DE60106112T2

DE60106112T2 - Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung

Info

Publication number: DE60106112T2
Application number: DE60106112T
Authority: DE
Inventors: Youichi Aki-gun Kuji; Masayuki Aki-gun Kuroki; Junichi Aki-gun Taga; Kazuya Aki-gun Yokota; Keiji Aki-gun Araki
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2000-03-03
Filing date: 2001-02-05
Publication date: 2005-03-10
Anticipated expiration: 2021-02-06
Also published as: DE60106112D1; EP1130241A3; US6449946B2; JP4253986B2; EP1130241B1; US20010018825A1; EP1130241A2; JP2001248481A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung, die HC reduziert, die unmittelbar nach dem Anlassen einer Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung ausgestoßen werden.
Die HC-Emission unmittelbar nach dem Kaltstart eines Motors, während ein Katalysator noch inaktiv ist, ist für einen sehr großen Anteil der Gesamtemissionen verantwortlich. Um die HC-Emissionen an diesem Zeitpunkt zu reduzieren, wird konventionell das folgende Verfahren angewandt; der Zündzeitpunkt wird auf nach dem oberen Totpunkt im Verdichtungshub verzögert, um die Abgastemperatur so zu erhöhen, daß ein Dreiwegekatalysator früher aktiviert wird.
Doch dieses Verfahren hat die folgenden zwei Probleme aufzuweisen.

(1) Da der Zündzeitpunkt erheblich verzögert wird, verschlechtert sich die Kraftstoffeinsparung, und auch die Verbrennungsstabilität läßt aufgrund einer Kaltperiode nach.
(2) Obwohl die Periode, bis der Katalysator beginnt, zum Teil aktiviert zu sein, und ein HC-Reinigungsverhältnis beginnt, schnell anzusteigen (nachstehend als partielle Erwärmung bezeichnet), verkürzt wird, werden HC (Roh-HC), die vom Motor während dieser Periode emittiert werden, ungereinigt ausgestoßen, und es ist ein System erforderlich, um die Roh-HC zu reduzieren, die vom Motor während der Periode bis zur partiellen Erwärmung emittiert werden.

Ferner wurde das folgende Verfahren vorgeschlagen. Das heißt, solange der Katalysator inaktiv bleibt, wird Kraftstoff in zwei Einspritzungen eingespritzt, d.h., in einem Ansaughub und in einem Verdichtungshub, und es werden geschichtete Luft-Kraftstoff-Gemische geformt, d.h., ein Luft-Kraftstoff-Gemisch, das fetter ist als das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis, wird um eine Zündkerze herum geformt, und um das erstere Luft-Kraftstoff-Gemisch herum wird ein magereres Luft-Kraftstoff-Gemisch geformt, wodurch die Erwärmung des Katalysators gefördert wird und eine hohe Verbrennungsstabilität gewährleistet wird. Insbesondere beschreibt diese Referenz, daß das Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf λ = 1 geregelt wird, die Einspritzmenge im Ansaughub so geregelt wird, daß sie größer oder gleich der im Verdichtungshub ist, der Zündzeitpunkt verzögert wird und ein Wirbel erzeugt wird (japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 10-212987). Die US-Patentschrift Nr. 6.044.642 offenbart, daß die Kraftstoffeinspritzung in eine nachlaufende Einspritzung in einem Verdichtungshub und eine voreilende Einspritzung vor der nachlaufenden Einspritzung aufgeteilt wird, und ein Wirbel wird verstärkt, damit der Katalysator früher aktiviert wird.
Wenn ein Wirbel aber verstärkt wird, bevor der Katalysator erwärmt ist, hat dies einen die Verbrennungsgeschwindigkeit erhöhenden Effekt, weshalb beim Verzögern des Zündzeitpunkts eine hohe Verbrennungsstabilität gewährleistet werden kann, doch ein Nachverbrennungseffekt läßt nach, was während der Periode bis zur partiellen Erwärmung eine ungenügende Roh-HC-reduzierende Wirkung zur Folge hat.
Die vorliegende Erfindung wurde in Anbetracht der obigen Probleme entwickelt und zielt darauf ab, eine Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung bereitzustellen, die die Periode, die bis zur Erwärmung auf ein vorgegebenes HC-Reinigungsverhältnis erforderlich ist, bei der das HC-Reinigungsverhältnis vor der Erwärmung des Katalysators mindestens anzusteigen beginnt, verkürzen kann, die vom Motor vor der Erwärmung auf das vorgegebene HC-Reinigungsverhältnis emittierten Roh-HC reduzieren kann und die Verschlechterung der Kraftstoffeinsparung minimieren kann.
Um die obigen Probleme zu lösen und die obige Aufgabe zu erreichen, wird dem ersten Aspekt einer erfindungsgemäßen Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung entsprechend das Luft/Kraftstoff- Verhältnis in einem Brennraum auf λ ≈ 1 geregelt, bevor der Katalysator erwärmt ist, und ein Änderungsmittel wird betrieben, um den Kraftstoff mindestens während einer früheren Periode vom Anlassen des Motors bis zur partiellen Aktivierung eines Katalysators, was auf halbem Weg der Katalysatorerwärmung liegt, auf geteilte Weise einzuspritzen, bevor der Katalysator erwärmt ist, und eine Einlaßstromstärke in der früheren Periode so regelt, daß sie niedriger ist als in einer späteren Periode auf halbem Weg der Katalysatorerwärmung nach der früheren Periode. Auf diese Weise wird die Verbrennung verlangsamt und die Nachverbrennung gefördert, wodurch die Periode verkürzt wird, die bis zu einem bestimmten Erwärmungszustand erforderlich ist, in welchem das HC-Reinigungsverhältnis des Katalysators zu steigen beginnt, wodurch die Verschlechterung der Kraftstoffeinsparung unterdrückt wird und die Roh-HC, die vor dem vorgegebenen Erwärmungszustand vom Motor emittiert werden, reduziert werden.
Dem zweiten Aspekt entsprechend erhöht das Änderungsmittel die Einlaßstromstärke, während es den Kraftstoff selbst während der späteren Periode auf geteilte Weise einspritzt. Auf diese Weise kann eine Verschlechterung der Kraftstoffeinsparung unterdrückt werden, während die Erwärmung des Katalysators gefördert wird.
Dem dritten Aspekt entsprechend ist die frühere Periode eine Periode, die erforderlich ist, bis der Aktivierungszustand des Katalysators ein HC-Reinigungsverhältnis erreicht, das im wesentlichen der Hälfte eines maximalen HC-Reinigungsverhältnisses des Katalysators an sich entspricht. Dadurch wird, selbst wenn die Einlaßstromstärke später erhöht wird, eine ausreichend hohe HC-Reinigung gewährleistet, und die Erwärmung des Katalysators kann gefördert werden, während die Verschlechterung der Kraftstoffeinsparung unterdrückt und eine hohe HC-Reinigung gewährleistet wird.
Dem vierten Aspekt entsprechend wird das Änderungsmittel betrieben, wenn der Motor in einem niedrigen Drehzahlbereich läuft, bevor der Katalysator erwärmt ist. Auf diese Weise kann die Menge an Roh-HC, die vom Motor emittiert wird, bevor der Katalysator erwärmt ist, reduziert werden.
Dem fünften Aspekt entsprechend weist die frühere Periode mit einer niedrigen Einlaßstromstärke einen nachlaufenden Einspritzzeitpunkt auf, der relativ zu dem in der späteren Periode mit einer hohen Einlaßstromstärke verzögert ist. Auf diese Weise kann die Verbrennungsstabilität gewährleistet werden, indem eine Streuung der Kraftstoffsprühnebeis unterdrückt wird, und die Abgastemperatur kann durch langsame Verbrennung schnell erhöht werden.
Dem sechsten Aspekt entsprechend wird die Kraftstoffeinspritzmenge in der voreilenden Einspritzung kleiner eingestellt als die in der nachlaufenden Einspritzung, wenn Kraftstoff während der früheren Periode auf geteilte Weise in zwei Einspritzungen eingespritzt wird. Auf diese Weise werden die abgastemperaturerhöhende Wirkung und die HC- und NOx-reduzierenden Wirkungen erhalten, während die Verbrennungsstabilität gewährleistet wird.
Dem siebten Aspekt entsprechend wird die Kraftstoffeinspritzmenge in der voreilenden Einspritzung auf 1/4 oder mehr der Gesamteinspritzmenge eingestellt. Dadurch werden die abgastemperaturerhöhende Wirkung und die HC- und NOx-reduzierenden Wirkungen erhalten, während die Verbrennungsstabilität gewährleistet wird.
Dem achten Aspekt entsprechend wird der Kraftstoff zweigeteilt in einem Ansaughub und Verdichtungshub eingespritzt. Auf diese Weise werden die abgastemperaturerhöhende Wirkung und die HC- und NOx-reduzierenden Wirkungen erhalten, während die Verbrennungsstabilität gewährleistet wird.
Dem neunten Aspekt entsprechend wird das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in einem Zylinder während der früheren Periode innerhalb des Bereichs von λ ≈ 1 magerer eingestellt als das in der späteren Periode. Dadurch kann der Abfall der Entzündlichkeit, der auf einen Versatz eines fetten Luft-Kraftstoff-Gemischs um die Zündkerze herum während der früheren Periode mit der niedrigen Einlaßstromstärke zurückzuführen ist, verhindert werden. Da das Luft/Kraftstoff-Verhältnis zudem im gesamten Brennraum leicht magerer ist als λ ≈ 1, kann die Emissionsmenge an Roh-HC, die vom Motor während der früheren Periode mit einem niedrigen HC-Reinigungsverhältnis emittiert wird, reduziert werden.
Dem zehnten Aspekt entsprechend wird das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in einem Zylinder während der früheren Periode nahe an λ = 1, aber magerer als λ = 1 eingestellt, bevor die O₂-Rückkopplung startet, und wird nach dem Start der O-Rückkopplung auf λ = 1 geregelt. Auf diese Weise kann die Reinigungsleistung einer Dreiwegefunktion des Katalysators (Dreiwegekatalysator, NOx-Katalysator oder dergleichen) erhöht werden, indem das Luft/Kraftstoff-Verhältnis nach dem Start der O₂-Rückkopplung auf λ = 1 geregelt wird, während die Emission an Roh-HC vom Motor reduziert wird.
Dem elften Aspekt entsprechend wird ein Rückkopplungsbezugswert bei der O₂-Rückkopplung während der früheren Periode magerer gesetzt als der bei der O₂-Rückkopplung während der späteren Periode. Dadurch kann die Reduktion der Emissionsmenge an Roh-HC und die Unterdrückung der Verschlechterung der Kraftstoffeinsparung erreicht werden, während die Dreiwegefunktion des Katalysators aufrechterhalten wird.
Dem zwölften Aspekt entsprechend wird der Zündzeitpunkt in Bezug auf eine identische Last und identische Motordrehzahl nach dem Aufwärmen des Katalysators verzögert. Auf diese Weise kann die Nachverbrennung aufgrund der langsamen früher vorgeschoben werden als die normale Einstellung, um Erwärmung des Katalysators zu beschleunigen, wodurch die Emission an Roh-HC vom Motor reduziert wird.
Dem dreizehnten Aspekt entsprechend wird ein Wirbel in einem Zylinder so erzeugt, daß das lokales Luft/Kraftstoff-Verhältnis um eine Zündkerze herum durch die nachlaufende Einspritzung fett wird, und das Änderungsmittel ändert das Wirbelverhältnis im Zylinder. Da dadurch mit Sicherheit ein fettes Luft-Kraftstoff-Gemisch lokal um die Zündkerze herum vorhanden ist, kann ein Variationsfaktor eines indizierten mittleren Arbeitsdrucks Pi (Pi-Variationsfaktor = Pi-Standardabweichung σ/Pi-Zyklusmittelwert × 100 (%)) in einem Schichtlademotor reduziert werden, wodurch eine Verschlechterung der Verbrennungsstabilität unterdrückt wird.
Dem vierzehnten Aspekt entsprechend ist die Zündkerze am zentralen oberen Endabschnitt des Zylinders angeordnet, ein Kraftstoffeinspritzventil ist am äußeren oberen Endabschnitt des Zylinders angeordnet, und eine Schichtungshöhlung ist auf der Oberseite eines Kolbens neben dem Kraftstoffeinspritzventil geformt. Mit dieser Anordnung kann der Pi-Variationsfaktor im Schichtlademotor reduziert werden, da ein fettes Luft-Kraftstoff-Gemisch mit Sicherheit lokal um die Zündkerze herum vorhanden sein kann, wodurch die Verschlechterung der Verbrennungsstabilität unterdrückt wird.
Andere Aufgaben und Vorteile neben denen, die oben erläutert wurden, gehen für den Fachmann aus der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung hervor. In der Beschreibung wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, die Bestandteil davon sind und ein Beispiel der Erfindung veranschaulichen. Dieses Beispiel ist aber für die verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung nicht erschöpfend, weshalb zur Bestimmung des Umfangs der Erfindung auf die Ansprüche verwiesen wird, die auf die Beschreibung folgen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Schnittansicht, die den Aufbau eines Brennraumabschnitts einer Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung nach einer Ausführungsform der Erfindung zeigt;
2 ist eine schematische Gesamtansicht der Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung;
3 ist eine Tabelle, die verschiedene Parameter zeigt, die in das Steuergerät (ECU) eines Motors einzugeben sind, um die Zustände des Motors und eines Katalysators zu erkennen und die Motorsteuerung zu implementieren;
4A und 4B sind Flußdiagramme, die die Katalysatortemperaturregelung in einem Dieselmotor mit Direkteinspritzung in der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen;
5 ist ein Flußdiagramm, das die Katalysatortemperaturregelung in einem Dieselmotor mit Direkteinspritzung in der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
6 ist ein Flußdiagramm, das die Katalysatortemperaturregelung in einem Dieselmotor mit Direkteinspritzung in der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
7 ist ein Graph, der die Beziehung zwischen dem Kurbelwinkel und dem Massenverbrennungsverhältnis zeigt, d.h., die Verbrennungsgeschwindigkeiten der geteilten und der simultanen Einspritzung;
8 ist ein Graph, der die Beziehung zwischen dem Kurbelwinkel und dem Massenverbrennungsverhältnis zeigt, d.h., die Verbrennungsgeschwindigkeiten des schwachen und des starken Wirbels;
9 ist ein Graph, der die Beziehung zwischen dem schwachen und starken Wirbel, der Emissionsmenge an Roh-HC, dem HC-Reinigungsverhältnis, und der Katalysatortemperatur vor und nach einer Periode zeigt, in welcher der Katalysator die Erwärmung erreicht;
10 ist ein Ablaufdiagramm, das die Kraftstoffeinspritzmengen und die Zündzeitpunkte in zweigeteilten Einspritzungen zeigt;
11 ist ein Graph, der die Beziehung zwischen dem nachlaufenden Einspritzzeitpunkt und der Emissionsmenge an Roh-HC zeigt;
12 ist ein Graph, der die Beziehung zwischen dem nachlaufenden Einspritzzeitpunkt und dem Pi-Variationsfaktor zeigt;
13 ist ein Graph, der die Beziehung zwischen dem nachlaufenden Einspritzzeitpunkt, dem Pi-Variationsfaktor, der Abgastemperatur, dem Kraftstoffverbrauchsverhältnis, der HC-Emissionsmenge und der NOx-Emissionsmenge zeigt;
14 ist ein Graph, der die Ausgabe einer O₂-Sonde bei der O₂-Rückkopplungsregelung zeigt;
15 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen einer Änderung in der Ausgabe der O₂-Sonde und einer entsprechenden Änderung im Rückkopplungskorrekturkoeffizienten bei der O₂-Rückkopplungsregelung zeigt;
16 ist ein Graph, der die Beziehung zwischen dem HC-Reinigungsverhältnis, der Katalysatortemperatur und der Emissionsmenge an Roh-HC relativ zum Luft/Kraftstoff-Verhältnis zeigt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGS-FORMEN
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachstehend im einzelnen Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben.
Aufbau der Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung
1 ist eine schematische Schnittansicht, die den Aufbau eines Brennraumabschnitts einer Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung dieser Ausführungsform zeigt.
Wie in 1 gezeigt, bezeichnet das Bezugszeichen 1 eine Brennkraftmaschine. Eine Vielzahl von Zylinder ist in einem Zylinderblock 2 geformt, und ein Zylinderkopf 3 ist über eine Dichtung auf dem Zylinderblock 2 befestigt. In jeden Zylinder ist ein Kolben 4 eingeführt, und ein Brennraum 5 wird zwischen der Oberseite des Kolbens 4 und der Unterseite des Zylinderkopfs 3 geformt. Ein Einlaßkanal 6 und ein Auslaßkanal 7 sind angeordnet, die mit dem Brennraum 5 in Verbindung stehen, und ein Ansaugventil 8 und ein Abgasventil 9, die diese Kanäle 6 und 7 öffnen/schließen, und eine Zündkerz 10 und ein Einspritzaggregat 11 sind angeordnet, um sich im Brennraum 5 gegenüberzuliegen. Das Einspritzaggregat 11 spritzt Kraftstoff direkt in den Brennraum 5 ein.
Eine Aussparung, die einen im wesentlichen trapezförmigen Querschnitt aufweist, ist an der Unterseite des Zylinderkopfs 3 geformt, um den oberen Abschnitt des Brennraums 5 zu umgrenzen. Der Einlaßkanal 6 ist zum oberen Flächenabschnitt des Brennraums 5 hin offen, und der Auslaßkanal 7 ist zu seinem schrägen Flächenabschnitt hin offen. Je zwei Einlaß- und Auslaßkanäle 6 und 7 sind in einer Richtung rechtwinklig zur Ebene von 1 nebeneinander angeordnet und jeweils mit Ansaug- und Abgasventilen 8 und 9 versehen. Die Ansaug- und Abgasventile 8 und 9 werden von einem Ventilantriebsmechanismus angetrieben, der eine Nockenwelle und dergleichen (nicht gezeigt) umfaßt, und werden an vorgegebenen Zeitpunkten geöffnet/geschlossen.
Die Zündkerze 10 ist im wesentlichen im zentralen oberen Abschnitt des Brennraums 5 angeordnet und ist am Zylinderkopf 3 so befestigt, daß ihre Funkenstrecke in den Brennraum 5 hinein ragt.
Das Einspritzaggregat 11 ist am äußeren Randabschnitt des Brennraums 5 angeordnet und ist auf der Seite der Einlaßkanäle 6 am Zylinderkopf 3 befestigt. Ein Düsenabschnitt des Einspritzaggregats 11 ragt zwischen dem oberen Flächenabschnitt des Brennraums 5, in welchem der Einlaßkanal 6 austritt, und einer Fugenfläche mit dem Zylinderblock 2 in eine Wandfläche 12 hinein und spritzt Kraftstoff schräg nach unten ein.
Auf dem oberen Abschnitt des Kolbens 4 neben dem Einspritzaggregat 11 ist eine Schichtungshöhlung 13 geformt. Die Position und Ausrichtung des Einspritzaggregats 11, die Position der Höhlung 13 und die Position der Zündkerze 10 sind so voreingestellt, daß Kraftstoff, der während der letzten Hälfte eines Verdichtungshubs, in welcher der Kolben 4 nahe am oberen Totpunkt liegt, vom Einspritzaggregat 11 zur Höhlung 13 hin eingespritzt wird, von der Höhlung 13 zurückgeworfen wird und die Nähe der Zündkerze 10 erreicht.
2 ist eine schematische Gesamtansicht der Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung.
Wie in 2 gezeigt, sind eine Ansaugleitung 15 und eine Abgasleitung 16 mit dem Motor 1 verbunden. Die hintere Seite der Ansaugleitung 15 zweigt an einem Ansaugkrümmer in Leitungen zu den einzelnen Zylindern ab, wobei in jeder zylinderabhängigen Leitung 15a zwei parallele Zweigleitungen geformt sind und an den hinteren Enden dieser Zweigleitungen zwei Einlaßkanäle 6 zum Brennraum 5 von 1 hin offen sind. In jeder Zweigleitung ist ein Einlaßstromregelventil 17 vorgesehen. Durch Regelung des Öffnungsgrads des Einlaßstromregelventils 17 wird ein Einlaßstrom (Wirbel oder Sturz) im Brennraum 5 mit der Ansaugluft erzeugt, die von der anderen Zweigleitung zugeführt wird, und die Einlaßstromstärke ist geregelt. Es ist anzumerken, daß die Einlaßstromstärke auch geändert werden kann, indem der Öffnungsgrad eines der zwei Ansaugventile geregelt wird, oder durch variable Regelung der Ventilsteuerzeiten.
Eine Drosselklappe 18 ist in der Mitte der Ansaugleitung 15 vorgesehen und wird von einem elektrischen Stellantrieb 19 wie z.B. einem Schrittmotor oder dergleichen gesteuert, um die Ansaugluftmenge zu regeln.
Eine O₂-Sonde 21, um des Luft/Kraftstoff-Verhältnis im Abgas zu erkennen, ist in der Abgasleitung 16 vorgesehen, und ein Abgaskatalysator 22 mit Katalysatoren zur Abgasreinigung ist vorgesehen. Der Abgaskatalysator 22 umfaßt einen Dreiwegekatalysator 22a, der hinter der Abgasleitung 16 angeordnet ist und das Abgas reinigt, indem er HC, CO und NOx entfernt, und einen NOx-Katalysator 22b, der hinter dem Dreiwegekatalysator 22a angeordnet ist und NOx absorbiert. Der NOx-Katalysator 22b absorbiert NOx bei einem Luft/Kraftstoff-Verhältnis λ > 1, das magerer ist als das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis λ = 1, wenn nach der Erwärmung die geschichtete Verbrennung durchgeführt wird, indem das Luft/Kraftstoff-Verhältnis so geregelt wird, daß es in einen mageren Bereich fällt, der λ > 1 erfüllt. Der NOx-Katalysator 22b weist in der Nähe des stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnisses auch eine Dreiwegefunktion auf und setzt bei einem Luft/Kraftstoff-Verhältnis, das fetter als λ = 1 ist, absorbierte NOx frei, um sie mit HC und CO zur Reaktion zu bringen.
Wenn der Abgaskatalysator 22 direkt hinter einem Auspuffkrümmer 16a angeordnet ist (direkt damit verbunden ist), steigt die Katalysatortemperatur in einem hohen Drehzahl- und Lastzustand zu schnell an. Aus diesem Grunde ist der Abgaskatalysator 22 in der Mitte eines Auspuffrohrs 16b eingefügt, das mit dem Auspuffkrümmer 16a verbunden ist und vom Motor weg liegt, um die Katalysatoren zu schützen.
Eine AGR-Leitung 43, um etwas Abgas rückzuführen, ist zwischen den Abgasund Ansaugleitungen 16 und 15 verbunden, und ein AGR-Ventil 44 ist in dieser AGR-Leitung 43 eingefügt.
Ein Auflader 40 und ein Nebenauslaß 41, der den Aufladen 40 umgeht, sind vor dem Abgaskatalysator 22 im Auspuffrohr 16b vorgesehen. Der Nebenauslaß 41 wird durch ein Nebenauslaßventil 42 geöftnet/geschlossen, um einen übermäßigen Anstieg des Aufladedrucks zu unterdrücken.
Das Motorsteuergerät ECU (elektrisches Steuergerät) 30 empfängt Signale von der O₂-Sonde 21 zum Erkennen des Sauerstoffgehalts im Abgas, von einem Kurbelwinkelsensor 23 zum Erkennen des Kurbelwinkels des Motors, von einem Gasdrosselöftnungsgradsensor 24 zum Erkennen des Öffnungsgrads einer Gasdrossel (die Betätigungsmenge eines Gaspedals), von einem Luftmengenmesser 25 zum Erkennen einer Ansaugluftmenge, von einem Kühlwassertemperatursensor 26 zum Erkennen der Temperatur des Motorkühlwassers, von einem Motordrehzahlsensor 27, einem Ansauglufttemperatursensor 28, einem Luftdrucksensor 29 und dergleichen.
3 ist eine Tabelle, die verschiedene Parameter zeigt, die in das Steuergerät (ECU) eines Motors einzugeben sind, um die Zustände des Motors und der Katalysatoren zu erkennen und die Motorsteuerung zu implementieren.
Das Motorsteuergerät ECU 30 umfaßt ein Temperaturzustandsunterscheidungsmodul 31, ein Betriebszustandserkennungsmodul 32, ein Kraftstoffeinspritzungssteuermodul 33, ein Einspritzmengenrechenmodul 34, ein Zündzeitpunktsteuermodul 35 und ein Drehzahlsteuermodul 36.
Das Temperaturzustandsunterscheidungsmodul 31 schätzt die Katalysatortemperatur auf der Basis der Entwicklung des Motordrehzahlerkennungssignals vom Motordrehzahlsensor 27, des Gasdrosselöftnungsgraderkennungssignals vom Gasdrosselöffnungsgradsensor 24, des Ansaugluftmengenerkennungssignals vom Luftmengenmesser 25, des Kühlwassertemperaturerkennungssignals vom Kühlwassertemperatursensor 26, einer Kraftstoffeinspritzmenge Ta, des Einspritzmodus und dergleichen, und unterscheidet, ob der Abgaskatalysator 22 in einem kalten Zustand ist, der niedriger ist als die Aktivierungstemperatur.
Es ist anzumerken, daß der kalte Katalysatorzustand bestimmt werden kann, wenn die Kühlwassertemperatur kleiner ist als eine erste Temperatur, und der erwärmte Katalysatorzustand kann bestimmt werden, wenn sie größer oder gleich der ersten Temperatur ist. Außerdem schätzt das Temperaturzustandsunterscheidungsmodul 31 auch die Motortemperatur und bestimmt einen kalten Motorzustand, wenn die Kühlwassertemperatur kleiner ist als eine zweite Temperatur; oder einen warmen Motorzustand, wenn sie größer oder gleich der zweiten Temperatur ist. Es ist anzumerken, daß die zweite Temperatur höher als die erste Temperatur ist. Und daß die Temperaturzustandsunterscheidung zur Unterscheidung des erwärmten Katalysatorzustands durch Kombinieren der Kühlwassertemperaturerkennung mit der Unterscheidung der Zeit implementiert werden kann, die seit dem Anlassen des Motors abgelaufen ist, oder durch direktes Erkennen der Katalysatortemperaturimplementiert werden kann.
Der Einspritzmodus weist ein Einspritzungsprofil wie die Ansaughub-Einspritzung (homogener Verbrennungsbereich) oder (geschichteter Verbrennungsbereich) auf, und die getrennte (geteilte) oder simultane Einspritzung in diesen Bereichen, und ist den einzelnen Betriebsbereichen entsprechend voreingestellt. Daher wird der Einspritzmodus durch Unterscheidung des Betriebsbereichs eingestellt.
Das Betriebszustandserkennungsmodul 32 unterscheidet einen Motorbetriebsbereich wie z.B. einen mageren Bereich, fetten Bereich und dergleichen auf der Basis des Motordrehzahlerkennungssignals vom Motordrehzahlsensor 27, des Gasdrosselöffnungsgraderkennungssignals vom Gasdrosselöffnungsgradsensor 24, des Ansaugluftmengenerkennungssignals vom Luftmengenmesser 25, des Kühlwassertemperaturerkennungssignals vom Kühlwassertemperatursensor 26, des Ansauglufttemperaturerkennungssignals vom Ansauglufttemperatursensor 28, und des Luftdruckerkennungssignals vom Luftdrucksensor 29. Das Betriebszustandserkennungsmodul 32 bestimmt auch einen vorübergehenden Betriebszustand wie z.B. abrupte Beschleunigung, Hochlastbetrieb und dergleichen auf der Basis des Ansaugluftmengenerkennungssignals.
Überdies unterscheidet das Modul 32 einen kalten oder warmen erwärmte Betriebszustand des Motors auf der Basis des Kühlwassertemperatursignals. Zudem wird das O₂-Erkennungssignal von der O₂-Sonde 21 ausgegeben, wenn die O₂-Sonde 21 aktiviert ist, und wird in der O₂-Rückkopplungsregelung verwendet.
Das Kraftstoffeinspritzungssteuermodul 33 berechnet einen Kraftstoffeinspritzzeitpunkt Qa auf der Basis des Motordrehzahlerkennungssignals vom Motordrehzahlsensor 27, des Gasdrosselöffnungsgraderkennungssignals vom Gasdrosselöffnungsgradsensor 24, des Ansaugluftmengenerkennungssignals vom Luftmengenmesser 25, des Kühlwassertemperaturerkennungssignals vom Kühlwassertemperatursensor 26, und des O₂-Erkennungssignals von der O₂-Sonde 21.
Das Einspritzmengenrechenmodul 34 berechnet eine Kraftstoffeinspritzmenge Ta auf der Basis des Motordrehzahlerkennungssignals vom Motordrehzahlsensor 27, des Gasdrosselöffnungsgraderkennungssignals vom Gasdrosselöffnungsgradsensor 24, des Ansaugluftmengenerkennungssignals vom Luftmengenmesser 25, des Kühlwassertemperaturerkennungssignals vom Kühlwassertemperatursensor 26, des Kraftstoffdrucks und des Einspritzmodus.
Der Kraftstoffdruck ist ein Ausstoßdruck einer Hochdruckkraftstoffpumpe, die auf das Einspritzaggregat 11 wirkt, und die Einspritzmenge Ta wird auf der Basis des Differenzdrucks zwischen der Ausgabe des Kraftstoffdrucksensors und des Zylinderinnendrucks (Schätzwert) korrigiert.
Das Kraftstoffeinspritzungssteuermodul 33 und das Einspritzmengenrechenmodul 34 steuern den Einspritzzeitpunkt Qa und die Einspritzmenge (Impulsbreite) Ta vom Einspritzaggregat 11 über eine Einspritzaggregat-Treiberschaltung 37. Im kalten Katalysatorzustand wird das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des gesamten Brennraums 5 auf ein im wesentlichen stöchiometrisches Luft/Kraftstoff-Verhältnis λ = 1 geregelt, und die geteilte Einspritzung, um Kraftstoff in mindestens zwei Einspritzungen geteilt einzuspritzen, d.h., in einer nachlaufenden Einspritzung nach der mittleren Periode eine Verdichtungshubs und einer voreilenden Einspritzung in der ersten Hälfte eines Ansaughubs vor der nachlaufenden Einspritzung, wird durchgeführt, um in einer Region in der Nähe der Zündkerze 10 im Brennraum 5 ein Luft-Kraftstoff-Gemisch mit einem stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis (λ = 1) oder fetter (λ < 1) zu formen, und während der Periode von Ansaughub bis zum Zündzeitpunkt um die Region in der Nähe der Zündkerze 10 herum ein Luft-Kraftstoff-Gemisch mit einem Luft/Kraftstoff-Verhältnis λ > 1 zu formen, das magerer als das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis λ = 1.
Das Zündzeitpunktsteuermodul 35 berechnet einen Zündzeitpunkt θig auf der Basis des Motordrehzahlerkennungssignals vom Motordrehzahlsensor 27, des Gasdrosselöffnungsgraderkennungssignals vom Gasdrosselöffnungsgradsensor 24, des Ansaugluftmengenerkennungssignals vom Luftmengenmesser 25, des Kühlwassertemperaturerkennungssignals vom Kühlwassertemperatursensor 26, und des Einspritzmodus.
Das Zündzeitpunktsteuermodul 35 gibt ein Steuersignal an eine Zündvorrichtung 38 aus, um den Zündzeitpunkt θig dem Motorbetriebszustand entsprechend zu steuern. Das Modul 35 regelt den Zündzeitpunkt θig grundsätzlich so, daß er an den MBT (um einen Zündzeitpunkt herum, an dem das beste Drehmoment erzeugt wird) angeglichen wird, verzögert aber den Zündzeitpunkt bei Bedarf, wenn die Motorlast im kalten Katalysatorzustand sehr niedrig ist, wie weiter unten beschrieben.
Das Motorsteuergerät ECU 30 steuert auch die Ansaugluftmenge, indem es ein Steuersignal an den Steilantrieb 19 ausgibt, der die Drosselklappe 18 betreibt. Wenn zum Beispiel die geschichtete Verbrennung durchgeführt wird, indem nach dem Warmlauf des Motors die Kraftstoffeinspritzung allein im Verdichtungshub erfolgt, reguliert das Motorsteuergerät ECU 30 die Ansaugluftmenge, um ein mageres Luft/Kraftstoff-Verhältnis zu erreichen. Ein Drossel klappenöffnungsgrad θtv wird auf der Basis des Motordrehzahlerkennungssignals vom Motordrehzahlsensor 27, des Gasdrosselöffnungsgraderkennungssignals vom Gasdrosselöffnungsgradsensor 24, des Ansaugluftmengenerkennungssignals vom Luftmengenmesser 25, des Ansauglufttemperaturerkennungssignals vom Ansauglufttemperatursensor 28, des Luftdruckerkennungssignals vom Luftdrucksensor 29 und des Einspritzmodus berechnet.
Wie weiter unten beschrieben, werden die Ansaugluftmenge und die Kraftstoffeinspritzmenge erhöht, wenn der Zündzeitpunkt verzögert wird, solange die Motorlast im kalten Katalysatorzustand sehr niedrig ist. Ferner steuert das Motorsteuergerät ECU 30 das Einlaßstromregelventil 17, um z.B. bei der geteilten Einspritzung im Brennraum 5 einen Wirbel zu erzeugen, und steuert das AGR-Ventil 44, um z.B. bei der geschichteten Verbrennung, in welcher das Luft/ Kraftstoff-Verhältnis magerer ist als λ = 1, die AGR zu erreichen.
Die Öffnung/Schließung des Einlaßstromregelventils 17 wird abhängig vom Motordrehzahlerkennungssignal des Motordrehzahlsensors 27, vom Gasdrosselöffnungsgraderkennungssignal des Gasdrosselöffnungsgradsensors 24, vom Ansaugluftmengenerkennungssignal des Luftmengenmessers 25, und vom Einspritzmodus gesteuert, wodurch das Wirbelverhältnis (Wirbelstromwinkelgeschwindigkeit/Motorrotationswinkelgeschwindigkeit) in jedem Zylinder geregelt wird.
Ein AGR-Ventilöffnungsgrad θegr wird auf der Basis des Motordrehzahlerkennungssignals vom Motordrehzahlsensor 27, des Gasdrosselöffnungsgraderkennungssignals vom Gasdrosselöffnungsgradsensor 24, des Ansaugluftmengenerkennungssignals vom Luftmengenmesser 25, des Kühlwassertemperaturerkennungssignals vom Kühlwassertemperatursensor 27, und des Einspritzmodus berechnet.
Das Motorsteuergerät ECU 30 unterscheidet das Anlassen des Motors auf der Basis des Motordrehzahlerkennungssignals vom Motordrehzahlsensor 27 und eines Anlassersignals.
Katalysatortemperaturregelung
Die Katalysatortemperaturregelung zur schnellen Aktivierung des kalten Katalysators (Katalysatoren 22a und 22b) und zur Reduktion der HC-Emissionen wird nachstehend erläutert.
4A bis 6 sind Flußdiagramme, die die Katalysatortemperaturregelung im Dieselmotor mit Direkteinspritzung dieser Ausführungsform zeigen.
Zuerst wird ein Überblick der Katalysatortemperaturregelung erläutert.
Wenn der Motor nach dem Anlassen des Motors während einer Periode T1 (frühere Periode) in einem niedrigen Drehzahlbereich läuft, solange der Katalysator unmittelbar, nachdem das HC-Reinigungsverhältnis des Katalysators 22a stark ansteigt, noch nicht bis auf ein bestimmtes HC-Reinigungsverhältnis (ein Reinigungsverhältnis von etwa 50 %) des Katalysators 22a erwärmt wurde, und während einer Periode T2 (spätere Periode) vom Zustand des Reinigungsverhältnisses des Katalysators 22a von etwa 50 % bis zum Erreichen der Erwärmung auf ein HC-Reinigungsverhältnis von etwa 100 %, wird in dieser Ausführungsform die folgende Steuerung ausgeführt, um den inaktiven Katalysator schnell zu aktivieren:

(i) Der Kraftstoff wird in mindestens zwei Einspritzungen geteilt eingespritzt, d.h., eine nachlaufende Einspritzung, die nach der mittleren Periode des Verdichtungshubs beginnt, und eine voreilende Einspritzung, die früher ist als die nachlaufende Einspritzung, innerhalb der Periode vom Ansaughub bis zum Zündzeitpunkt.
(ii) Das Luft/Kraftstoff-Verhältnis im Brennraum wird auf λ = 1 geregelt, die geteilte Einspritzung wird während mindestens einer Periode (T1 + T2) durchgeführt, die erforderlich ist, bis der Katalysator 22a die Erwärmung auf ein Reinigungsverhältnis von etwa 100 % erreicht hat, und ein Wirbel wird während der früheren Periode T1 der Periode bis zur Erwärmung auf ein Reinigungsverhältnis von etwa 100 % schwächer eingestellt als in der späteren Periode T2.
(iii) Die geteilte Einspritzung wird selbst während der späteren Periode T2 durchgeführt, und der Wirbel wird verstärkt.
(iv) Während der früheren Periode T1, in welcher der Wirbel abgeschwächt wird, wird der spätere Einspritzzeitpunkt im Vergleich zur späteren Periode T2, in welcher der Wirbel verstärkt wird, verzögert. (v) Während der Periode (T1 + T2), bis der Katalysator 22a die Erwärmung auf ein Reinigungsverhältnis von etwa 100 % erreicht, wird die Kraftstoffeinspritzmenge der voreilenden Einspritzung kleiner eingestellt als die der nachlaufenden Einspritzung, um etwa 1/4 oder mehr der Gesamteinspritzmenge zu entsprechen.
(vi) Das Luft/Kraftstoff-Verhältnis im Zylinder während der früheren Periode T1 ist innerhalb des Bereichs λ ≈ 1 grundsätzlich magerer eingestellt als (in der) späteren Periode T2.
(vii) Das Luft/Kraftstoff-Verhältnis während der früheren Periode T1 wird vor dem Start der O₂-Rückkopplung mager in der Nachbarschaft von λ = 1 eingestellt, und nach dem Start der O₂-Rückkopplung auf λ = 1 eingestellt. Das heißt, ein Rückkopplungsbezugswert bei der O₂-Rückkopplung während der früheren Periode T1 wird magerer eingestellt als der bei der O₂-Rückkopplung während der späteren Periode T2.
(viii) Der Zündzeitpunkt wird in Bezug auf eine identische Last und identische Motordrehzahl nach dem Aufwärmen des Katalysators verzögert.
(ix) Das Wirbelverhältnis (Wirbelstromwinkelgeschwindigkeit/Motorrotationswinkelgeschwindigkeit) in jedem Zylinder wird so geregelt, daß das lokale Luft/Kraftstoff-Verhältnis um die Zündkerze herum durch die nachlaufende Einspritzung fett wird.

Der konkrete Fluß des Motorsteuergeräts ECU 30 zur Implementierung der Regelvorgänge (i) bis (xi) wird nachstehend Bezug nehmend auf 4A bis 6 erläutert.
Wie in 4A und 4B gezeigt, liest das Motorsteuergerät ECU 30 in Schritt S1 die Erkennungssignale von der O₂-Sonde 21, vom Kurbelwinkelsensor zum Erkennen des Kurbelwinkels des Motors, vom Gasdrosselöffnungsgradsensor 24, vom Luftmengenmesser 25, vom Kühlwassertemperatursensor 26, vom Motordrehzahlsensor 27, vom Ansauglufttemperatursensor 28, vom Luftdrucksensor 29, vom Kraftstoffdrucksensor, von einem Anlasser und dergleichen aus.
In Schritt S2 wird geprüft, ob der Anzeiger F3 gesetzt ist. Der Anzeiger F3 wird auf null zurückgesetzt, wenn der Motor kalt ist; er ist auf 1 gesetzt, wenn der Motor warm ist.
Wenn der Anzeiger F3 in Schritt S2 gesetzt ist (JA in Schritt S2), springt der Fluß zu Schritt S45 (der weiter unten Bezug nehmend auf 6 beschrieben wird).
Wenn der Anzeiger F3 zurückgesetzt ist (NEIN in Schritt S2), weil der Katalysator 22 noch nicht erwärmt ist, geht der Fluß zu Schritt S3 über.
In Schritt S3 wird auf der Basis der Anlassersignals geprüft, ob der Motor durch den Anlasser eingeschaltet wird. Wenn der Anlasser in Schritt S3 AN ist (JA in Schritt S3), da der Motor angelassen wird, geht der Fluß zu Schritt S4 über; wenn der Anlasser AUS ist (NEIN in Schritt S3), geht der Fluß zu Schritt S23 über.
In Schritt S4 wird die Einspritzimpulsbreite TA beim Anlassen des Motors berechnet.
In Schritt S5 wird ein Einspritzzeitpunkt θak beim Anlassen des Motors berechnet.
In Schritt S6 wartet die Steuerung auf der Basis des Kurbelwinkels des Motors, der vom Kurbelwinkelsensor 23 erkannt wird, bis der in Schritt S5 berechnete Einspritzzeitpunkt θak erreicht ist. Wenn der Einspritzzeitpunkt θak erreicht worden ist (JA in Schritt S6), geht der Fluß zu Schritt S7 über.
In Schritt S7 wird Kraftstoff vom Einspritzaggregat 11 eingespritzt, um die in Schritt S4 berechnete Einspritzimpulsbreite Ta zu erhalten.
In Schritt S8 wird geprüft, ob die Motordrehzahl eine vorgegebene Motordrehzahl (z.B. 500 U/min) überstiegen hat, bei welcher bestimmt werden kann, daß der Motor angelaufen ist. Die Vorgänge in Schritt S4 bis S7 werden wiederholt, bis die Motordrehzahl die vorgegebene Motordrehzahl überschreitet.
In Schritt S9 wird die Katalysatortemperatur auf der Basis der Entwicklung der Motordrehzahl, des Gasdrosselöffnungsgrads, der Ansaugluftmenge, der Kühlwassertemperatur und dergleichen geschätzt.
In Schritt S10 wird geprüft, ob der Katalysator 22 noch nicht erwärmt ist, d.h., seine Temperatur niedriger ist als seine Aktivierungstemperatur. Wenn der Katalysator 22 in Schritt S10 noch nicht erwärmt ist (JA in Schritt S10), wird in Schritt S11 ein Anzeiger F1 gesetzt; wenn der Katalysator 22 in Schritt S10 enrvärmt ist (NEIN in Schritt S10), wird in Schritt S12 der Anzeiger F3 gesetzt, und der Fluß springt zurück. Der Anzeiger F1 wird gesetzt, wenn der Katalysator 22 noch nicht erwärmt ist, und auf null zurückgesetzt, wenn er erwärmt ist.
In Schritt S13 wird in der Periode T1 ein Zeitgeber gesetzt, bis der Katalysator auf der Basis der Kühlwassertemperatur, Ansauglufttemperatur und dergleichen eine Erwärmung auf ein Reinigungsverhältnis von etwa 50 % erreicht.
In Schritt S14 beginnt der Zeitgeber, die Periode T1 abzuzählen, bis die Erwärmung erreicht ist.
In Schritt S15 wird geprüft, ob die O₂-Sonde aktiviert ist. Wenn die O₂-Sonde in Schritt S15 inaktiv ist (NEIN in Schritt S15), geht der Fluß zu Schritt S16 über; wenn die O₂-Sonde aktiv ist (JA in Schritt S15), geht der Fluß zu Schrit S19 über.
In Schritt S16 werden die Einspritzimpulsbreite Ta und der Zündzeitpunkt θig auf der Basis der Motordrehzahl, des Gasdrosselöffnungsgrads, der Ansaugluftmenge, der Kühlwassertemperatur und dergleichen berechnet.
In Schritt S17 wird die Einspritzimpulsbreite Ta auf α : 1 – α verteilt, um einen voreilenden Einspritzimpuls Tak (= α x Ta) und einen nachlaufenden Einspritzimpuls Tad (=(1 – α) x Ta) in der geteilten Einspritzung zu berechnen.
In Schritt S18 wird ein voreilender Basiseinspritzzeitpunkt θakb und ein nachlaufender Basiseinspritzzeitpunkt θadb eingestellt, und der Fluß geht zu Schritt S25 in 5 über.
Wenn die O₂-Sonde in Schritt S15 aktiv ist (JA in Schrit S15), werden die Einspritzimpulsbreite Ta und der Zündzeitpunkt θig in Schritt S19 auf der Basis der Motordrehzahl, des Gasdrosselöffnungsgrads, der Ansaugluftmenge, der Kühlwassertemperatur, der Sauerstoffkonzentraüon und dergleichen berechnet.
In Schritt S20 wird die Einspritzimpulsbreite Ta auf α : 1 – α verteilt, um einen voreilenden Einspritzimpuls Tak (= α × Ta) und einen nachlaufenden Einspritzimpuls Tad (=(1 – α) × Ta) in der geteilten Einspritzung zu berechnen.
In Schritt S21 wird ein voreilender Basiseinspritzzeitpunkt θakb und ein nachlaufender Basiseinspritzzeitpunkt θadb eingestellt.
In Schritt S22 wird geprüft, ob ein Anzeiger F2 gesetzt ist. Der Anzeiger F1 wird auf 1 gesetzt, wenn die Periode T1, die erforderlich ist, bis der Katalysator die Erwärmung auf ein HC-Reinigungsverhältnis von etwa 50 % erreicht hat, abgelaufen ist, und das Einlaßstromregelventil 17 wird geschlossen, um von einem schwachen Wirbel auf einen starken Wirbel umzuschalten.
Wenn der Anzeiger F2 in Schritt S22 gesetzt ist (JA in Schritt S22), springt der Fluß zu Schritt S36, der weiter unten Bezug nehmend auf 5 beschrieben wird.
Wenn der Anzeiger F2 zurückgesetzt ist (NEIN in Schritt S22), geht der Fluß zu Schritt S25 in 5 über.
Wenn in Schritt S3 der Anlasser AUS ist (NEIN in Schritt S3), da der Motor steht oder läuft, aber nicht angelassen wird, wird in Schritt S23 geprüft, ob der Anzeiger F1 gesetzt ist.
Wenn der Anzeiger F1 in Schritt S23 gesetzt ist (JA in Schritt S23), da der Katalysator 22 noch nicht erwärmt ist, springt der Fluß zum obigen Schritt S14; wenn der Anzeiger F1 zurückgesetzt ist (NEIN in Schritt S23), da der Katalysator 22 erwärmt ist, springt der Fluß zu Schritt S24.
In Schritt S24 wird geprüft, ob der Anzeiger F2 gesetzt ist.
Wenn der Anzeiger F2 in Schritt S24 gesetzt ist (JA in Schritt S24), weil die Periode T1, die erforderlich ist, bis der Katalysator die Erwärmung auf ein HC-Reinigungsverhältnis von etwa 50 % erreicht hat, abgelaufen ist, springt der Fluß zum obigen Schritt S19.
Wenn der Anzeiger F2 in Schritt S24 zurückgesetzt ist (NEIN in Schritt S24), springt der Fluß zurück.
Wie in 5 gezeigt, wird in Schritt S25 geprüft, ob der Zeitgeber die Periode T1 abgezählt hat.
Wenn die Periode T1 in Schritt S25 noch nicht abgelaufen ist (NEIN in Schritt S25), geht der Fluß zu Schritt S26 über; wenn die Periode T1 abgelaufen ist (JA in Schnitt S25), geht der Fluß zu Schritt S34 über.
Verarbeitung der früheren Periode T1, bis der Katalysator die Erwärmung auf ein HC-Reinigungsverhältnis von etwa 50 % erreicht
In Schritt S26 wird das Einlaßstromregelventil offen gehalten, um einen schwachen Wirbel einzustellen, da die Periode T1 noch nicht abgelaufen ist.
In Schritt S27 wird der voreilende Einspritzzeitpunkt θak mit dem voreilenden Basiseinspritzzeitpunkt θask gleichgesetzt (θak = θakb), und der nachlaufende Einspritzzeitpunkt θad wird dem nachlaufenden Basiseinspritzzeitpunkt θadb gegenüber um θk verzögert (θad = θadb – θk).
In Schritt S28 wartet die Steuerung auf der Basis des Kurbelwinkels des Motors, der vom Kurbelwinkelsensor 23 erkannt wird, bis der in Schritt S27 berechnete voreilende Einspritzzeitpunkt θak erreicht ist. Wenn der voreilende Einspritzzeitpunkt θak erreicht ist (JA in Schritt S28), geht der Fluß zu Schritt S29 über.
In Schritt S29 wird Kraftstoff vom Einspritzaggregat 11, eingespritzt, um die voreilende Einspritzimpulsbreite Tak zu erhalten, die in Schritt S17 oder S20 berechnet wurde.
In Schritt S30 wartet die Steuerung auf der Basis des Kurbelwinkels des Motors, der vom Kurbelwinkelsensor 23 erkannt wird, bis der in Schritt S27 berechnete nachlaufende Einspritzzeitpunkt θad (verzögert) erreicht ist. Wenn der nachlaufende Einspritzzeitpunkt θad erreicht ist (JA in Schritt S30), geht der Fluß zu Schritt S31 über.
In Schritt S31 wird Kraftstoff vom Einspritzaggregat 11 eingespritzt, um die nachlaufende Einspritzimpulsbreite Tad zu erhalten, die in Schritt S17 oder S20 berechnet wurde.
In Schritt S32 wartet die Steuerung, bis der in Schritt S16 oder S19 berechnete Zündzeitpunkt θig erreicht ist. Wenn der Zündzeitpunkt θig erreicht ist (JA in Schritt S32), geht der Fluß zu Schritt S33 über.
In Schritt S33 wird die Zündkerze 10 am Zündzeitpunkt θig gezündet, der in Schritt S16 oder S19 berechnet wurde.
Verarbeitung der späteren Periode T2 nach Ablauf der früheren Periode T1
In Schritt S34 wird das Einlaßstromregelventil 17 geschlossen, um einen starken Wirbel einzustellen, da die Periode T1 abgelaufen ist.
In Schritt S35 wird der Anzeiger F2 auf 1 gesetzt.
In Schritt S36 wird der voreilende Einspritzzeitpunkt θak mit dem voreilenden Basiseinspritzzeitpunkt θask gleichgesetzt (θak = θakb), und der nachlaufende Einspritzzeitpunkt θad wird mit dem nachlaufenden Basiseinspritzzeitpunkt θadb gleichgesetzt, um die Verzögerung des nachlaufenden Einspritzzeitpunkts aufzuheben (θad = θadb).
In Schritt S37 wartet die Steuerung auf der Basis des Kurbelwinkels des Motors, der vom Kurbelwinkelsensor 23 erkannt wird, bis der in Schritt S36 berechnete voreilende Einspritzzeitpunkt θak erreicht ist. Wenn der voreilende Einspritzzeitpunkt θak erreicht ist (JA in Schritt S37), geht der Fluß zu Schritt S38 über.
In Schritt S38 wird Kraftstoff vom Einspritzaggregat 11 eingespritzt, um die voreilende Einspritzimpulsbreite Tak zu erhalten, die in Schritt S17 oder S20 berechnet wurde.
In Schritt S39 wartet die Steuerung auf der Basis des Kurbelwinkels des Motors, der vom Kurbelwinkelsensor 23 erkannt wird, bis der in Schritt S36 berechnete nachlaufende Einspritzzeitpunkt θad erreicht ist. Wenn der nachlaufende Einspritzzeitpunkt θad erreicht ist (JA in Schritt S39), geht der Fluß zu Schritt S40 über.
In Schritt S40 wird Kraftstoff vom Einspritzaggregat 11 eingespritzt, um die nachlaufende Einspritzimpulsbreite Tad zu erhalten, die in Schritt S17 oder S20 berechnet wurde.
In Schritt S41 wartet die Steuerung, bis der in Schritt S16 oder S19 berechnete Zündzeitpunkt θig erreicht ist. Wenn der Zündzeitpunkt θig erreicht ist (JA in Schritt S41), geht der Fluß zu Schritt S42 über.
In Schritt S42 wird die Zündkerze 10 am Zündzeitpunkt θig gezündet, der in Schritt S16 oder S19 berechnet wurde.
In Schritt S43 wird geprüft, ob der Katalysator 22 noch nicht erwärmt ist, d.h., seine Temperatur niedriger ist als seine Aktivierungstemperatur. Wenn der Katalysator 22 in Schritt S43 noch nicht erwärmt ist (JA in Schritt S43), springt der Fluß zurück; wenn der Katalysator 22 erwärmt ist (NEIN in Schritt S43), wird in Schritt S44 der Anzeiger F3 gesetzt, und dann springt der Fluß zurück.
Steuerung, die ausgeführt wird, wenn der Motor warm ist
Wie in 6 gezeigt, geht der Fluß zu Schritt S45 über, um die normale Steuerung durchzuführen, wenn in Schritt S2 der Anzeiger F3 gesetzt ist (JA in Schritt S2), da der Motor warm ist.
In Schritt S45 wird ein Betriebsbereich (geschichtete Verbrennung oder homogene Verbrennung) auf der Basis der Motordrehzahl, des Gasdrosseiöffnungsgrads, der Ansaugluftmenge, der Kühlwassertemperatur, der Ansauglufttemperatur, des Luftdrucks und dergleichen bestimmt.
In Schritt S46 werden die Einspritzimpulsbreite Ta, der Einspritzzeitpunkt Ta, der Einspritzzeitpunkt θa, der Öffnungsgrad θtv der Drosselklappe 18, der Öffnungsgrad θegr des AGR-Ventils 44, und der Zündzeitpunkt θig dem in Schritt S45 bestimmten Betriebsbereich entsprechend berechnet.
In Schritt S47 wird geprüft, ob die Motordrehzahl größer oder gleich einer vorgegebenen Motordrehzahl N1 (z.B. 2.000 bis 2.500 U/min) ist.
Wenn die Motordrehzahl in Schritt S47 größer oder gleich der vorgegebenen Motordrehzahl N1 ist (JA in Schritt S47), wird in Schritt S48 das Einlaßstromregelventil 17 geöffnet, und der Fluß geht zu Schritt S51 über.
Wenn die Motordrehzahl in Schritt S47 kleiner ist als die vorgegebene Motordrehzahl N1 (NEIN in Schritt S47), wird in Schritt S49 geprüft, ob der Gasdrosselöffnungsgrad groß ist.
Wenn der Gasdrosselöffnungsgrad in Schritt S49 groß ist (JA in Schritt S49), da der Motor beschleunigt wird oder einer hohen Last ausgesetzt wird, geht der Fluß zu Schritt S48 über, um das Einlaßstromregelventil 17 zu öffnen, wodurch ein Wirbel abgeschwächt wird.
Andernfalls, wenn der Gasdrosselöffnungsgrad in Schritt S49 nicht groß ist (NEIN in Schritt S49), wird das Einlaßstromregelventil 17 in Schritt S50 geschlossen, um einen Wirbel zu verstärken.
In Schritt S51 wird geprüft, ob der Motorschlüssel AUS ist.
Wenn der Motorschlüssel in Schritt S51 AUS ist (JA in Schritt S51), werden die Anzeiger F1 bis F3 in Schritt S52 auf null zurückgesetzt, und der Fluß springt zurück.
Andernfalls, wenn der Motorschlüssel in Schritt S51 nicht AUS ist (NEIN in Schritt S51), springt der Fluß zurück.
7 und 8 zeigen die Beziehung zwischen dem Kurbelwinkel und dem Massenverbrennungsverhältnis, und ihnen ist zu entnehmen, daß Verbrennungsgeschwindigkeit mit zunehmendem Massenverbrennungsverhältnis bei gleichbleibenden Kurbelwinkel höher wird. 7 vergleicht die Verbrennungsgeschwindigkeiten in der geteilten und der simultanen Einspritzung. 8 vergleicht die Verbrennungsgeschwindigkeiten des schwachen und des starken Wirbels. 9 zeigt die Beziehung zwischen dem schwachen und starken Wirbel, die Emissionsmenge an Roh-HC, dem HC-Reinigungsverhältnis und der Katalysatortemperatur vor und nach einer Periode, die erforderlich ist, bis der Katalysator 22 eine Erwärmung auf ein Reinigungsverhältnis von etwa 100 % erreicht. 10 ist ein Ablaufdiagramm, das die Kraftstoffeinspritzmenge und den Einspritzzeitpunkt in zweigeteilten Einspritzungen zeigt. 11 zeigt die Beziehung zwischen dem nachlaufenden Einspritzzeitpunkt und der Emissionsmenge an Roh-HC. 12 zeigt die Beziehung zwischen dem nachlaufenden Einspritzzeitpunkt und dem Pi-Variationsfaktor. 13 zeigt die Beziehung zwischen dem nachlaufenden Einspritzzeitpunkt, dem Pi-Variationsfaktor, der Abgastemperatur, dem Kraftstoffverbrauchsverhältnis, der HC-Emissionsmenge und der NOx-Emissionsmenge.
Da im obigen erwähnten Fluß während der Periode T1, die erforderlich ist, bis der Katalysator 22a eine Erwärmung auf ein HC-Reinigungsverhältnis von etwa 50 % erreicht (Schritte S26 bis S33), Kraftstoff in mindestens zwei Einspritzungen geteilt eingespritzt wird, d.h., in einer nachlaufenden Einspritzung nach der mittleren Periode des Verdichtungshubs und in einer voreilenden Einspritzung, die früher ist als die nachlaufende Einspritzung, innerhalb der Periode vom Ansaughub bis zum Zündzeitpunkt, führt die Verbrennungsgeschwindigkeit im Vergleich zur simultanen Einspritzung zu einer langsamen Verbrennung, wie in 7 gezeigt, wodurch die Nachverbrennung und die Erwärmung des Katalysators 22 gefördert wird, was eine Zunahme im HC-Reinigungsverhältnis zur Folge hat. Dadurch kann die Emissionsmenge an Roh-HC reduziert werden.
Es ist anzumerken, daß die mittlere Periode des Verdichtungshubs eine Periode von BTDC (vor dem oberen Totpunkt) 120° bis BTDC 60° Kurbelwinkel bedeutet, wenn man den Verdichtungshub in drei Perioden aufteilt, d.h., in eine frühere, mittlere und spätere Periode, wie in 10 gezeigt. Daher startet die nachlaufende Einspritzung nach BTDC 120°. Da die Verbrennungsstabilität nachläßt, wenn die nachlaufende Einspritzung zu spät ist, wie weiter unten beschrieben, startet die nachlaufende Einspritzung bevorzugt, bevor 3/4 der Periode des Verdichtungshubs abgelaufen sind (vor BTDC 45°).
Das heißt, die nachlaufende Einspritzung wird eingestellt, um innerhalb einer Periode von BTDC 120° bis BTDC 40° zu beginnen, und die voreilende Ein spritzeng wird eingestellt, um in einer geeigneten Periode vor der nachlaufenden Einspritzung zu beginnen, z.B. innerhalb der Periode des Ansaughubs, wie in 10 gezeigt.
Während die geteilte Einspritzung mindestens während der Periode T1 durchgeführt wird, wird während dieser Periode T1 ein schwacher Wirbel erzeugt (Schnitt S26).
Da ein Wirbel während der Periode T1, die erforderlich ist, bis der Katalysator 22a die Erwärmung auf ein HC-Reinigungsverhältnis von etwa 50 % erreicht, abgeschwächt wird, wird die Verbrennungsgeschwindigkeit im Vergleich zu einem starken Wirbel langsam, wie in 8 und 9 gezeigt, was die Nachverbrennung zur Erhöhung der Abgastemperatur fördert. Da infolgedessen die Erwärmung des Katalysators gefördert wird, um das HC-Reinigungsverhältnis zu erhöhen, kann die Emissionsmenge an ungereinigten HC reduziert werden.
Wenn ein schwacher Wirbelzustand anhält, wird die Kraftstoffeinsparung schlechter, wenn auch die HC-reduzierende und die katalysatorerwärmende Wirkung leicht besser werden. Aus diesem Grunde wird die Verschlechterung der Kraftstoffeinsparung unterdrückt, indem von einem schwachen Wirbel auf einen starken Wirbel umgeschaltet wird, während die geteilte Einspritzung sogar in der späteren Periode T2 durchgeführt wird (Schritt S34). Es ist anzumerken, daß ein Wirbel verstärkt werden kann, indem Kraftstoff während der späteren Periode T2 nur in der Ansaugperiode simultan eingespritzt wird.
Da der in 1 gezeigte Motor 1 auf der Oberseite jedes Kolbens 4 die Schichtungshöhlung 12 aufweist, um den vom Einspritzaggregat 11 eingespritzten Kraftstoff einzufangen und ihn zur Zündkerze 10 hin zu leiten, ist das Wirbelverhältnis (Wirbelstromwinkelgeschwindigkeit/Motorrotationswinkelgeschwindigkeit) in jedem Zylinder so eingestellt, daß das lokale Luft/Kraftstoff-Verhältnis um die Zündkerze 10 herum nach der mittleren Periode des Ver dichtungshubs 11 bei der Kraftstoffeinspritzung aus dem Einspritzaggregat 11 durch die nachlaufende Einspritzung fett wird.
Ferner wird, wie in 10 gezeigt, der nachlaufende Einspritzzeitpunkt θad (gestrichelte Kurve) während der Periode T1, in welcher ein Wirbel abgeschwächt wird, im Vergleich zum nachlaufenden Einspritzzeitpunkt θad (durchgezogene Kurve) während der Periode T2, in welcher ein Wirbel verstärkt wird, verzögert (Schritt S27). Da auf diese Weise die Verbrennungsstabilität gewährleistet werden kann, indem die Ausbreitung des Kraftstoffsprühnebels unterdrückt wird, und die Abgastemperatur durch die langsame Verbrennung schnell erhöht werden kann, wird der Katalysator 22 früher aktiviert, um Emissionen an Roh-HC zu reduzieren, wie in 11 gezeigt. Da ein fettes Luft-Kraftstoff-Gemisch lokal um die Zündkerze 10 herum vorhanden sein kann, kann zudem auch der Pi-Variationsfaktor reduziert werden, um den Abfall der Verbrennungsstabilität zu unterdrücken, wie in 12 gezeigt.
In der geteilten Einspritzung, bevor der Katalysator erwärmt ist, werden sowohl die voreilende als auch die nachlaufende Einspritzung geregelt, um Kraftstoff einzuspritzen, der zur Hauptverbrennung in einer Hauptverbrennungsperiode beiträgt. Das heißt, allgemein wird das Kraftstoffmassenverhältnis bis etwa 10 % im Verbrennungsvorgang im Brennraum Anfangsverbrennungsperiode genannt, und das von etwa 10 % bis etwa 90 % wird Hauptverbrennungsperiode genannt, und die die Anfangsverbrennung, in welcher der Kraftstoff der nachlaufenden Einspritzung sich entzündet und verbrennt, reicht von der Anfangsverbrennungsperiode bis zur früheren Periode der Hauptverbrennungsperiode. Daher werden die Einspritzmengen so geregelt, daß ein Luft-Kraftstoff-Gemisch mit einem Luft/Kraftstoff-Verhältnis geformt wird, bei dem der Kraftstoff der voreilenden Einspritzung durch Verbrennung des Kraftstoffs der nachlaufenden Einspritzung Feuer fangen kann (zur Flammenausbreitung in der Lage ist), damit der Kraftstoff der voreilenden Einspritzung zusammen mit dem Kraftstoff der nachlaufenden Einspritzung zur Hauptverbrennung beiträgt, und ein mageres Luft-Kraftstoff-Gemisch, das durch den Kraftstoff der voreilenden Einspritzung geformt wird, langsam verbrennt.
Das heißt, als das Luft/Kraftstoff-Verhältnis, das die Flammenausbreitung durch Verbrennung des Kraftstoffs der nachlaufenden Einspritzung erlaubt, wird die voreilende Einspritzmenge während der Periode T1 im Vergleich zur nachlaufenden Einspritzmenge in der späteren Periode T2 kleiner eingestellt, und wird auf 1/4 (25 %) oder mehr der Gesamteinspritzmenge eingestellt (umgekehrt wird die nachlaufende Einspritzmenge auf 3/4 (75 %) oder weniger der Gesamteinspritzmenge herabgesetzt).
Wie in 13 gezeigt, kann keine ausreichende abgastemperaturerhöhende Wirkung und HC/NOx-reduzierende Wirkung erhalten werden, wenn das nachlaufende Einspritzungsverhältnis kleiner als 20 % ist; wenn das nachlaufende Einspritzungsverhältnis 20 % übersteigt, nehmen die abgastemperaturerhöhende Wirkung und HC/NOx-reduzierende Wirkung mit zunehmendem nachlaufenden Einspritzungsverhältnis zu, doch der Pi-Variationsfaktor und die Kraftstoffverbrauchsrate nehmen nach und nach zu. Wenn das nachlaufende Einspritzungsverhältnis 80 % übersteigt, überschreitet der Pi-Variationsfaktor einen zulässigen Bereich, und die Verbrennungsstabilität läßt nach.
Um eine hohe Verbrennungsstabilität zu gewährleisten und zugleich eine ausreichende abgastemperaturerhöhende Wirkung und HC/NOx-reduzierende Wirkung zu erhalten, fällt das nachlaufende Einspritzungsverhältnis bevorzugt innerhalb eines Bereichs von 25 % bis 75 %. In diesem Bereich nehmen die abgastemperaturerhöhende Wirkung und die HC/NOx-reduzierende Wirkung mit zunehmendem (nachlaufenden) Einspritzungsverhältnis, d.h. mit abnehmendem voreilenden Einspritzungsverhältnis, zu. Wenn eine kleine voreilende Einspritzmenge eingestellt ist, so daß das Luft/Kraftstoff-Verhältnis im Brennraum allein durch die voreilende Einspritzung größer oder gleich einem brennbaren Luft/Kraftstoff-Verhältnis (etwa 30) wird, wird durch den Kraftstoff der voreilenden Einspritzung ein mageres Luft-Kraftstoff-Gemisch geformt, und verbrennt während der späteren Periode der Verbrennungsperiode langsam. Auf diese Weise kann eine ausreichende abgastemperaturerhöhende Wirkung und HC/NOx-reduzierende Wirkung erhalten werden, während eine hohe Verbrennungsstabilität und die Unterdrückung der Verschlechterung der Kraftstoffeinsparung gewährleistet wird.
14 zeigt die Ausgabe der O2-Sonde bei der O₂-Rückkopplung. 15 zeigt die Beziehung zwischen einer Änderung in der Ausgabe der O₂-Sonde bei der O₂-Rückkopplung und einer entsprechenden Änderung im Rückkopplungskorrekturkoeffizienten. 16 zeigt die Beziehung zwischen dem HC-Reinigungsverhältnis, der Katalysatortemperatur und der Emissionsmenge an Roh-HC relativ zum Luft/Kraftstoff-Verhältnis.
In dieser Ausführungsform wird zusätzlich zur geteilten Einspritzung, zum schwachen Wirbel, zur Verzögerung des nachlaufenden Einspritzzeitpunkts, und zur Regelung der Einstellung der voreilenden Einspritzmenge < nachlaufende Einspritzmenge während der Periode T1, die erforderlich ist, bis der Katalysator 22a eine Erwärmung auf ein HC-Reinigungsverhältnis von etwa erreicht, das Luft/Kraftstoff-Verhältnis im Brennraum während dieser Periode T1 mager eingestellt (λ ≈ 1), bevor die O₂-Rückkopplung startet (die O₂-Sonde aktiviert ist) (Schritte S19 bis S22), um die NOx-Emissionsmenge durch den NOx-Katalysator zu reduzieren, und nach dem Start der O₂-Rückkopplung (Schritte S16 bis S18) wird das Luft/ Kraftstoff-Verhältnis im Brennraum auf λ = 1 eingestellt, um die von der Dreiwegefunktion des Katalysators 22 implementierte Reinigungsleistung zu erhöhen.
Das heißt, ein Rückkopplungsbezugswert bei der O₂-Rückkopplung während der Periode T1 wird magerer eingestellt als bei der O₂-Rückkopplung während der späteren Periode T2 (z.B. AF 14,7 → 15,5). Nachdem die O₂-Sonde aktiviert ist, startet die Rückkopplungsregelung, um das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis mit dem Erkennungssignal der O₂-Sonde als Bezugswert (z.B. 0,55 Volt) einzustellen.
Die Ausgabe der O₂-Sonde ändert sich beim stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis (λ = 1) abrupt, wie in 14 gezeigt. In der Rückkopplungsregelung auf der Basis der Ausgabe der O2-Sonde kann der Rückkopplungskorrekturkoeffizient der Kraftstoffeinspritzmenge zwischen einem proportionalen Gewinn als ein P-Wert und einem integralen Wirkrate als ein I-Wert wechseln, wie in 15 gezeigt. Wenn die Ausgabe der O2-Sonde fett ist, wird der proportionale Gewinn in eine Richtung geändert, um die Kraftstoffeinspritzmenge um den P- oder I-Wert zu verkleinern; wenn die Ausgabe der O2-Sonde mager ist, wird der proportionale Gewinn in eine Richtung geändert, um die Kraftstoffeinspritzmenge um den P- oder I-Wert zu vergrößern. Auch Verzögerungszeiten T_RL und T_LR werden jeweils für die Umkehr der O₂-Sonde von fett zu mager und vice versa eingestellt.
Wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis geregelt wird, um magerer als das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis zu sein, wird die Verzögerungszeit T_RL angepaßt, um größer als T_LR zu sein, um den Durchschnittswert des Rückkopplungskorrekturkoeffizienten in die Richtung zur Verkleinerung der Kraftstoffeinspritzmenge zu verschieben, wodurch die Verschiebung des LuftlKraftstoff-Verhältnisses zur magereren Seite als das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis hin angepaßt wird. Die gleiche Anpassung kann auch mit anderen P- und I-Werten erreicht werden, je nachdem, ob die Ausgabe der O₂-Sonde fett oder mager ist.
(n der O₂-Rückkopplungsregelung wird die normale Regelung durchgeführt, um das Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis zu regeln, indem auf der fetten und der mageren Seite gleiche Verzögerungszeiten T_LR und T_RL eingestellt werden.
Wenn, wie in 16 gezeigt, vor dem Start der O₂-Rückkopplung ein mageres Luft/Kraftstoff-Verhältnis (λ = 1) während der Periode T1 eingestellt wird, kann die Erwärmung des Katalysators gefördert werden, um das HC-Reinigungsverhältnis zu erhöhen und dadurch die Emission an ungereinigten HC zu reduzieren.
Wenn der Katalysator nicht erwärmt ist, wird der Zündzeitpunkt θig in Bezug auf eine identische Motorlast und identische Motordrehzahl bei erwärmten Katalysator verzögert, und die Nachverbrennung wird durch langsame Verbrennung gefördert, um die Erwärmung des Katalysators zu bewirken, wodurch die Emission an ungereinigten HC reduziert wird.
Wenn in dieser Ausführungsform der Dreiwegekatalysator 22a eine Erwärmung auf ein Reinigungsverhältnis von etwa 100 % erreicht hat, wird der Abschluß der Erwärmung des NOx-Katalysators 22b bestimmt.
Es ist anzumerken, daß die vorliegende Erfindung auf einen Motor angewandt werden kann, der nur einen NOx-Katalysator aufweist, und auf Änderungen und Modifikationen der obigen Ausführungsform angewandt werden kann, die im Umfang der Erfindung liegen.
Die vorliegende Erfindung beschränkt sich nicht auf die obigen Ausführungsformen, und verschiedene Änderungen und Modifikationen können im Umfang der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden. Der Umfang der vorliegenden Erfindung ist daher den folgenden Ansprüchen zu entnehmen.

Claims

Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung, welche ein Kraftstoffeinspritzventil (11) umfaßt, um Kraftstoff direkt in einen Brennraum (5) einzuspritzen, und einen abgasreinigenden Katalysator (22a), der in einer Abgasleitung eingesetzt ist und Kraftstoff in mindestens zwei Einspritzungen einschließlich einer nachlaufenden Einspritzung, die nach einer mittleren Periode eines Verdichtungshubs beginnt, und einer voreilenden Einspritzung, die früher ist als die nachlaufende Einspritzung, innerhalb einer Periode von einem Ansaughub bis zu einem Zündzeitpunkt auf geteilte Weise einspritzt, bevor der Katalysator aufgewärmt ist, dadurch gekennzeichnet, daß sie umfaßt Änderungsmittel (17), um eine Änderung der Einlaßstromstärke in den Brennraum zu erzwingen, und Kraftstoffzuführungsregelungsmittel (33, 34), um ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis im Brennraum auf λ≈1 zu regeln, bevor der Katalysator aufgewärmt ist, und Kraftstoff mindestens während einer früheren Periode (T1) vom Anlassen des Motors bis zur partiellen Aktivierung des Katalysators, was auf halbem Weg der Katalysatorerwärmung ist, auf geteilte Weise einzuspritzen bevor der Katalysator aufgewärmt ist, wobei dieses Änderungsmittel die Einlaßstromstärke in der früheren Periode so regelt, daß sie niedriger ist als in einer späteren Periode (T2) auf halbem Weg der Katalysatorerwärmung nach der früheren Periode.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kraftstoffzuführungsregelungsmittel (33, 34) Kraftstoff auf geteilte Weise einspritzt und die Einlaßstromstärke selbst während der späteren Periode erhöht.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die frühere Periode (T1) eine Periode ist, die erforderlich ist, bis ein Aktivierungszustand des Katalysators (22a) ein HC-Reinigungsverhältnis erreicht, das im wesentlichen der Hälfte eines maximalen HC-Reinigungsverhältnisses des Katalysators an sich entspricht.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Änderungsmittel (17) betrieben wird, wenn der Motor in einem niedrigen Drehzahlbereich läuft, und bevor der Katalysator aufgewärmt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein nachlaufender Einspritzzeitpunkt während der früheren Periode (T1) mit der niedrigen Einlaßstromstärke relativ zur späteren Periode (T2) mit der hohen Einlaßstromstärke verzögert wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kraftstoffeinspritzmenge in der voreilenden Einspritzung kleiner eingestellt ist eine Kraftstoffeinspritzmenge in der nachlaufenden Einspritzung, wenn Kraftstoff während der früheren Periode (T1) auf geteilte Weise in zwei Einspritzungen eingespritzt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftstoffeinspritzmenge in der voreilenden Einspritzung auf nicht weniger als 1/4 einer Gesamteinspritzmenge geregelt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß Kraftstoff in zwei Teilen in einem Ansaughub und einem Verdichtungshub eingespritzt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis in jedem Zylinder während der früheren Periode (T1) innerhalb eines Bereichs von λ ≈ 1 magerer geregelt wird als die spätere Periode (T2).
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis in jedem Zylinder während der früheren Periode nahe an λ = 1, aber magerer als λ = 1 geregelt wird, bevor die Sauerstoffrückkopplung startet, und nach dem Start der Sauerstoffrückkopplung auf λ = 1 geregelt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Rückkopplungsbezugswert bei der Sauerstoffrückkopplung während der früheren Periode magerer gesetzt wird als ein Rückkopplungsbezugswert bei der Sauerstoffrückkopplung während der späteren Periode.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Aufwärmen des Katalysators (22a) ein Zündzeitpunkt in Bezug auf eine identische Last und identische Motordrehzahl nach den Aufwärmen des Katalysators verzögert wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in jedem Zylinder ein Wirbel erzeugt wird, wobei durch die nachlaufende Einspritzung ein lokales Luft/Kraftstoff-Verhältnis um eine Zündkerze (10) herum fetter ist als ein mittleres Luft/ Kraftstoff-Verhältnis des Gesamtzylinders, und das Änderungsmittel (17) ein Wirbelverhältnis im Zylinder verändert, das durch (Wirbelstromwinkelgeschwindigkeit/ Motorrotationswinkelgeschwindigkeit) gegeben wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Zündkerze (10) an einem zentralen oberen Endabschnitt jedes Zylinders angeordnet ist, ein Kraftstoffeinspritzventil (11) an einem äußeren oberen Endabschnitt des Zylinders angeordnet ist, und eine Schichtungshöhlung (13) auf einer Oberseite eines Kolbens (4) neben dem Kraftstoffeinspritzventil (11) geformt ist.