstoff-Einspritzregelungseinrichtung (S48) veranlaßt, zusätzlichen Kraftstoff in einen Expansionshub nach der Haupteinspritzung einzuspritzen.
  7. Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusatzkraftstoff-Einspritzregelungseinrichtung (S48) zusätzlichen Kraftstoff über eine vorbestimmte Zeitdauer einspritzt.
  8. Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelungsvorrichtung (40) die Zusatzkraftstoff-Einspritzregelungseinrichtung (S48) nach einem Kaltstart der Maschine (1) aktiviert, und dann die Temperaturerhöhungs-Regelungseinrichtung (S20, S36, S56, S66, S68, S86, S88) aktiviert.
  9. Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass sie ferner einen Abgastemperatursensor (32) aufweist, der in dem Abgaskanal (20) vorgesehen ist, um eine Temperatur des Abgases zu detektieren, wodurch die Regelungsvorrichtung (40) einen Betrieb der Temperaturerhöhungs-Regelungseinrichtung (S20, S36, S56, S66, S68, S86, S88) auf der Basis eines Ausgangssignals des Abgastemperatursensors beendet.
  10. Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Temperaturerhöhungs-Regelungseinrichtung (S20, S36, S56, S66, S68, S86, S88) aktiviert wird, wenn eine Maschinendrehzahl, ein Soll-Durchschnittseffektivdruck und eine Fahrzeuggeschwindigkeit niedriger als entsprechende zugeordnete vorbestimmte Werte sind.
  11. Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Temperaturerhöhungs-Regelungseinrichtung (S56, S66, S68) nach einer vorbestimmten Zeitdauer aktiviert wird, nachdem ein Zündschalter eingeschaltet worden ist.
  12. Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Aktivierung der Temperaturerhöhungs-Regelungseinrichtung (S20, S36, S56, S66, S68) nach einer vorbestimmten Zeitdauer beendet wird, nachdem ein Zündschalter eingeschaltet worden ist.
  13. Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die Temperaturerhöhungs-Regelungseinrichtung (S56) nur aktiviert wird, wenn die Zusatzkraftstoff-Einspritzregelungseinrichtung für eine vorbestimmte Zeitdauer aktiviert worden ist.
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