DE60108006T2 - Brennkraftmaschine und Methode für Abgasrückführung - Google Patents

Brennkraftmaschine und Methode für Abgasrückführung Download PDF

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Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • 1. Gebiet der Erfindung
  • Die Erfindung bezieht sich auf einen Verbrennungsmotor.
  • 2. Beschreibung des zugehörigen Standes der Technik.
  • Bei einem bekannten Verbrennungsmotor ist ein Abgasrezirkulationskanal vorgesehen, um von einer Verbrennungskammer abgegebenes Abgas in einen Einlasskanal des Verbrennungsmotors rezirkulieren zu lassen. Bei einem derartigen Verbrennungsmotor nimmt, wenn die Menge an in die Verbrennungskammer gelieferten Rezirkulationsabgas zunimmt, die Menge an Ruß, die erzeugt wird, allmählich zu und erreicht einen Spitzenwert. Wenn die Menge an in die Verbrennungskammer geliefertem Rezirkulationsabgas weiter zunimmt, wird die Temperatur des Kraftstoffs und seines umgebenden Gases bei der Verbrennung in der Verbrennungskammer niedriger als eine Temperatur, die ermöglicht, dass Ruß produziert wird, so dass im wesentlichen kein Ruß erzeugt wird. Zum Zeitpunkt des Startens führt dieser Verbrennungsmotor einen zweiten Verbrennungsmodus aus, bei dem die Menge an in die Verbrennungskammer geliefertem Rezirkulationsabgas geringer als die Menge an Rezirkulationsabgas ist, bei der die Menge an erzeugtem Ruß den Spitzenwert einnimmt. Anschließend führt der Verbrennungsmotor einen ersten Verbrennungsmodus aus, bei dem die Menge an in die Verbrennungskammer geliefertem Rezirkulationsabgas größer als die Menge an Rezirkulationsabgas ist, bei der die Erzeugung von Ruß einen Spitzenwert einnimmt, und daher wird im Wesentlichen kein Ruß erzeugt. Ein Beispiel von diesem Verbrennungsmotor ist beispielsweise in der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. HEI 11-166 435 beschrieben.
  • Die offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. HEI 11-166 435 beschreibt, dass zum Zeitpunkt des Startens der Motor erwärmt wird, indem der zweite Verbrennungsmodus ausgeführt wird, um einen Katalysator, der von der Verbrennungskammer abgegebenes Abgas steuert, zu aktivieren. Jedoch offenbart diese Patentanmeldung kein Verfahren zum Verhindern, dass in dem Abgas vorhandene Kohlenwasserstoffe durch den Katalysator treten, bevor der Katalysator dazu in der Lage ist, die Kohlenwasserstoffe aus dem Abgas zu entfernen. Daher offenbart die offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. HEI 11-166 435 auch nicht, dass eine Einrichtung zum Beschleunigen der Katalysatoraufwärmrate, nachdem der Katalysator dazu in der Lage geworden ist, die in dem Abgas vorhandenen Kohlenwasserstoffe zu steuern, während eines Betriebs vorgesehen ist, um zu verhindern, dass in dem Abgas befindliche Kohlenwasserstoffe durch den Katalysator treten, bevor der Katalysator dazu in der Lage geworden ist, die Kohlenwasserstoffe in dem Abgas zu steuern. Genauer gesagt offenbart die offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. HEI 11-166 435 kein Verfahren zum Erhöhen der Katalysatoraufwärmrate, während verhindert wird, dass Kohlenwasserstoffe durch den Katalysator treten. Daher ist der in der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. HEI 11-166 435 beschriebenen Verbrennungsmotor nicht dazu in der Lage, das Aufwärmen des Katalysators schnell zu vollenden, während verhindert wird, dass Kohlenwasserstoff durch den Katalysator treten, und er ist nicht dazu in der Lage, von dem zweiten Verbrennungsmodus zu dem ersten Verbrennungsmodus zu einem frühzeitigen Zeitpunkt umzuschalten.
  • Ein Verbrennungsmotor wie bei dem Oberbegriff von Anspruch 1 ist aus der Druckschrift EP 0 921 285 bekannt.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Es ist eine Aufgabe vorliegenden Erfindung, einen Verbrennungsmotor zu schaffen, der dazu in der Lage ist, das Aufwärmen eines Katalysators schnell zu vollenden, während im Wesentlichen verhindert wird, dass Kohlenwasserstoffe durch den Katalysator treten, und der zu einem Schalten der Verbrennung von einem zweiten Verbrennungsmodus zu einem ersten Verbrennungsmodus zu einem frühzeitigen Zeitpunkt in der Lage ist.
  • Gemäß einem ersten Modus der vorliegenden Erfindung hat ein Verbrennungsmotor einen Abgasrezirkulationskanal für ein Rezirkulieren eines Abgases, das von einer Verbrennungskammer abgegeben worden ist, in einem Motoreinlasskanal, wobei, wenn eine Menge eines rezirkulierenden Abgases, das in die Verbrennungskammer geliefert wird, erhöht wird, eine Menge an erzeugtem Ruß allmählich zunimmt und einen Spitzenwert einnimmt. Wenn die Menge des in die Verbrennungskammer gelieferten Rezirkulationsabgases weiter zunimmt, wird eine Temperatur eines Kraftstoffes und eines umgebenden Gases bei der Verbrennung in der Verbrennungskammer niedriger als eine Temperatur, die ermöglicht, dass der Ruß erzeugt wird, so dass im Wesentlichen kein Ruß erzeugt wird. Bei einem Starten des Verbrennungsmotors führt der Verbrennungsmotor zunächst eine zweite Verbrennung aus, bei der die Menge an die in die Verbrennungskammer gelieferten Rezirkulationsabgas geringer als die Menge an Rezirkulationsabgas ist, bei der die Menge an erzeugtem Ruß einen Spitzenwert einnimmt. Dann führt der Verbrennungsmotor eine erste Verbrennung aus, bei der die Menge an in die Verbrennungskammer gelieferten Rezirkulationsabgas größer als die Menge an Rezirkulationsabgas ist, bei der die Menge an erzeugtem Ruß einen Spitzenwert einnimmt, und es wird im Wesentlichen kein Ruß erzeugt. Der Verbrennungsmotor hat einen Abgassteuerkatalysator, der das von der Verbrennungskammer abgegebene Abgas reinigt. Wenn die zweite Verbrennung bei einem Starten ausgeführt wird, drosselt der Verbrennungsmotor zunächst eine Menge an einem zu dem Abgassteuerkatalysator gelieferten Kohlenwasserstoff, indem eine Verbrennung ausgeführt wird, bei der die Menge an Kohlenwasserstoff in dem Abgas nicht zunimmt und eine Temperatur des aus der Verbrennungskammer abgegebenen Abgases relativ hoch wird. Dann erhöht der Verbrennungsmotor die Menge an zu dem Abgassteuerkatalysator gelieferten Kohlenwasserstoff, indem eine Verbrennung ausgeführt wird, bei der die Menge an Kohlenwasserstoff in dem Abgas zunimmt und die Temperatur des von der Verbrennungskammer abgegebenen Abgases relativ hoch wird.
  • Gemäß dem Verbrennungsmotor bei dem ersten Modus der vorliegenden Erfindung wird beim Starten, wenn die zweite Verbrennung ausgeführt wird, bei der die Menge an in die Verbrennungskammer geliefertem Rezirkulationsabgas geringer als die Menge an Rezirkulationsabgas ist, bei der die Menge an erzeugtem Ruß einen Spitzenwert einnimmt, der Motor zunächst die Menge an Kohlenwasserstoff drosseln, die zu dem Abgassteuerkatalysator geliefert wird, indem die Verbrennung ausgeführt wird, bei der die Menge an Kohlenwasserstoff in dem Abgas nicht zunimmt, und die Temperatur des von der Verbrennungskammer abgegebenen Abgases relativ hoch wird. Das heißt, wenn die Verbrennung bei einem Starten des Verbrennungsmotor ausgeführt wird und der Abgassteuerkatalysator nicht dazu in der Lage geworden ist, den Kohlenwasserstoff aus dem Abgas zu entfernen, der Verbrennungsmotor der vorliegenden Erfindung die Menge an zu dem Abgassteuerkatalysator gelieferten Kohlenwasserstoff drosselt, indem die Verbrennung ausgeführt wird, bei der die Menge an Kohlenwasserstoff in dem Abgas nicht zunimmt.
  • Daher ist der Verbrennungsmotor der vorliegenden Erfindung dazu in der Lage, dass verhindert wird, dass Kohlenwasserstoff in dem Abgas frei durch den Abgassteuerkatalysator tritt. Darüber hinaus wird, während verhindert wird, dass Kohlenwasserstoff in dem Abgas frei durch den Abgassteuerkatalysator tritt, bevor der Abgassteuerkatalysator dazu in der Lage geworden ist, den Kohlenwasserstoff aus dem Abgas zu entfernen, der Verbrennungsmotor die Verbrennung ausführen, bei der die Temperatur des aus der Verbrennungskammer abgegebenen Abgases relativ hoch wird. Somit wird die Temperatur des Abgassteuerkatalysators erhöht, das heißt eine Vorbereitung zum Erhöhen der Temperatur des Abgassteuerkatalysators wird ausgeführt. Als ein Ergebnis kann die Aufwärmrate des Abgassteuerkatalysators erhöht werden, nachdem der Katalysator dazu in der Lage geworden ist, Kohlenwasserstoff aus dem Abgas zu entfernen.
  • Darüber hinaus wird bei dem vorstehend beschriebenen Verbrennungsmotor, während die zweite Verbrennung bei dem Starten des Verbrennungsmotors ausgeführt wird, die Menge an zu dem Abgassteuerkatalysator gelieferten Kohlenwasserstoff erhöht, indem die Verbrennung ausgeführt wird, bei der die Menge an Kohlenwasserstoff in dem Abgas zunimmt, und die Temperatur des von der Verbrennungskammer abgegebenen Abgases wird relativ hoch. Diese Funktion wird ausgeführt, nachdem die Menge an zu dem Abgassteuerkatalysator geliefertem Kohlenwasserstoff gedrosselt wird, indem die Verbrennung ausgeführt wird, bei der die Menge an Kohlenwasserstoff in dem Abgas nicht zunimmt, und die Temperatur des von der Verbrennungskammer abgegebenen Abgases wird relativ hoch. Das heißt, nachdem der Abgassteuerkatalysator dazu in der Lage geworden ist, den Kohlenwasserstoff aus dem Abgas während der zweiten Verbrennung zum Zeitpunkt des Startens zu entfernen, erhöht der Verbrennungsmotor die Temperatur des zu dem Abgassteuerkatalysator gelieferten Abgases und erhöht die Menge an in dem Abgas enthaltenem Kohlenwasserstoff. Daher kann die Dauer zwischen dem Zeitpunkt, bei dem der Abgassteuerkatalysator dazu in der Lage wird, den Kohlenwasserstoff aus dem Abgas zu entfernen, und dem Zeitpunkt, bei dem das Aufwärmen des Abgassteuerkatalysators vollendet ist, verringert werden. Das heißt der Verbrennungsmotor des ersten Modus der vorliegenden Erfindung ist dazu in der Lage, das Aufwärmen des Abgassteuerkatalysators schnell zu vollenden, während verhindert ist, dass Kohlenwasserstoff frei durch den Abgassteuerkatalysator tritt, und außerdem wird das Schalten von der zweiten Verbrennung zu der ersten Verbrennung bei einem frühzeitigen Zeitpunkt verwirklicht.
  • Bei dem ersten Modus der vorliegenden Erfindung ist es möglich, einen Aufbau aufzugreifen, bei dem für den Abgassteuerkatalysator ein Rezirkulationsabgassteuerkatalysator in dem Abgasrezirkulationskanal angeordnet ist. Hierbei stellt der Verbrennungsmotor die Menge des Rezirkulationsabgases auf Null dann ein, wenn die Verbrennung ausgeführt wird, bei der die Menge des Kohlenwasserstoffs in dem Abgas nicht zunimmt, und die Temperatur des von der Verbrennungskammer abgegebenen Abgases wird relativ hoch. Des Weiteren erhöht der Verbrennungsmotor allmählich die Menge an Rezirkulationsabgas beim Ausführen der Verbrennung, bei der die Menge an Kohlenwasserstoffen in dem Abgas zunimmt, und die Temperatur des von der Verbrennungskammer abgegebenen Abgases wird relativ hoch.
  • Gemäß diesem Modus wird während der zweiten Verbrennung bei dem Starten des Verbrennungsmotors, wenn der Verbrennungsmotor die Verbrennung ausführt, bei der die Menge an Kohlenwasserstoff in dem Abgas nicht zunimmt und die Temperatur des von der Verbrennungskammer abgegebenen Abgases relativ hoch wird, die Menge an Rezirkulationsabgas so gesteuert, dass sie zu Null wird. Das heißt die Menge an Rezirkulationsabgas wird so gesteuert, dass sie zu Null wird, bevor der Rezirkulationsabgassteuerkatalysator dazu in der Lage wird, den Kohlenwasserstoff aus dem Rezirkulationsabgas während der zweiten Verbrennung zu dem Zeitpunkt des Startens des Verbrennungsmotors zu entfernen. Daher ist der Verbrennungsmotor dazu in der Lage, dass er Probleme verhindert, die dann auftreten, wenn der Rezirkulationsabgassteuerkatalysator nicht dazu in der Lage ist, Kohlenwasserstoff aus dem Rezirkulationsabgas zu entfernen, und das Rezirkulationsabgas dazu gebracht wird, dass es durch den Abgasrezirkulationskanal strömt, was zu einem Verstopfen des Abgasrezirkulationskanals führt. Darüber hinaus führt, während die Menge an Rezirkulationsabgas so gesteuert wird, dass sie zu Null wird, bevor der Rezirkulationsabgassteuerkatalysator dazu in der Lage ist, den Kohlenwasserstoff aus dem Rezirkulationsabgas zu entfernen, der Verbrennungsmotor die Verbrennung aus, bei der die Temperatur des von der Verbrennungskammer abgegebenen Abgases relativ hoch wird. Daher kann eine Vorbereitung zum Erhöhen der Temperatur des Rezirkulationsabgassteuerkatalysators ausgeführt werden. Als Ergebnis strömt dann, wenn das Rezirkulationsabgas dazu gebracht wird, dass es durch den Rezirkulationsabgassteuerkatalysator strömt, ein Rezirkulationsabgas mit hoher Temperatur durch den Rezirkulationsabgassteuerkatalysator. Daher kann die Aufwärmrate des Rezirkulationsabgassteuerkatalysators erhöht werden, nachdem der Katalysator dazu in der Lage geworden ist, den Kohlenwasserstoff aus dem Rezirkulationsabgas zu entfernen. Darüber hinaus erhöht der Verbrennungsmotor beim Ausführen der zweiten Verbrennung bei dem Starten allmählich die Menge an Rezirkulationsabgas beim Ausführen der Verbrennung, bei der die Menge an Kohlenwasserstoff in dem Abgas zunimmt und die Temperatur des von der Verbrennungskammer abgegebenen Abgases relativ hoch wird. Diese Funktion wird ausgeführt, nachdem die Menge an Rezirkulationsabgas so gesteuert worden ist, dass sie zu Null wird, wenn die Verbrennung ausgeführt wird, bei der die Menge an Kohlenwasserstoff in dem Abgas nicht zunimmt und die Temperatur des von der Verbrennungskammer abgegebenen Abgases relativ hoch wird. Das heißt nachdem der Rezirkulationsabgassteuerkatalysator dazu in der Lage geworden ist, den Kohlenwasserstoff aus dem Rezirkulationsabgas während der zweiten Verbrennung bei dem Starten des Verbrennungsmotors zu entfernen, der Motor die Temperatur des Rezirkulationsabgases, das zu dem Rezirkulationsabgassteuerkatalysator geliefert wird, erhöht, und die Menge an in dem Rezirkulationsabgas enthaltenem Kohlenwasserstoff erhöht. Darüber hinaus erhöht der Verbrennungsmotor allmählich die Menge an Rezirkulationsabgas. Daher kann die Zeitdauer zwischen dem Zeitpunkt, bei dem der Rezirkulationsabgassteuerkatalysator dazu in der Lage wird, den Kohlenwasserstoff aus dem Rezirkulationsabgas zu entfernen, und dem Zeitpunkt, bei dem das Aufwärmen des Rezirkulationsabgassteuerkatalysators vollendet ist, verringert werden. Das heißt dieser Verbrennungsmotor ist dazu in der Lage, dass er schnell das Aufwärmen des Rezirkulationsabgassteuerkatalysators vollendet, während das Verstopfen des Abgasrezirkulationskanals verhindert wird, und er verwirklicht zusätzlich das Schalten von der zweiten Verbrennung zu der ersten Verbrennung bei einem frühzeitigen Zeitpunkt.
  • Bei dem ersten Modus der vorliegenden Erfindung ist es möglich, einen Aufbau aufzugreifen, bei dem, wenn die zweite Verbrennung bei einem Starten des Verbrennungsmotors ausgeführt wird, der Verbrennungsmotor eine Hauptkraftstoffeinspritzung in der Nähe des oberen Todpunktes bei Kompression ausführt und ein zusätzliches Kraftstoffeinspritzen bei einer Zeit, die sich von der Zeit der Hauptkraftstoffeinspritzung unterscheidet, ausführt. Der Verbrennungsmotor verringert weiter die Menge an Einlassluft, um die Verbrennung auszuführen, bei der die Menge an Kohlenwasserstoff in dem Abgas zunimmt und die Temperatur des von der Verbrennungskammer abgegebenen Abgases relativ hoch wird.
  • Gemäß diesem Modus führt während der zweiten Verbrennung bei dem Starten der Verbrennungsmotor die Hauptkraftstoffeinspritzung in der Nähe des oberen Todpunktes bei Kompression aus, führt er ein zusätzliches Kraftstoffeinspritzen bei einer Zeit, die sich von der Zeit der Hauptkraftstoffeinspritzung unterscheidet, aus und verringert außerdem die Menge an Einlassluft. Das heißt zusätzlich zu dem Haupteinspritzen in der Nähe des oberen Todpunktes bei Kompression wird die Einspritzung bei der Zeit, die sich von der Zeit der Haupteinspritzung unterscheidet, ausgeführt, wobei die Menge an nicht verbranntem Kohlenwasserstoff in dem Abgas erhöht werden kann. Darüber hinaus kann aufgrund der Nachverbrennung des unverbrannten Kohlenwasserstoffs die Temperatur des von der Verbrennungskammer abgegebenen Abgases relativ hoch gestaltet werden. Darüber hinaus erhöht die Verringerung der Menge an Einlassluft außerdem die Temperatur des Abgases, das von der Verbrennungskammer abgegeben wird, auf eine relativ hohe Temperaturhöhe.
  • Bei dem ersten Modus der vorliegenden Erfindung ist es außerdem möglich, einen Aufbau aufzugreifen, bei dem der Verbrennungsmotor allmählich die Menge an Rezirkulationsabgas von Null erhöht, wenn die Temperatur des Abgases eine Temperatur erreicht hat, die ausreichend hoch ist, um den Rezirkulationsabgassteuerkatalysator aufzuwärmen.
  • Gemäß diesem Modus wird dann, wenn die Abgastemperatur ausreichend hoch für ein Aufwärmen des Rezirkulationsabgassteuerkatalysators wird, die Menge an Rezirkulationsabgas allmählich von Null aus erhöht. Das heißt, während die Abgastemperatur noch niedrig ist und der Rezirkulationsabgassteuerkatalysator nicht dazu in der Lage ist, Kohlenwasserstoff aus dem Rezirkulationsabgas zu entfernen, wird die Menge an Rezirkulationsabgas auf Null gesteuert. Nachdem die Abgastemperatur hoch geworden ist und der Rezirkulationsabgassteuerkatalysator dazu in der Lage geworden ist, Kohlenwasserstoff aus dem Rezirkulationsabgas zu entfernen, wird die Menge an Rezirkulationsabgas allmählich von Null aus erhöht. Daher verhindert der Verbrennungsmotor in zuverlässiger Weise die Probleme, die dann auftreten, wenn der Rezirkulationsabgassteuerkatalysator nicht dazu in der Lage ist, Kohlenwasserstoff aus dem Rezirkulationsabgas zu entfernen, und das Rezirkulationsabgas dazu gebracht wird, dass es durch den Abgasrezirkulationskanal tritt, woraus sich ein Verstopfen des Abgasrezirkulationskanals ergibt.
  • Bei dem ersten Modus der vorliegenden Erfindung ist es außerdem möglich, einen Aufbau aufzugreifen, bei dem, wenn der Rezirkulationsabgassteuerkatalysator aufgewärmt worden ist, die zweite Verbrennung zu der ersten Verbrennung geschaltet wird.
  • Gemäß diesem Modus wird die Verbrennung von der zweiten Verbrennung zu der ersten Verbrennung dann geschaltet, wenn das Aufwärmen des Rezirkulationsabgassteuerkatalysators vollendet ist. Das heißt wenn das Aufwärmen des Rezirkulationsabgassteuerkatalysators vollendet ist und der Rezirkulationsabgassteuerkatalysator dazu in der Lage geworden ist, eine große Menge an Kohlenwasserstoff zu entfernen, wird die zweite Verbrennung zu der ersten Verbrennung geschaltet und wird die Menge an Rezirkulationsabgas in einer schrittartigen Weise erhöht. Daher ist der Verbrennungsmotor dazu in der Lage, dass er diese Probleme verhindert, die dann auftreten, wenn das Aufwärmen des Rezirkulationsabgassteuerkatalysators nicht vollendet ist, und der Rezirkulationsabgassteuerkatalysator nicht dazu in der Lage ist, eine große Menge an Kohlenwasserstoff zu entfernen, womit eine große Menge an Rezirkulationsabgas dazu gebracht wird, dass es durch den Abgasrezirkulationskanal strömt und den Abgasrezirkulationskanal verstopft.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die vorstehend dargelegten und weitere Aufgaben, Merkmale und vorteile der vorliegenden Erfindung gehen aus der nachstehend dargelegten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen deutlicher hervor, in denen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen.
  • 1 zeigt eine Darstellung von einem Gesamtaufbau eines Verbrennungsmotors der Kompressionszündhart gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
  • 2 zeigt eine Darstellung einer Menge an erzeugten Emissionen.
  • Die 3A und 3B zeigen eine Darstellung des Verbrennungsdrucks.
  • 4 zeigt eine Darstellung von Kraftstoffmolekülen.
  • 5 zeigt eine Darstellung der Beziehungen zwischen der Menge an erzeugtem Rauch und einer EGR-Rate.
  • 6 zeigt eine Darstellung einer Beziehung zwischen einer Menge an eingespritztem Kraftstoff und einer Menge an Mischgas.
  • 7 zeigt eine Darstellung von einem ersten Betriebsbereich (I) und einem zweiten Betriebsbereich (II).
  • 8 zeigt eine Darstellung von einem Abgabesignal eines Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors.
  • 9 zeigt eine Darstellung von dem Öffnungsgrad eines Drosselventils.
  • Die 10A und 10B zeigen eine Darstellung von einem Beispiel von Luft-Kraftstoff-Verhältnissen bei dem ersten Betriebsbereich (I).
  • Die 11A und 11B zeigen Darstellungen von Zielöffnungsgraden eines Drosselventils und dergleichen.
  • Die 12a und 12B zeigen Darstellungen von einem Beispiel von Luft-Kraftstoff-Verhältnissen bei dem zweiten Betriebsbereich (II).
  • Die 13A und 13B zeigen Darstellungen von Zielöffnungsgraden eines Drosselventils und dergleichen.
  • 14 zeigt eine Darstellung von Stoffeinspritzmengen.
  • 15 zeigt ein Flussdiagramm zum Steuern des Betriebs eines Verbrennungsmotors.
  • 16 zeigt eine Darstellung von Verfahren zu Steuern des Betriebs eines Verbrennungsmotors zum Zeitpunkt des Startens des Verbrennungsmotors.
  • 17 zeigt eine Darstellung von Verfahren zum Starten eines Betriebs eines Verbrennungsmotors zum Zeitpunkt des Startens des Verbrennungsmotors.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
  • Nachstehend sind die bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
  • 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel, bei dem die vorliegende Erfindung bei einem Verbrennungsmotor der Kompressionszündart angewendet ist. Der in 1 gezeigte Verbrennungsmotor hat einen Hauptkörper 1 des Verbrennungsmotors, einen Zylinderblock 2, einen Zylinderkopf 3, einen Kolben 4, eine Verbrennungskammer 5, ein elektrisch gesteuertes Kraftstoffeinspritzventil 6, ein Einlassventil 7, eine Einlassöffnung 8, ein Auslassventil oder Abgasventil 9 und eine Auslassöffnung oder Abgasöffnung 10. Die Einlassöffnung 8 steht mit einem Ausgleichsbehälter 12 über einen entsprechenden Einlasskrümmer 11 in Verbindung. Der Ausgleichsbehälter 12 ist mit einem Kompressor 15 eines Abgasturboladers 14 über einen Einlasskanal 13 verbunden. Ein Drosselventil 17, das durch einen Schrittmotor 16 angetrieben wird, ist innerhalb des Einlasskanals 13 angeordnet. Eine Massenstromerfassungseinrichtung 17a für ein Erfassen eines Massenstroms an Einlassluft ist innerhalb des Einlasskanals 13 stromaufwärtig von dem Drosselventil 17 angeordnet. Darüber hinaus ist ein Zwischenkühler 18 für ein Kühlen von Einlassluft, die in dem Einlasskanal 13 strömt, um den Einlasskanal 13 herum angeordnet. Bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel wird ein Verbrennungsmotorkühlmittel in den Zwischenkühler 18 so geleitet, dass die Einlassluft gekühlt wird. Andererseits ist die Abgasöffnung 10 mit einer Abgasturbine 21 des Abgasturboladers 14 über einen Auslasskrümmer oder Abgaskrümmer 19 und ein Auslassrohr oder Abgasrohr 20 verbunden. Ein Auslass der Abgasturbine 21 ist mit einem Gehäuse 23 verbunden, das einen Katalysator 22 mit einer Oxydisierungsfunktion enthält. Ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 23a ist innerhalb des Abgaskrümmers 19 angeordnet.
  • Der Abgaskrümmer 19 und der Ausgleichsbehälter 12 sind miteinander über einen Abgasrezirkulationskanal 24 (nachstehend ist dieser als "EGR-Kanal" bezeichnet) verbunden. Ein elektrisch gesteuertes EGR-Steuerventil 25, das durch einen Schrittmotor 25a angetrieben wird, ist innerhalb des EGR-Kanals 24 angeordnet. Außerdem ist ein Rohrkatalysator 26a für ein Reinigen von EGR-Gas, das durch den EGR-Kanal 24 tritt, in dem EGR-Kanal 24 angeordnet. Ein EGR-Kühler 26 für ein Kühlen von EGR-Gas, das durch den EGR-Kanal 24 strömt, ist um den EGR-Kanal 24 herum angeordnet. Bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel wird ein Motorkühlmittel zu dem EGR-Kühler 26 so zugeführt, dass das EGR-Gas durch das Motorkühlmittel gekühlt wird. Jedes Kraftstoffeinspritzventil 6 ist mit einem Kraftstoffspeicher das heißt eine im Allgemeinen so bezeichnete Common-Rail 27 über ein Kraftstofflieferrohr 6a verbunden. Der Kraftstoff wird von einer elektrisch gesteuerten Kraftstoffpumpe 28, deren Abgabemenge variabel ist, in die Cammon-Rail 27 geliefert. Der in die Cammon-Rail 27 gelieferte Kraftstoff wird zu jedem Kraftstoffeinspritzventil 6 über ein entsprechendes Kraftstofflieferrohr 6a geliefert. Die Cammon-Rail 27 ist mit einem Kraftstoffdrucksensor 29 für ein Erfassen des Kraftstoffdrucks innerhalb der Cammon-Rail 27 ausgestattet. Im Betrieb wird die Abgabemenge der Kraftstoffpumpe 28 auf der Grundlage von einem Abgabesignal des Kraftstoffdrucksensors 29 so gesteuert, dass der Kraftstoffdruck innerhalb der Cammon-Rail 27 gleich einem Zielkraftstoffdruck wird.
  • Eine elektronische Steuereinheit 30 ist durch einen digitalen Computer mit einem ROM (Lesespeicher bzw. Festspeicher) 32, einem RAM (wahlfreier Zugriffsspeicher bzw. Arbeitsspeicher) 33, einer CPU (Mikroprozessor) 34, einem Eingangsanschluss 35 und einem Ausgangsanschluss 36, die miteinander über einen bidirektkonalen Bus 31 verbunden sind, ausgebildet. Das Abgabesignal des Kraftstoffdrucksensors 29 wird zu dem Eingabeanschluss 35 über einen entsprechenden der AD-Wandler 37 eingegeben. Das Abgabesignal der Massenströmungserfassungseinrichtung 17a wird zu dem Eingabeanschluss 35 über einen entsprechenden AD-Wandler 37 eingegeben. Das Ausgabesignal des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 23a wird zu dem Eingabeanschluss 35 über einen entsprechenden AD-Wandler 37 eingegeben. Ein Lastsensor 41, der mit einem Gaspedal 40 verbunden ist, erzeugt eine Ausgabespannung, die proportional zu dem Betrag des Niederdrückens L des Gaspedals 40 ist. Die Ausgabespannung des Lastsensors 41 wird zu dem Eingabeanschluss 35 über einen entsprechenden AD-Wandler 37 eingegeben. Außerdem ist mit dem Eingabeanschluss 35 ein Kurbelwellensensor 42 verbunden, der einen Ausgabeimpuls jedes Mal dann erzeugt, wenn die Kurbelwelle sich beispielsweise um 30° dreht. Andererseits ist der Ausgabeanschluss 36 mit den Kraftstoffeinspritzventilen 6, mit dem das Drosselventil antreibenden Schrittmotor 16, mit dem das EGR-Steuerventil antreibenden Schrittmotor 25a und der Kraftstoffpumpe 28 über entsprechende Antriebsschaltungen 38 verbunden.
  • 2 zeigt die Änderungen des abgegebenen Momentes und die Änderungen der abgegebenen Mengen an Rauch, HC, CO und NOx bei einem Versuch, bei dem das Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F (die horizontale Achse in 2) verändert wird, indem der Öffnungsgrad des Drosselventils 17 und die EGR-Rate während eines Niedriglastbetriebs des Verbrennungsmotors geändert werden. Es ist aus 2 verständlich, dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F abnimmt, wenn die EGR-Rate bei diesem Versuch zunimmt, und dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F = wie oder geringer als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis (rund 14,6) ist, wenn die EGR-Rate gleich wie oder größer als 65% ist. Im Verlauf des Verringerns des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses A/F durch ein Erhöhen der EGR-Rate, wie dies in 2 dargestellt ist, beginnt die von dem Verbrennungsmotor erzeugte Menge an Rauch zuzunehmen, wenn die EGR-Rate die Nähe von 40% erreicht und das Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F gleich ungefähr 30 wird. Wenn die EGR-Rate weiter erhöht wird, um das Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F zu verringern, nimmt die Menge an erzeugtem Rauch schnell zu und erreicht ihren Spitzenwert. Wenn die EGR-Rate weiter so erhöht wird, dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F verringert wird, nimmt die Menge an Rauch deutlich ab und wird im Wesentlichen gleich 0, wenn die EGR-Rate auf 65% oder größer gesteuert wird und das Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F dadurch auf ungefähr 15,0 verringert wird. Somit wird im Wesentlichen kein Ruß erzeugt. Zu diesem Zeitpunkt nimmt das abgegebene Moment des Verbrennungsmotors geringfügig ab und die Menge an erzeugtem NOx wird erheblich klein. Im Gegensatz dazu beginnen die Mengen von erzeugtem HC und erzeugtem CO zu diesem Zeitpunkt zuzunehmen.
  • 3A zeigt die Änderungen des Verbrennungsdrucks innerhalb der Verbrennungskammer 5, wenn die Menge an erzeugtem Rauch maximal ist, wobei das Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F gleich ungefähr 21 ist. 3B zeigt die Änderungen des Verbrennungsdrucks innerhalb der Verbrennungskammer 5, wenn die Menge an erzeugtem Rauch im Wesentlichen Null ist, wobei das Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F gleich ungefähr 18 ist. Durch einen Vergleich der 3A und 3B ist verständlich, dass der Verbrennungsdruck in dem Fall von 3B niedriger ist, bei dem die Menge an erzeugtem Rauch im Wesentlichen Null ist, gegenüber dem Fall von 3A, bei dem die Menge an erzeugtem Rauch hoch ist.
  • Darüber hinaus wurde, obwohl dies in den Zeichnungen nicht dargestellt ist, aus den Ergebnissen von Versuchen, die ähnlich wie bei den 3A und 3B waren, herausgefunden, dass der maximale Wert (der Spitzenwert) des Verbrennungsdrucks, der während eines ersten Verbrennungsmodus (eine Verbrennung bei niedriger Temperatur) auftritt, bei dem die Menge an in die Verbrennungskammer 5 geliefertem EGR-Gas größer als die Menge an EGR-Gas ist, bei dem die Menge an in der Verbrennungskammer 5 erzeugtem Ruß maximal ist, wobei im Wesentlichen kein Ruß erzeugt wird, niedriger als der maximale Wert (Spitzenwert) des Verbrennungsdrucks ist, der während eines zweiten Verbrennungsmodus (eine Verbrennung auf der Grundlage des herkömmlichen Verbrennungsverfahrens) auftritt, bei dem die Menge an EGR-Gas, die in die Verbrennungskammer 5 geliefert wird, geringer als die Menge an EGR-Gas ist, bei der die Erzeugung von Ruß maximal ist. Daher kann gesagt werden, dass die Ungleichförmigkeit der Drehzahl des Verbrennungsmotors, die durch die Explosionen während des ersten Verbrennungsmodus verursacht werden, geringer als eine Ungleichförmigkeit bei der Drehzahl des Verbrennungsmotors ist, die durch die Explosionen während des zweiten Verbrennungsmodus verursacht wird.
  • Aus den in den 2, 3A und 3B dargestellten Versuchsergebnissen kann die folgende Schlussfolgerungen erhalten werden. Zunächst wird die Menge an erzeugtem NOx erheblich verringert, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F gleich wie oder geringer als 5,0 ist und annähernd kein Rauch erzeugt wird, wie dies in 2 gezeigt ist. Die Verringerung der Menge an erzeugtem NOx lässt annehmen, dass die Verbrennungstemperatur innerhalb der Verbrennungskammer 5 verringert ist. Somit kann gesagt werden, dass die Verbrennungstemperatur innerhalb der Verbrennungskammer 5 verringert worden ist, wenn annähernd kein Ruß erzeugt wird. Ein ähnliches Verständnis ist aus den 3A 3B möglich. Das heißt, der Verbrennungsdruck ist während des Zustandes von 3B verringert, bei dem annähernd kein Ruß erzeugt wird. Daher kann gesagt werden, dass die Verbrennungstemperatur in der Verbrennungskammer während dieses Zustandes verringert ist.
  • Zweitens nehmen, wie dies in 2 gezeigt ist, die Mengen an von der Verbrennungskammer abgegebenem HC und CO zu, wenn die Menge an erzeugtem Rauch das heißt die Menge an erzeugtem Ruß im Wesentlichen zu null wird. Dieses Ergebnis bedeutet, dass Kohlenwasserstoff abgegeben wird, bevor es zu Ruß anwächst. Das heißt Kohlenwasserstoffe mit gerader Kette oder aromatische Kohlenwasserstoffe, die in dem Kraftstoff enthalten sind, wie dies in 4 gezeigt ist, zersetzen sich thermisch, um einen Rußvorläufer auszubilden, wenn die Temperatur bei Fehlen von Sauerstoff ansteigt. Dann wird Ruß erzeugt, der hauptsächlich aus einem Feststoff als ein Aggregat von Kohlenstoffatomen besteht. In diesem Fall ist der eigentliche Ausbildungsprozess von Ruß kompliziert, und die durch den Rußvorläufer eingenommene Form ist nicht klar. In jedem Fall wachsen die Kohlenwasserstoffe, wie dies in 4 gezeigt ist, zu Ruß über einen Rußvorläufer. Die Mengen an HC und CO, die aus der Verbrennungskammer abgegeben werden, nehmen zu, wie dies in 2 gezeigt ist, wenn die Menge an erzeugtem Ruß im Wesentlichen zu Null wird, wie dies vorstehend beschrieben ist. Zu diesem Zeitpunkt vorhandenes HC ist in der Form eines Rußvorläufers oder in der Form von Kohlenwasserstoffen, die einem Vorläufer voran gehen (ein Vorläufer eines Vorläufers).
  • Aus den vorstehend dargelegten Erörterungen auf der Grundlage der Versuchsergebnisse, die in den 2 und 3A und 3B dargestellt sind, ist verständlich, dass die Menge an erzeugtem Ruß im Wesentlichen zu Null wird, wenn die Verbrennungstemperatur innerhalb der Verbrennungskammer 5 niedrig ist, und ein Rußvorläufer oder Kohlenwasserstoff, die einen Vorläufer des Vorläufers darstellen, werden aus der Verbrennungskammer 5 abgegeben. Weitere Versuche und Untersuchungen haben offenbart, dass der Prozess zum Ausbilden von Ruß in der Mitte anhält, das heißt, dass kein Ruß erzeugt wird, wenn die Temperatur des Kraftstoffs seines umgebenden Gases innerhalb der Verbrennungskammer 5 gleich wie oder niedriger als eine bestimmte Temperatur ist, und dass Ruß dann erzeugt wird, wenn die Temperatur des Kraftstoffes und seiner Umgebung innerhalb der Verbrennungskammer 5 höher als die vorstehend erwähnte Temperatur ist.
  • Die Temperatur des Kraftstoffes und seines umgebenden Gases, bei der der Anwachsprozess von Kohlenwasserstoff bei dem Zustand eines Rußvorläufers anhält oder endet, das heißt die vorstehend erwähnte bestimmte Temperatur, kann nicht als eine spezifische Temperatur bestimmt werden, da die Temperatur von der Art an Kraftstoff, dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis, dem Kompressionsverhältnis und anderen Faktoren abhängig ist. Dennoch hat die vorstehend erwähnte Temperatur eine enge Beziehung zu der Menge an erzeugtem NOx, und daher kann sie bis zu einem gewissen Grad auf der Grundlage der Menge an erzeugtem NOx definiert werden. Das heißt, wenn die EGR-Rate zunimmt, nimmt die Temperatur des Kraftstoffes und seines umgebenden Gases ab, und die Menge an erzeugtem NOx nimmt ab. Annähernd kein Ruß wird dann erzeugt, wenn die Menge an erzeugtem NOx gleich wie oder ungefähr 10 ppm oder weniger wird. Demgemäß ist die vorstehend erwähnte Temperatur im Wesentlichen gleich der Temperatur, bei der die Menge an erzeugtem NOx ungefähr 10 ppm oder weniger ist. Wenn Ruß einmal ausgebildet ist, ist es unmöglich, den Ruß durch eine Nachbehandlung unter Verwendung eines Katalysators mit einer Oxidationsfunktion zu entfernen.
  • Im Gegensatz dazu kann ein Rußvorläufer oder können Kohlenwasserstoffe, die einen Vorläufer des Rußvorläufers darstellen, mit Leichtigkeit durch eine Nachbehandlung unter Verwendung eines Katalysators mit einer Oxidationsfunktion entfernt werden. Unter Berücksichtigung der Nachbehandlung unter Verwendung eines Katalysators mit einer Oxidationsfunktion ergibt sich ein beträchtlich großer Unterschied in Abhängigkeit davon, ob Kohlenwasserstoff aus der Verbrennungskammer 5 in der Form eines Rußvorläufers oder in Form eines Vorläufers des Vorläufers abgegeben wird oder aus dieser in der Form von Ruß abgegeben wird. Das in der vorliegenden Erfindung verwendete neue Verbrennungssystem ist gekennzeichnet durch ein Abgeben von Kohlenwasserstoff in der Form eines Rußvorläufers oder einer dem Vorläufer vorangehenden Form (ein Vorläufer des Vorläufers) aus der Verbrennungskammer 5 ohne ein Erzeugen von Ruß in der Verbrennungskammer 5 und durch ein Oxidieren des abgegebenen Kohlenwasserstoffs mittels eines Katalysators mit einer Oxidationsfunktion.
  • Um das Anwachsen von Kohlenwasserstoff in dem Zustand vor dem Ausbilden von Ruß anzuhalten, muss die Temperatur des Kraftstoffes und seines umgebenden Gases während der Verbrennung in der Verbrennungskammer 5 auf eine Temperatur gesteuert werden, die niedriger als die Temperatur ist, bei der Ruß normalerweise ausgebildet wird. In diesem Fall wurde herausgefunden, dass das Verringern der Temperatur des Kraftstoffes und seines umgebenden Gases in Großem Maße durch die Wärmeabsorbierfunktion des Gases, das den Kraftstoff bei seiner Verbrennung umgibt, beeinflusst wird. Genauer gesagt wenn lediglich Luft um den Kraftstoff herum vorhanden ist, reagiert der verdampfte Kraftstoff sofort mit dem Sauerstoff in der Luft und verbrennt. In diesem Fall wird die Temperatur der Luft, die entfernt von dem Kraftstoff ist, nicht in starkem Maße erhöht, und lediglich die Temperatur um den Kraftstoff herum wird örtlich auf eine erheblich hohe Höhe erhöht. Das heißt die Luft, die entfernt von dem Kraftstoff vorhanden ist, wirkt kaum im Hinblick auf ein Absorbieren von Verbrennungswärme des Kraftstoffs. In diesem Fall wird die Verbrennungstemperatur örtlich auf eine außerordentlich hohe Höhe erhöht, und daher wird nicht verbrannter Kohlenwasserstoff der Verbrennungswärme ausgesetzt und bildet somit Ruß aus.
  • Jedoch ist in dem Fall, bei dem der Kraftstoff in einem Gemisch aus einer großen Menge an Inertgas und einer geringfügigen Menge an Luft vorhanden ist, die Situation anders. Das heißt der verdampfte Kraftstoff verteilt sich umher und reagiert mit dem Sauerstoff, der mit dem Inertgas vermischt ist, und verbrennt. In diesem Fall wird die Verbrennungswärme durch das umgebende Inertgas absorbiert, und daher steigt die Verbrennungstemperatur nicht so stark an, das heißt die Verbrennungstemperatur kann auf eine relativ niedrige Höhe begrenzt werden. Somit spielt das in der Verbrennungskammer vorhandene Inertgas eine bedeutsame Rolle beim Verringern der Verbrennungstemperatur, und die Verbrennungstemperatur kann auf eine relativ niedrige Höhe gesteuert werden, wobei die Wärmeabsorbierfunktion des Inertgases genutzt wird. In diesem Fall ist es erforderlich, ein Inertgas in einer ausreichend großen Menge vorzusehen, um eine ausreichende Menge an Wärme so zu absorbieren, dass die Temperatur des Kraftstoffes und seines umgebenden Gases auf eine Temperatur gesteuert wird, die niedriger als die Höhe ist, bei der Ruß normaler Weise ausgebildet wird. Somit nimmt eine benötigte Menge an Inertgas mit einer Zunahme der Menge an für die Verbrennung verwendeten Kraftstoff zu. In diesem Zusammenhang führt das Inertgas eine kräftigere oder effektivere Wärmeabsorbierfunktion aus, wenn die spezifische Wärme des Inertgases größer ist. Es wird daher bevorzugt, ein Gas mit einer höheren spezifischen Wärme als Inertgas anzuwenden. Da CO2 und das EGR-Gas relativ hohe spezifische Wärmen haben, wird vorzugsweise EGR-Gas als das Inertgas angewendet.
  • 5 zeigt die Beziehungen zwischen der EGR-Rate und Rauch, wenn das EGR-Gas als ein Inertgas verwendet wird und das EGR-Gas auf verschiedene Grade gekühlt wird. In 5 zeigt die Kurve A einen Fall, bei dem das EGR-Gas kräftig gekühlt wird, und die Temperatur des EGR-Gases bei ungefähr 90° gehalten wird, und die Kurve B zeigt einen Fall, bei dem das EGR-Gas durch ein kleines Kühlsystem gekühlt wird. Darüber hinaus zeigt die Kurve C einen Fall, bei dem das EGR-Gas nicht zwangsweise gekühlt wird. Wenn das EGR-Gas kräftig gekühlt wird, wie dies durch die Kurve A in 5 gezeigt ist, erreicht die Menge an erzeugtem Ruß einen Spitzenwert an einem Punkt, bei dem die EGR-Rate geringfügig geringer als 50% ist. In diesem Fall wird annähernd kein Ruß erzeugt, wenn die EGR-Rate auf ungefähr 55% oder mehr gesteuert wird. Wenn das EGR-Gas um einige Grad gekühlt wird, wie dies durch die Kurve B in 5 gezeigt ist, ist andererseits die Erzeugung von Ruß bei einem Spitzenwert bei einem Punkt, bei dem die EGR-Rate geringfügig größer als 50% ist. In diesem Fall wird annähernd kein Ruß produziert, wenn die EGR-Rate auf ungefähr 65% oder größer gesteuert wird.
  • Wenn das EGR-Gas nicht zwangsweise gekühlt wird, wie dies durch eine Kurve C in 5 gezeigt ist, wird die Menge an erzeugtem Ruß zu einem Spitzenwert bei einem Punkt, bei dem die EGR-Rate in der Nähe von 55% ist. In diesem Fall wird annähernd kein Ruß erzeugt, wenn die EGR-Rate auf ungefähr 70% oder mehr gesteuert wird. 5 zeigt die Menge durch den Verbrennungsmotor erzeugten Rauch wenn die Motorlast relativ hoch ist. Wenn die Motorlast verringert wird, nimmt die EGR-Rate, bei der die Erzeugung von Ruß einen Spitzenwert erreicht, geringfügig ab, und der untere Grenzwert der EGR-Rate, bei dem annähernd kein Ruß erzeugt wird, nimmt ebenfalls geringfügig ab. Somit variiert der untere Grenzwert der EGR-Rate, bei dem annähernd kein Ruß erzeugt wird, in Abhängigkeit von dem Kühlgrad des EGR-Gases und der Motorlast.
  • 6 zeigt die Menge eines Mischgases aus der Luft und dem EGR-Gas, das als ein Inertgas verwendet wird, das zum Verringern der Temperatur des Kraftstoffes und seines umgebenden Gases bei der Verbrennung auf eine Temperatur benötigt wird, die unterhalb der Höhe ist, bei der Ruß erzeugt wird, den Anteil Luft in dem Mischgas und den Anteil des EGR-Gases in dem Mischgas. In 6 zeigt die vertikale Achse die gesamte Menge an Gas, die in die Verbrennungskammer 5 eingeleitet wird, und eine Strichpunktlinie Y zeigt die gesamte Menge an Gas, die in die Verbrennungskammer dann gesaugt werden kann, wenn der Motor nicht aufgeladen ist. Die horizontale Achse zeigt die erforderliche Last.
  • Unter Bezugnahme auf 6 ist mit dem Anteil der Luft das heißt die Menge an Luft, die in dem Mischgas vorhanden ist, die Menge an Luft gezeigt, die erforderlich ist, um vollständig den Kraftstoff zu verbrennen, der in die Verbrennungskammer eingespritzt worden ist. Das heißt in dem in 6 dargestellten Fall ist das Verhältnis der Menge an Luft gegenüber der Menge an eingespritztem Kraftstoff gleich dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis. Der Anteil des EGR-Gases in 6 das heißt die Menge des EGR-Gases in dem Mischgas zeigt die minimale Menge an EGR-Gas, die erforderlich ist, um die Temperatur des Kraftstoffes und seinem umgebenen Gases auf eine Temperatur zu bringen, die niedriger als die Temperaturhöhe ist, bei der Ruß ausgebildet wird, wenn der eingespritzte Kraftstoff verbrennt.
  • Diese Menge an EGR-Gas beträgt ungefähr 55% oder Mehr im Hinblick auf die EGR-Rate und beträgt 70% oder mehr bei dem in 6 gezeigten Ausführungsbeispiel. Das heißt, wenn die gesamte Menge an Einlassgas oder Ansauggas, die in die Verbrennungskammer 5 gesaugt worden ist, so gesteuert wird, wie dies durch die durchgehende Linie X in 6 gezeigt ist, und der Anteil der Menge an Luft gegenüber der Menge an EGR-Gas in der gesamten Menge an Ansauggas X auf einen Anteil gesteuert wird, wie er in 6 gezeigt ist, wird die Temperatur des Kraftstoffes und seines umgebenden Gases niedriger als die Höhe, bei der Ruß erzeugt wird, und daher wird fast kein Ruß erzeugt. Die Menge an erzeugtem NOx in diesem Fall beträgt ungefähr 10 ppm oder weniger, was erheblich wenig ist.
  • Wenn eine zunehmende Menge an Kraftstoff in die Verbrennungskammer 5 eingespritzt wird, nimmt die Wärmemenge, die bei der Verbrennung des Kraftstoffes erzeugt wird, zu, und daher muss die Wärmemenge, die durch das EGR-Gas absorbiert wird, erhöht werden, um die Temperatur des Kraftstoffes und seines umgebenden Gases bei einer Höhe zu halten, die niedriger als die Temperatur ist, bei der Ruß erzeugt wird. Demgemäß muss die Menge an EGR-Gas erhöht werden, wenn die Menge an eingespritztem Kraftstoff zunimmt, wie dies in 6 gezeigt ist. Das heißt die Menge des EGR-Gases, muss erhöht werden, wenn die erforderliche Last zunimmt.
  • Wenn ein Aufladen oder Überladen (Turboladen) nicht ausgeführt wird, ist der obere Grenzwert der gesamten Menge an Ansauggas X, das in die Verbrennungskammer 5 gesaugt wird, mit Y gezeigt. Daher kann in einem Bereich in 6, bei dem die erforderliche Last größer als Lo ist, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis nicht bei dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis gehalten werden, wenn nicht der Anteil des EGR-Gases bei Zunahme der erforderlichen Last verringert wird. Das heißt wenn ein Versuch unternommen wird, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis bei dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis in einem Bereich zu halten, bei dem die erforderliche Last größer als Lo ist, wenn das Turboladen nicht ausgeführt wird, nimmt die EGR-Rate ab bei Zunahme der erforderlichen Last. Daher wird es in dem Bereich, bei dem die erforderliche Last größer als Lo ist, unmöglich, die Temperatur des Kraftstoffes und seines umgebenden Gases bei einer Temperatur zu halten, die niedriger als die Temperatur ist, bei der eine Erzeugung von Ruß möglich ist.
  • Wenn jedoch, obwohl dies nicht gezeigt ist, das EGR-Gas zu der Einlassseite des Turboladers d. h. in das Luftansaugrohr des Abgasturboladers über den EGR-Kanal rezirkuliert, kann die EGR-Rate bei 55% oder höher, beispielsweise 70%, in dem Bereich gehalten werden, bei dem die erforderliche Last größer als Lo ist, so dass die Temperatur des Kraftstoffes und seines umgebenden Gases bei einer Höhe unterhalb der Temperatur gehalten werden kann, bei der Ruß erzeugt werden kann. Das heißt wenn das EGR-Gas rezirkuliert, um zu bewirken, dass die EGR-Rate in dem Luft-Ansaugrohr beispielsweise 70% erreicht, wird die EGR-Rate des Ansauggases, das durch den Kompressor des Abgasturboladers mit Druck beaufschlagt wird, ebenfalls gleich 70%, so dass bis zu dem Grenzwert der Druckzunahme, die durch den Kompressor erzielbar ist, die Temperatur des Kraftstoffes und seines umgebenden Gases bei einer Höhe bei der Temperatur gehalten werden kann, die ein Erzeugen von Ruß ermöglicht. Daher wird es möglich, den Betriebsbereich des Verbrennungsmotors zu erweitern, bei dem die Verbrennung mit der niedrigen Temperatur ausgeführt werden kann. Wenn es erwünscht ist, dass die EGR-Rate zumindest 55% in dem Bereich beträgt, bei dem die erforderliche Last größer als Lo ist, wird das EGR-Steuerventil gänzlich geöffnet und wird das Drosselventil geringfügig zu der Schließrichtung betätigt.
  • 6 zeigt den Fall, bei dem der Kraftstoff bei dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis verbrennt, wie dies vorstehend erwähnt ist. Die Menge an erzeugtem NOx kann auf ungefähr 10 ppm oder weniger gesteuert werden, während die Erzeugung von Ruß verhindert wird, wobei dies selbst dann geschieht, wenn die Menge an Luft gegenüber der in 6 gezeigten Menge geringer ist, das heißt wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu einem an Kraftstoff reicheren Verhältnis verschoben wird. Auch dann wenn die Menge an Luft größer als die in 6 gezeigte Menge gestaltet ist, das heißt wenn der Durchschnittswert des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses bei einem mageren Bereich von 17 – 18 eingestellt ist, kann die Menge an erzeugtem NOx auf ungefähr 10 ppm oder weniger gesteuert werden, während die Erzeugung von Ruß verhindert wird. Das heißt wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis fett ist, ist eine überschüssige Menge an Kraftstoff vorhanden, jedoch wird der überschüssige Kraftstoff nicht zu Ruß, da die Verbrennungstemperatur bei einer relativ niedrigen Höhe gehalten wird. Daher wird kein Ruß erzeugt. Außerdem wird lediglich eine beträchtlich geringe Menge an NOx zu diesem Zeitpunkt erzeugt. Selbst dann, wenn das Durchschnittliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis mager ist, oder das Luft-Kraftstoff-Verhältnis im Wesentlichen gleich dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff- Verhältnis ist, kann eine geringe Menge an Ruß erzeugt werden, wenn die Verbrennungstemperatur erhöht wird.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird jedoch die Verbrennungstemperatur auf eine niedrige Höhe so gesteuert, dass im Wesentlichen kein Ruß erzeugt wird. Darüber hinaus wird NOx lediglich in einer geringen Menge erzeugt. Somit wird während einer Verbrennung mit niedriger Temperatur kein Ruß erzeugt und wird lediglich eine sehr geringe Menge an NOx erzeugt unabhängig von dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis das heißt unabhängig davon, ob das Luft-Kraftstoff-Verhältnis fett ist oder gleich den stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, oder ob das durchschnittliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis mager ist. Daher wird bevorzugt, dass durchschnittliche Luft-Kraftstoff-Verhältnisses auf ein im Hinblick auf den Kraftstoff mageres Verhältnis in diesem Fall im Hinblick auf eine Verbesserung der Kraftstoffverbrauchsrate zu steuern.
  • Der Fall, bei dem die Temperatur des Kraftstoffes und seines umgebenden Gases bei dessen Verbrennung in der Verbrennungskammer auf eine oder unterhalb eine Temperatur gesteuert werden kann, bei der das Anwachsen des Kohlenwasserstoffs in der Mitte anhält, ist auf den Fall beschränkt, bei dem der Verbrennungsmotor in einem niedrigen bis mittleren Lastbetriebszustand ist, bei dem die durch die Verbrennung erzeugte Wärme relativ gering ist. Bei dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird daher während eines niedrigen Lastbereiches bis mittleren Lastbereiches des Verbrennungsmotors die Temperatur des Kraftstoffes und seines umgebenden Gases bei der Verbrennung auf die Temperaturhöhe oder unterhalb der Temperaturhöhe gesteuert, bei der das Anwachsen von Kohlenwasserstoff in der Mitte des Weges anhält, um so zu ermöglichen, dass der erste Verbrennungsmodus, das heißt der Niedrigtemperaturmodus ausgeführt wird. Wenn die Last des Verbrennungsmotors andererseits relativ hoch ist, wird eine Steuerung so ausgeführt, dass der zweite Verbrennungsmodus das heißt die herkömmliche Verbrennung ausgeführt wird, die gemäß dem Stand der Technik normal ausgeführt wird.
  • Darüber hinaus kann in Abhängigkeit von dem Zustand des Motorbetriebs der zweite Verbrennungsmodus selbst dann ausgeführt werden, wenn der Verbrennungsmotor bei niedriger bis mittlerer Last betrieben wird. Der Ausdruck "erster Verbrennungsmodus" oder "Verbrennung bei niedriger Temperatur" bezieht sich auf einen Verbrennungsmodus, bei dem die Menge an Inertgas in der Verbrennungskammer größer als die Menge an Inertgas ist, bei dem die Erzeugung von Ruß einen Spitzenwert einnimmt, wie dies aus der vorstehend dargelegten Beschreibung hervorgeht. Der Ausdruck "zweiter Verbrennungsmodus" oder "herkömmliche Verbrennung, die normalerweise im Stand der Technik ausgeführt wird" bezieht sich auf einen Verbrennungsmodus, bei dem die Menge an Inertgas in der Verbrennungskammer geringer als die Menge an Inertgas ist, bei dem die Erzeugung von Ruß einen Spitzenwert einnimmt.
  • 7 zeigt einen ersten Betriebsbereich (I), bei dem der erste Verbrennungsmodus oder die Verbrennung bei niedriger Temperatur ausgeführt wird, und den zweiten Betriebsbereich (II), bei dem der zweite Verbrennungsmodus oder die Verbrennung auf der Grundlage des herkömmlichen Verbrennungsverfahrens ausgeführt wird. In 7 zeigt die vertikale Achse L den Niederdrückbetrag des Gaspedals 40, das heißt die erforderliche Last, und die horizontale Achse N zeigt die Drehzahl des Verbrennungsmotors. Außerdem zeigt in 7 X(N) eine erste Grenze zwischen dem ersten Betriebsbereich (I) und dem zweiten Betriebsbereich (II), und mit Y(N) ist eine zweite Grenze zwischen dem ersten Betriebsbereich (I) und dem zweiten Betriebsbereich (II) gezeigt. Ein Umschalten von dem ersten Betriebsbereich (I) zu dem zweiten Betriebsbereich (II) wird auf der Grundlage der ersten Grenze (XN) beurteilt und ein Schalten oder Verschieben von dem zweiten Betriebsbereich (II) in den ersten Betriebsbereich (I) wird auf der Grundlage der zweiten Grenze Y(N) beurteilt.
  • Genauer gesagt, wenn die erforderliche Last L die erste Grenze X(N) überschreitet, die eine Funktion der Motordrehzahl N ist, wenn der Verbrennungsmotor in dem ersten Betriebsbereich (I) betrieben wird und daher die Verbrennung bei niedriger Temperatur ausgeführt wird, wird bestimmt, dass eine Verschiebung von dem ersten Betriebsbereich (I) in den zweiten Betriebsbereich (II) aufgetreten ist. Dann wird die Verbrennung auf der Grundlage des herkömmlichen Verbrennungsverfahrens ausgeführt. Wenn die erforderliche Last L anschließend bis unterhalb der zweiten Grenze Y(N) abnimmt, die eine Funktion der Drehzahl N des Verbrennungsmodus ist, dann wird bestimmt, dass der Motorbetrieb von dem zweiten Betriebsbereich (II) sich in den ersten Betriebsbereich (I) verschoben hat. In diesem Fall wird die Verbrennung bei niedriger Temperatur erneut ausgeführt.
  • Die zwei Grenzen das heißt die erste Grenze X(N) und die zweite Grenze Y(N) an der Niedriglastseite der ersten Grenze X (N) sind aus den folgenden zwei Gründen vorgesehen. Der erste Grund ist, dass bei dem zweiten Betriebsbereich (II) an der Hochlastseite die Temperatur der Verbrennung relativ hoch ist, und daher die Verbrennung bei niedriger Temperatur nicht sofort bei einer Verringerung der erforderlichen Last L über die erste Grenze X(N) ausgeführt werden kann. Das heißt die Verbrennung bei niedriger Temperatur kann sofort gestartet werden, lediglich nachdem die erforderliche Last L beträchtlich gering geworden ist, das heißt niedriger als die zweite Grenze Y(N). Der zweite Grund ist, dass es erwünscht ist, eine Hysterese im Hinblick auf die Änderungen des Betriebsbereiches zwischen dem ersten Betriebsbereich (I) und dem zweiten Betriebsbereich (II) vorzusehen.
  • Während der Verbrennungsmotor in dem ersten Betriebsbereich (I), bei dem eine Verbrennung bei niedriger Temperatur ausgeführt wird, arbeitet, wird im Wesentlichen kein Ruß erzeugt, und statt dessen wird unverbrannter Kohlenwasserstoff in der Form eines Rußvorläufers oder in der Form eines Vorläufers des Vorläufers aus der Verbrennungskammer 5 abgegeben. Der unverbrannte Kohlenwasserstoff, der von der Verbrennungskammer 5 abgegeben wird, wird an dem Katalysator 22 mit einer Oxydationsfunktion gut oxidiert. Der Katalysator 22 kann beispielsweise durch einen Oxydationskatalysator ausgebildet sein.
  • 8 zeigt das Ausgabesignal des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 23a. Wie dies in 8 gezeigt ist, ändert sich eine abgegebene Stromstärke I des Luft-Kraft-Stoff-Sensors 23a in Übereinstimmung mit dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F. Daher kann das Luft-Kraftstoff-Verhältnis aus der abgegebenen Stromstärke I des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 23a bestimmt werden.
  • Nachstehend wird auf 9 bezug genommen, wobei die Steuerungen des Motorbetriebs in dem ersten Betriebsbereich (I) und in dem zweiten Betriebsbereich (II) mit Ausnahme einer Steuerung gesteuert wird, die zu dem Zeitpunkt des Startens des Motors ausgeführt wird, kurz beschrieben werden.
  • 9 zeigt die Änderungen bei dem Öffnungsgrad des Drosselventils 17, dem Öffnungsgrad des EGR-Steuerventils 25, der EGR-Rate, des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, der Einspritzzeit und der Menge an eingespritzten Kraftstoff in Bezug auf die erforderliche Last L. In dem ersten Betriebsbereich (I), bei dem die erforderliche Last L relativ gering ist, wird der Öffnungsgrad des Drosselventils 17 allmählich von der Nähe des vollständig geschlossenen Zustandes bis zu ungefähr zweidrittel von dem maximalen Öffnungsgrad der Zunahme der erforderlichen Last L erhöht, wie dies in 9 dargestellt ist. In ähnlicher Weise wird der Öffnungsgrad des EGR-Steuerventils 25 von der Nähe des vollständig geschlossenen Zustandes bis zu dem vollständig geöffneten Zustand bei Zunahme der erforderlichen Last L erhöht.
  • In dem ersten Betriebsbereich (I) wird bei dem Beispiel von 9 die EGR-Rate auf ungefähr 70% gesteuert und wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf ein mageres Luft-Kraftstoff-Verhältnis gesetzt, das lediglich geringfügig auf der mageren Seite ist. Das heißt bei dem ersten Betriebsbereich (I) werden die Öffnung des Drosselventils 17 und die Öffnung des EGR-Steuerventils 25 so gesteuert, dass die EGR-Rate sich 70% nähert und das Luft-Kraftstoff-Verhältnis gleich dem vorstehend erwähnten geringfügig mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis wird. Darüber hinaus wird in dem ersten Betriebsbereich (I) eine Kraftstoffeinspritzung vor dem Erreichen des oberen Todpunktes bei Kompression TDC ausgeführt. In diesem Fall wird die Einspritzstartzeit θS mit der Zunahme der erforderlichen last L verzögert, das heißt zu einem Nacheilen gebracht, und die Einspritzendzeit (θE wird ebenfalls zu einem Nacheilen gebracht, wenn die Einspritzstartzeit θS nacheilt.
  • Während der Verbrennungsmotor im Leerlauf ist, wird das Drosselventil 17 in die Nähe der vollständig geschlossenen Position gesetzt und wird das EGR-Steuerventil 25 ebenfalls in die Nähe der vollständig geschlossenen Position gesetzt. Mit annähernd vollständig geschlossenem Drosselventil 17 nimmt der Druck, der an der Verbrennungskammer 5 bei der Verbrennung des Kompressionshubs auftritt, ab, und daher nimmt der Verbrennungsdruck ab. Wenn der Verbrennungsdruck abnimmt, nimmt die durch den Kolben 4 ausgeführte Verbrennungsarbeit ab, so dass eine Schwingung des Hauptkörpers I des Verbrennungsmotors abnimmt. Das heißt das Drosselventil 17 wird Nähe der vollständig geschlossenen Position während des Leerlaufs des Motors gesetzt, um den Kompressionsdruck zu verringern und dadurch die Schwingung des Hauptkörpers 1 des Verbrennungsmotors zu verringern. Da darüber hinaus die Ungleichförmigkeit der Drehzahl des Verbrennungsmotors, die durch die Explosionen verursacht wird, während eines Motorbetriebs ein niedriger Drehzahl größer als während eines Motorbetriebs bei hoher Drehzahl ist, wird ein Problem einer Schwingung bei dem Hauptkörper 1 des Verbrennungsmotors beträchtlicher, wenn die Drehzahl des Verbrennungsmotors verringert wird. Daher wird die Zieldrehzahl des Verbrennungsmotors für den Leerlauf unter Berücksichtigung der Schwingung, die durch den Kompressionsdruck verursacht wird, und der Schwingung, die durch die ungleichförmige Drehzahl des Verbrennungsmotors verursacht wird, eingestellt.
  • Wenn der Betriebsbereich des Verbrennungsmotors sich von dem ersten Betriebsbereich (I) in den zweiten Betriebsbereich (II) geändert hat, wird der Öffnungsgrad des Drosselventils 17 in einer schrittartigen Weise aus einem annähernd zu zweidrittel geöffneten Zustand in den gänzlich geöffneten Zustand erhöht. In dem Augenblick des in 9 gezeigten Beispiels wird die EGR-Rate in einer schrittartigen Weise von ungefähr 70% auf 40% verringert, und das Luft-Kraftstoff-Verhältnis wird in einer schrittartigen Weise erhöht. Somit überspringt die EGR-Rate den Bereich der EGR-Rate, bei dem Rauch in großen Mengen erzeugt (siehe 5), so dass die Erzeugung einer großen Menge an Rauch zu dem Zeitpunkt der Änderung des Betriebsbereichs des Verbrennungsmotors von dem ersten Betriebsbereich (I) in den zweiten Betriebsbereich (II) vermieden wird.
  • In dem zweiten Betriebsbereich (II) wird der Verbrennungsmodus ausgeführt, der bei dem Stand der Technik ausgeführt wird. In dem zweiten Betriebsbereich (II) wird das Drosselventil 17 in dem gänzlich geöffneten Zustand mit Ausnahme für den Teil des Bereichs (II) gehalten, und die Öffnung des EGR-Steuerventils 23 wird allmählich mit der Zunahme der erforderlichen Last L verringert. In diesem Betriebsbereich (II) nimmt die EGR-Rate mit der Zunahme der erforderlichen Last L ab und nimmt das Luft-Kraftstoff-Verhältnis mit der Zunahme der erforderlichen Last L ab. Jedoch sollte beachtet werden, dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis innerhalb eines mageren Bereiches selbst dann gehalten wird, wenn die erforderliche Last L zunimmt. In dem zweiten Betriebsbereich (II) ist die Einspritzstartzeit θS in der Nähe des oberen Todpunktes bei Kompression TDC eingestellt.
  • 10A zeigt das Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F während des ersten Betriebsbereichs (I). In 10A sind mit den als A/F = 16,5, A/F = 16, A/F = 17 und A/F = 18 dargestellten Kurven die Fälle gezeigt, bei denen das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf 15,5, 16, 17 beziehungsweise 18 eingestellt ist. Die den Kurven zugewiesenen Luft-Kraftstoff-Verhältnisse werden auf der Grundlage einer proportionalen Verteilung bestimmt. Wie dies in 10A gezeigt ist, ist das Luft-Kraftstoff-Verhältnis in einem mageren Bereich während des ersten Betriebsbereichs (I). darüber hinaus wird in dem ersten Betriebsbereich (I) das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F zu der mageren Seite verschoben, wenn die erforderliche Last L verringert wird. Genauer gesagt wird die Menge an Wärme, die bei der Verbrennung erzeugt wird, verringert, wenn die erforderliche Last L kleiner wird. Daher wird, wenn die erforderliche Last L verringert wird, eine Verbrennung bei niedriger Temperatur selbst dann möglich, wenn die EGR-Rate kleiner ist. Das Luft-Kraftstoff-Verhältnis nimmt mit der Verringerung der EGR-Rate zu.
  • Daher nimmt das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F mit der Abnahme der erforderlichen Last L zu, wie dies in 10A gezeigt ist. Die Kraftstoffverbrauchsrate verbessert sich, wenn das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F höher wird. Daher wird, um ein Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis so mager wie möglich einzustellen, das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F zu der mageren Seite hin bei einer Abnahme der erforderlichen Last L bei diesem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung erhöht.
  • Das in 10A dargestellte Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F wird in dem ROM 32 in der Form einer Tabelle als eine Funktion der erforderlichen Last L und der Drehzahl N des Verbrennungsmotors, wie dies in 10B gezeigt ist, zuvor gespeichert. Außerdem werden die Zielöffnungsgrade ST des Drosselventils 17, die erforderlich sind, um das Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu dem Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnisen A/F zu bringen, wie dies in 10A gezeigt ist, in dem ROM 32 in der Form einer Tabelle als eine Funktion der erforderlichen Last L und der Drehzahl N des Verbrennungsmotors, wie dies in 11A gezeigt ist, zuvor gespeichert. Die Zielöffnungsgrade SE des EGR-Steuerventils 25, die erforderlich sind, um das Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu dem Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnissen A/F zu bringen, wie dies in 10A gezeigt ist, werden in dem ROM 32 in der Form einer Tabelle als eine Funktion der erforderlichen Last L und der Drehzahl N des Verbrennungsmotors, wie dies in 11B gezeigt ist, zuvor gespeichert.
  • 12A zeigt das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F, das dann eingestellt wird, wenn der zweite Verbrennungsmodus oder der Normalverbrennungsmodus auf der Grundlage des herkömmlichen Verbrennungsverfahrens ausgeführt wird. In 12A zeigen die mit A/F = 24, A/F = 35, A/F = 45 und A/F = 60 dargestellten Kurven, dass das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis gleich wie 24, 35, 45 beziehungsweise 60 ist. Die in 12A dargestellten Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnisse A/F werden in dem ROM 32 in der Form einer Tabelle als eine Funktion der erforderlichen Last L und der Drehzahl N des Verbrennungsmotors, wie dies in 12B gezeigt ist, zuvor gespeichert. Außerdem werden die Zielöffnungsgerade SD des Drosselventils 17, die erforderlich sind, und das Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu den Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnissen A/F, wie dies in 12A gezeigt ist, zu bringen, in dem ROM 32 in der Form einer Tabelle als eine Funktion der erforderlichen Last L und der Drehzahl N des Verbrennungsmotors, wie dies in 13A gezeigt ist, zuvor gespeichert. Die Zielöffnungsgrade SE des EGR-Steuerventils 25, die erforderlich sind, um das Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu den Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnissen A/F zu bringen, wie dies in 12A gezeigt ist, werden in dem ROM 32 in der Form einer Tabelle als eine Funktion der erforderlichen Last L und der Drehzahl N des Verbrennungsmotors, wie dies in 13B gezeigt ist, zuvor gespeichert.
  • Während des Betriebs in dem zweiten Verbrennungsmodus wird die Menge Q an eingespritztem Kraftstoff auf der Grundlage der erforderlichen Last L und der Drehzahl N des Verbrennungsmotors berechnen. Die Mengen an eingespritztem Kraftstoff Q werden in dem ROM 32 in der Form einer Tabelle als eine Funktion der erforderlichen Last L und der Drehzahl N des Verbrennungsmotors, wie dies in 14 gezeigt ist, zuvor gespeichert.
  • Eine Betriebssteuerung gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist nachstehend unter Bezugnahme auf 15 beschrieben. Unter Bezugnahme auf 15 wird bei dem Schritt 100 bestimmt, ob eine Marke I, die anzeigt, dass der gegenwärtige Verbrennungsmotorbetriebszustand im ersten Betriebsbereich I ist, gesetzt worden ist. Wenn die Marke I gesetzt worden ist, das heißt wenn der gegenwärtige Betriebszustand des Verbrennungsmotors in dem ersten Betriebsbereich I ist, geht der Prozess zu dem Schritt 101 weiter, bei dem bestimmt wird, ob die erforderliche Last L die erste Grenze X (N) erreicht hat. Wenn L ≤ X(N) der Fall ist, geht der Prozess zu dem Schritt 103 weiter, bei dem der erste Verbrennungsmodus (Verbrennung bei niedriger Temperatur) ausgeführt wird. Wenn umgekehrt bei dem Schritt 101 bestimmt wird, dass L > X(N) der Fall ist, geht der Prozess zu dem Schritt 102 weiter, bei dem die Marke I gelöscht wird. anschließend geht der Prozess zu dem Schritt 110 weiter und der zweite Verbrennungsmodus (die normale Verbrennung das heißt die Verbrennung auf die Grundlage des herkömmlichen Verbrennungsverfahrens) wird ausgeführt.
  • Wenn bei dem Schritt 100 bestimmt wird, dass die Marke I nicht gesetzt worden ist, das heißt wenn der gegenwärtige Betriebszustand des Verbrennungsmotors in dem zweiten Betriebsbereich II) ist, geht der Prozess zu dem Schritt 108 weiter, bei dem bestimmt wird, ob die erforderliche Last L niedriger als die zweite Grenze Y (N) geworden ist. Wenn L ≥ X(N) der Fall ist, geht der Prozess zu dem Schritt 110 weiter, und der zweite Verbrennungsmodus wird ausgeführt. Wenn andererseits bei dem Schritt 108 bestimmt wird, dass L > Y(N) der Fall ist, geht der Prozess zu dem Schritt 109 weiter, bei dem Marke I gesetzt wird. Anschließend geht der Prozess zu dem Schritt 103 weiter, und der erste Verbrennungsmodus wird ausgeführt.
  • Bei dem Schritt 103 wird ein Zielöffnungsgrad ST des Drosselventils 17 aus der Tabelle, wie sie in 11A gezeigt ist, berechnet, und der Öffnungsgrad des Drosselventils 17 wird auf den berechneten Zielöffnungsgrad ST gesteuert. Dann wird bei dem Schritt 104 ein Zielöffnungsgrad SE des EGR-Steuerventils 25 aus der Tabelle, wie sie in 11B gezeigt ist, berechnet, und der Öffnungsgrad des EGR-Steuerventils 25 wird auf den berechneten Zielöffnungsgrad SE gesteuert. Danach wird bei dem Schritt 105 der Massenstrom der Einlassluft (nachstehend ist dieser der Einfachheit halber als "Einlassluftmenge" bezeichnet) Ga, der durch den Massenstromerfasser 17a erfasst wird, eingegeben. Bei dem Schritt 106 wird ein Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F aus der Tabelle, wie sie in 10B gezeigt ist, berechnet. Bei dem Schritt 107 wird die Menge Q an eingespritztem Kraftstoff, die erforderlich ist, um das Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu dem Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F zu bringen, aus der Einlassluftmenge Ga und dem Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F berechnet.
  • Wenn die erforderliche Last L oder die Drehzahl N des Verbrennungsmotors sich ändert, wenn die Verbrennung bei niedriger Temperatur ausgeführt wird, wie dies vorstehend beschrieben ist, werden der Öffnungsgrad des Drosselventils 17 und der Öffnungsgrad des EGR-Steuerventils 25 sofort zu den Zielöffnungsgraden ST, SD gebracht, die in Übereinstimmung mit der erforderlichen Last L und der Drehzahl N des Verbrennungsmotors eingestellt sind. Daher wird beispielsweise, wenn die erforderliche Last L erhöht wird, die Menge an Luft in der Verbrennungskammer 5 sofort erhöht, so dass das durch den Verbrennungsmotor erzeugte Moment sofort zunimmt. Wenn der Öffnungsgrad des Drosselventil 17 oder der Öffnungsgrad des EGR-Steuerventils 25 sich so ändert, dass die Menge an Einlassluft sich ändert, wird die Änderung der Menge an Einlassluft Ga durch den ersten Strömungserfasser 17a erfasst. Auf der Grundlage der erfassten Menge an Einlassluft Ga wird die Menge Q an eingespritztem Kraftstoff gesteuert. Das heißt die Menge Q an eingespritztem Kraftstoff wird geändert, nach dem die Menge an der Einlassluft Ga sich tatsächlich geändert hat.
  • Bei dem Schritt 110 wird eine Zielkraftstoffeinspritzmenge Q aus der Tabelle, wie sie in 14 gezeigt ist, berechnet. Die Menge an eingespritztem Kraftstoff wird auf die berechnete Zielkraftstoffeinspritzmenge Q gesteuert. Bei dem Schritt 111 wird ein Zielöffnungsgrad ST des Drosselventils 17 aus der Tabelle, wie sie in 13A gezeigt ist, berechnet.
  • Anschließend wird bei dem Schritt 112 ein Zielöffnungsgrad SE des EGR-Steuerventils 25 aus der Tabelle, wie sie in 13B bezeigt ist, berechnet. Der Öffnungsgrad des EGR-Steuerventils 25 wird auf den berechneten Zielöffnungsgrad SE gesteuert. Bei dem Schritt 113 wird die Menge an Einlassluft Ga, die durch den Massenströmungserfasser 17a erfasst worden ist, eingegeben.
  • Anschließend wird bei dem Schritt 114 das tatsächliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis (A/F)R aus der Menge Q an eingespritztem Kraftstoff und der Menge an Einlassluft Ga berechnet. Dann wird bei dem Schritt 115 ein Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F aus der Tabelle, wie sie in 12B gezeigt ist, berechnet. Bei dem Schritt 116 wird bestimmt, ob das tatsächliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis (A/F)R größer als das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F ist. Wenn (A/F)R < A/F ist, geht der Prozess zu dem Schritt 117 weiter, bei dem ein Korrekturwert ΔST der Drosselöffnung um einen konstanten Wert α verringert wird. dann geht der Prozess zu dem Schritt 119 weiter. Wenn andererseits (A/F)R ≤ A/F der Fall ist, geht der Prozess zu dem Schritt 118 weiter, bei dem der Korrekturwert ΔST der Drosselöffnung um den konstanten Wert α erhöht wird. Dann geht der Prozess zu dem Schritt 119 weiter. Bei dem Schritt 119 wird ein Endzielöffnungsgrad ST des Drosselventils 17 berechnet, in dem der Korrekturwert ΔST zu dem Zielöffnungsgrad ST hinzuaddiert wird, und der Öffnungsgrad des Drosselventils 17 wird auf den Endzielöffnungsgrad ST gesteuert. Das heißt der Öffnungsgrad des Drosselventils 17 wird so gesteuert, dass das tatsächliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis (A/F)R gleich dem Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F wird.
  • Wenn die erforderliche Last L oder die Drehzahl N des Verbrennungsmotors sich ändert, wenn der zweite Verbrennungsmodus ausgeführt wird, wird die Menge an eingespritztem Kraftstoff sofort zu der Zielkraftstoffeinspritzmenge Q gebracht, die in Übereinstimmung mit der erforderlichen Last L und der Drehzahl N des Verbrennungsmotors eingestellt ist. Wenn beispielsweise die erforderliche Last L zunimmt, wird die Menge an eingespritztem Kraftstoff sofort erhöht, so dass das durch den Verbrennungsmotor erzeugte Moment sofort zunimmt. Wenn die Menge Q an eingespritztem Kraftstoff so erhöht wird, dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis von dem Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F abweicht, wird der Öffnungsgrad des Drosselventils so gesteuert, dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis gleich dem Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F wird. Das heißt das Luft-Kraftstoff-Verhältnis wird geändert, nach dem die Menge Q an eingespritztem Kraftstoff sich geändert hat.
  • In dem vorstehend erläutertem Ausführungsbeispiel wird die Menge Q an eingespritztem Kraftstoff in einer Weise einer offenen Schleife während des Verbrennungsmodus bei niedriger Temperatur gesteuert, und das Luft-Kraftstoff-Verhältnis wird gesteuert, in dem der Öffnungsgrad des Drosselventils 17 während des zweiten Verbrennungsmodus geändert wird. doch ist es ebenfalls möglich, die Menge an einegespritztem Kraftstoff Q auf der Grundlage des Ausgabesignals des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 23a während des Verbrennungsmodus bei niedriger Temperatur per Rückführung zu steuern, und es ist ebenfalls möglich, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis durch ein Ändern des Öffnungsgrades EGR-Steuerventils 25 während des zweiten Verbrennungsmodus zu steuern.
  • Die 16 und 17 zeigen Darstellungen von Verfahren zum Steuern des Betriebs eines Verbrennungsmotors zum Zeitpunkt des Startens. Wie dies in den 16 und 17 dargestellt ist, wird beim Starten des Modus der zweite Verbrennungsmodus ausgeführt, bei dem die Menge an in die Verbrennungskammer 5 gelieferten EGR-Gas geringer als die Menge an EGR-Gas ist, bei der die Erzeugung von Ruß einen Spitzenwert einnimmt (Zeitpunkt t0 bis zu dem Zeitpunkt t2). Anschließend wird der erste Verbrennungsmodus ausgeführt, bei dem die Menge an in die Verbrennungskammer 5 gelieferten EGR-Gas größer als die Menge an EGR-Gas ist, bei der die Erzeugung an Ruß einen Spitzenwert einnimmt, und im Wesentlichen kein Ruß erzeugt wird (von dem Zeitpunkt t2 an).
  • Genauer gesagt wird während der Zeitspanne (Zeitpunkt t0 bis zu dem Zeitpunkt t1), bis das Moment einen Spitzenwert Tpeak einnimmt, lediglich die Haupteinspritzung bei der zeitlichen Abstimmung in der Nähe des oberen Totpunktes bei Kompression ausgeführt, und keine Einspritzung bei einer zeitlichen Abstimmung, die sich von der zeitlichen Abstimmung der Haupteinspritzung unterscheidet, wird ausgeführt, um so eine Zunahme der Menge an in dem Abgas vorhandenem Kohlenwasserstoff zu vermeiden. Darüber hinaus wird eine Verbrennung von einer großen Menge an eingespritztem Kraftstoff, die nahe zu der Rauchgrenze ist, so ausgeführt, dass die Temperatur des aus der Verbrennungskammer 5 abgegebenen Abgases relativ hoch wird, und so, dass die Drehzahl des Verbrennungsmotors zunimmt, wobei die Trägheit des Verbrennungsmotors überwunden wird. Während dieser Zeitspanne wird die Drehzahl des Verbrennungsmotors in Übereinstimmung mit der Zunahme der Kühlmitteltemperatur erhöht, und das EGR-Steuerventil 25 wird vollständig geschlossen, um die EGR-Rate bei 0 zu halten. Darüber hinaus wird, um die Temperatur des Abgases schnell zu erhöhen, die Einspritzzeit innerhalb eines Bereiches verzögert, der keine Erzeugung von HC und weißem Rauch bewirkt. Um die Menge an Einlassluft zu verringern und dadurch die Temperatur des Abgases zu erhöhen, wird die Öffnung des Drosselventils 17 innerhalb eines Bereiches verkleinert, bei dem keine Erzeugung von Rauch verursacht wird.
  • Unmittelbar nach dem Starten des Verbrennungsmotors ist die Temperatur des Katalysators 22 nicht auf eine Temperatur gestiegen, bei der es möglich ist, dass der Katalysator 22 Kohlenwasserstoffe aus dem Abgas entfernt. Jedoch während der Zeitspanne von dem Zeitpunkt t0 bis zu dem Zeitpunkt t1 ein Verbrennung, bei der Kohlenwasserstoff in dem Abgas nicht zunimmt, ausgeführt, wodurch eine Emission von Kohlenwasserstoff in die Umgebung über den Katalysator 22 vermieden wird. Außerdem ist sofort nach dem Starten des Verbrennungsmotors die Temperatur des Rohrkatalysators 26a noch nicht bis zu einer Temperatur angestiegen, bei der es möglich ist, dass der Rohrkatalysator 26a Kohlenwasserstoff aus dem EGR-Gas entfernt. Jedoch wird während der Periode oder Zeitspanne von dem Zeitpunkt t0 bis zu dem Zeitpunkt t1 die EGR-Rate bei 0 gehalten, und es wird kein EGR-Gas in den EGR-Kanal 24 geliefert, womit ein Fall verhindert wird, bei dem der von der EGR-Kühleinrichtung 26 umgebene EGR-Kanal 24 mit Kohlenwasserstoff verstopft wird, das durch den Rohrkatalysator 26a getreten ist.
  • Darüber hinaus wird während der Zeitspanne von dem Zeitpunkt t0 bis zu dem Zeitpunkt t1 der Rohrkatalysator 26 nicht mit dem EGR-Gas beliefert, wobei aber die Temperatur des aus der Verbrennungskammer 5 abgegebenen EGR-Gases sich erhöht. Daher wird die Aufwärmrate des Rohrkatalysators 26a, die nach dem Beginn der Lieferung von EGR-Gas zu dem Rohrkatalysator 26a (von dem Zeitpunkt t1 an) sich ergibt, erhöht. Da darüber hinaus die Temperatur des von der Verbrennungskammer 5 abgegebenen Abgases während der Zeitspanne von dem Zeitpunkt t0 bis zu dem Zeitpunkt t1 zunimmt, kann der Katalysator 22 Kohlenwasserstoff aus dem Abgas bei dem Zeitpunkt t1 entfernen. Das heißt die Zeitspanne von dem Zeitpunkt t0 bis zu dem Zeitpunkt t1 ist eine Zeitspanne bis die Temperatur des Abgases oder die Temperatur des Katalysators 22 eine bestimmte Höhe derart erreicht, dass der Katalysator 22 ausschaltet.
  • Obwohl bei einem Ausführungsbeispiel lediglich die Haupteinspritzung in der Nähe des oberen Totpunktes bei Kompression während der Zeitspanne von dem Zeitpunkt t0 bis zu den. Zeitpunkt t1 ausgeführt wird, um so die Zunahme der Menge an Kohlenwasserstoff in dem Abgas zu verhindern, ist es gemäß anderen Ausführungsbeispielen auch praktisch, die Haupteinspritzung in der Nähe des oberen Totpunktes bei Kompression auszuführen und eine zusätzliche Einspritzung bei einem kurzen Zeitintervall vor der Haupteinspritzung (die im Allgemeinen Kurzintervallpiloteinspritzung genannt wird) auszuführen, um eine Zunahme der Menge an Kohlenwasserstoff in dem Abgas zu vermeiden.
  • Nachstehend ist ein anderes Ausführungsbeispiel beschrieben. Während einer Zeitspanne (von dem Zeitpunkt t1 bis zu dem Zeitpunkt t2) bis zu der vollendeten Aufwärmung des Rohrkatalysators 26a wird das EGR-Steuerventil 25 geöffnet, um die Temperatur des Abgases zu erhöhen, und wird das Drosselventil 17 zu der geschlossenen Seite hin betätigt, um die Menge an Einlassluft zu verringern, womit sich allmählich die EGR-Rate erhöht. Während dieser Zeitspanne wird die Drehzahl des Verbrennungsmotors in Übereinstimmung mit der zunehmenden Kühlmitteltemperatur erhöht, und das Moment nimmt auf die Höhe ab, die gleich dem während des Lehrlaufbetriebs ausgegebenen Moment ist. Darüber hinaus wird während dieser Zeitspanne zusätzlich zu der Haupteinspritzung in der Nähe des oberen Totpunktes bei Kompression eine zusätzliche Einspritzung zwischen dem Auslasshub und dem Einlasshub ausgeführt (im Allgemeinen wird diese VIGOM-Einspritzung genannt), und die Einspritzzeit wird verzögert, um die Menge an in dem Abgas vorhandenen Kohlenwasserstoff zu erhöhen und um eine relativ hohe Temperatur des aus der Verbrennungskammer 5 abgegebenen Abgases zu erzielen.
  • Während der Zeitspanne von dem Zeitpunkt t1 bis zu dem Zeitpunkt t2 wird die Menge an in dem Abgas vorhandenem Kohlenwasserstoff erhöht und wird die Temperatur des aus der Verbrennungskammer 5 abgegebenen Abgases erhöht. Das Abgas wird als ein EGR-Gas zu dem Rohrkatalysator 26a geliefert. Daher nimmt die Aufwärmrate des Rohrkatalysators 26a nach dem Beginn der Lieferung von EGR-Gas zu dem Rohrkatalysator 26a (von dem Zeitpunkt t1 a) zu. Da darüber hinaus das Abgas mit einer höheren Temperatur und einem höheren Gehalt an Kohlenwasserstoff außerdem zu dem Katalysator 22 geliefert wird, wird die Aktivierung des Katalysators 22 beschleunigt. Das heißt da die Einspritzzeit verzögert ist, verschlechtert sich die Kraftstoffökonomie, so dass die Menge an eingespritztem Kraftstoff zunimmt und die Abgastemperatur weiter ansteigt. Des Weiteren nimmt auf Grund der zusätzlichen Einspritzung die Menge an Kohlenwasserstoff im Abgas zu, und die erhöhte Menge an Kohlenwasserstoff reagiert in den Katalysatoren 22, 26a, so dass die Katalysatortemperaturen der Katalysatoren 22, 26a zunehmen. Da die Menge an Einlassluft während dieser Zeitspanne verringert ist, ist die Temperaturzunahme pro Energie hoch. Ein derartiger beträchtlicher Temperaturanstieg ermöglicht ein Verbrennen an Kohlenwasserstoff und SOF, die in dem Katalysator 22, 26a absorbiert sind.
  • Obwohl bei diesem Ausführungsbeispiel die VICOM-Einspritzung während der Zeitspanne von dem Zeitpunkt t1 bis zu dem Zeitpunkt t2 zusätzlich zu der Haupteinspritzung ausgeführt wird, die in der Nähe des oberen Totpunktes bei Kompression ausgeführt wird, ist es außerdem bei anderen Ausführungsbeispielen praktisch, eine Einspritzung während des Expansionshubs oder des Auslasshubs (im Allgemeinen wird dies Nacheinspritzung genannt) zusätzlich zu der Haupteinspritzung in der Nähe des oberen Totpunktes bei Kompression auszuführen, um die Menge an Kohlenwasserstoff in dem Abgas zu erhöhen und um die Temperatur des aus der Verbrennungskammer 5 abgegebenen Abgases zu erhöhen.
  • Wenn das Aufwärmen des Rohrkatalysators 26a vollendet ist (Zeitpunkt t2), wird die EGR-Rate in einer schrittartigen Weise erhöht, um von dem zweiten Verbrennungsmodus zu dem ersten Verbrennungsmodus zu schreiten. Darüber hinaus wird die Drehzahl des Verbrennungsmotors allmählich verringert. Da die Zunahme der Menge an EGR-Gas, das durch den Katalysator 26a strömt, nach der Vollendung des Aufwärmens des Rohrkatalysators 26a ausgeführt wird, verhindert dieses Ausführungsbeispiel einen solchen Fall, dass vor der Vollendung des Aufwärmens des Rohrkatalysators 26a die Menge an EGR-Gas so zunimmt, dass Kohlenwasserstoff in dem EGR-Gas zu dem Rohrkatalysator 26a tritt und dem EGR-Kanal 24 verstopft. Während einer Zeitspanne (von dem Zeitpunkt t0 bis zu dem Zeitpunkt t1) wird, bevor der Katalysator 22 dazu in der Lage wird, Kohlenwasserstoff aus dem Abgas zu entfernen, die Menge an zu dem Katalysator 22 geliefertem Kohlenwasserstoff gedrosselt, in dem ein Verbrennungsmodus ausgeführt wird, bei dem die Menge an Kohlenwasserstoff in dem Abgas nicht erheblich erhöht wird. Daher wird das Durchtreten von dem Abgas befindlichem Kohlenwasserstoff durch den Katalysator 22 erheblich verringert. Darüber hinaus wird während der Zeitspanne von dem Zeitpunkt t0 bis zu dem Zeitpunkt t1 der Verbrennungsmodus, bei dem eine relativ hohe Temperatur des aus der Verbrennungskammer 5 abgegebenen Abgases erzielt wird, ausgeführt, so dass die Temperatur des Katalysators erhöht werden kann und der Zylinderblock 2 aktiviert werden kann. Das heißt es wird möglich, das Aufwärmen des Katalysators 22 schnell zu vollenden, während das Durchtreten von Kohlenwasserstoff durch den Katalysator 22 vermindert wird, und die Verbrennung von dem zweiten Verbrennungsmodus zu dem ersten Verbrennungsmodus bei einem frühzeitigem Zeitpunkt zu schalten.
  • Darüber hinaus wird die Menge an EGR-Gas auf 0 gesetzt, während die Temperatur des EGR-Gases und die Temperatur des Rohrkatalysators 26a niedrig sind, und der Rohrkatalysator 26a noch nicht dazu in der Lage ist, Kohlenwasserstoff aus dem EGR-Gas zu entfernen (während der Zeitspanne von dem Zeitpunkt t0 bis zu dem Zeitpunkt t1). Daher vermeidet dieses Ausführungsbeispiel jene Probleme, die dann auftreten, wenn der Rohrkatalysator 26a nicht dazu in der Lage ist, Kohlenwasserstoff aus dem EGR-Gas zu entfernen, und EGR-Gas durch den EGR-Kanal 24 so strömt, dass der EGR-Kanal 24 verstopft wird. Darüber hinaus wird während der Zeitspanne von dem Zeitpunkt t0 bis zu dem Zeitpunkt t1 ein Verbrennungsmodus ausgeführt, bei dem die Temperatur des aus der Verbrennungskammer 5 abgegebenen Abgases relativ ansteigt. Daher kann eine Vorbereitung von einer Erhöhung der Temperatur des Rohrkatalysators 26a ausgeführt werden. Als ein Ergebnis strömt, wenn das EGR-Gas dazu gebracht wird, dass es durch den Rohrkatalysator 26a strömt, von dem Zeitpunkt t1 an), ein EGR-Gas mit hoher Temperatur durch den Rohrkatalysator 26a, so dass die Aufwärmrate des Rohrkatalysators 26a nach dem Zeitpunkt t1 zunimmt. Darüber hinaus wird während der Zeitspanne von dem Zeitpunkt t1 bis zu dem Zeitpunkt t2 der Temperatur des zu dem Rohrkatalysator 26a geliefertem EGR-Gases erhöht, wird die Menge an in dem EGR-Gas enthaltenem Kohlenwasserstoff erhöht und wird die Menge an EGR-Gas allmählich erhöht. Daher wird es möglich, die Zeitdauer zwischen dem Zeitpunkt, bei dem der Rohrkatalysator 26a dazu in der Lage wird, Kohlenwasserstoff aus dem EGR-Gas zu entfernen, und dem Zeitpunkt, bei dem das Aufwärmen des Rohrkatalysators 26a vollendet ist, verringert.
  • Das heißt es wird möglich, das Aufwärmen des Rohrkatalysators 26a schnell zu vollenden, während das Verstopfen des EGR-Kanals 24 verhindert wird und die Verbrennung von dem zweiten Verbrennungsmodus und dem ersten Verbrennungsmodus zu einem frühzeitigem Zeitpunkt zu schalten.
  • Darüber hinaus werden gemäß einem Ausführungsbeispiel während der Zeitspanne von dem Zeitpunkt t1 bis zu dem Zeitpunkt t2 die Haupteinspritzung in der Nähe des oberen Totpunktes der Kompression und eine zusätzliche Einspritzung (die VIGOM-Einspritzung oder die Nacheinspritzung) bei einer zeitlichen Abstimmung, die sich von der zeitlichen Abstimmung der Haupteinspritzung unterscheidet, ausgeführt, und die Menge an Einlassluft wird verringert. Da die VIGOM-Einspritzung oder die Nacheinspritzung zusätzlich zu der Haupteinspritzung in der Nähe des oberen Totpunktes bei Kompression ausgeführt wird, kann die Menge an unverbranntem Kohlenwasserstoff in dem Abgas erhöht werden. Darüber hinaus kann auf Grund der Nachverbrennung von nicht verbranntem Kohlenwasserstoff ein relativ hohe Temperatur des aus der Verbrennungskammer 5 abgegebenen Abgases erzielt werden. Darüber hinaus erhöht die Verringerung der Menge an Einlassluft außerdem die Temperatur des aus der Verbrennungskammer 5 abgegebenen Abgases auf eine relativ hohe Temperatur.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird die Menge an EGR-Gas von 0 allmählich erhöht, nach dem die Abgastemperatur eine hohe Temperatur erreicht hat, die ausreichend ist, um den Rohrkatalysator 26a zu erwärmen (siehe Zeitpunkt t1). Das heißt die Menge an EGR-Gas wird bei 0 gehalten, während (von dem Zeitpunkt t0 bis zu dem Zeitpunkt t1) die Temperatur des Abgases so niedrig ist, dass das Abgas nicht in ausreichender Weise des Rohrkatalysators 26a erhöhen kann, und daher ist der Rohrkatalysator 26a nicht dazu in der Lage, Kohlenwasserstoff aus dem EGR-Gas zu entfernen. Nach dem die Temperatur des Abgases so hoch geworden ist, dass das zu dem Rohrkatalysator 26a gelieferte Abgas die Temperatur des Rohrkatalysators 26a erhöht, wobei daher der Rohrkatalysator 26a dazu in der Lage wird, dass er Kohlenwasserstoff aus dem EGR-Gas entfernt (von dem Zeitpunkt t1 bis zu dem Zeitpunkt t2), wird die Menge an EGR-Gas allmählich von 0 aus erhöht. Daher vermeidet dieses Ausführungsbeispiel in zuverlässiger Weise solche Probleme, die dann auftreten, wenn der Rohrkatalysator 26a noch nicht dazu in der Lage ist, Kohlenwasserstoff aus dem EGR-Gas zu entfernen, und das EGR-Gas zu gebracht wird, dass durch den EGR-Kanal 24 strömt, womit sich ein Verstopfen des EGR-Kanals 24 ergibt.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird, nach dem das Aufwärmen des Rohrkatalysators 26a so vollendet ist, dass der Rohrkatalysator 26a dazu in der Lage ist, eine große Menge an Kohlenwasserstoff zu entfernen (siehe Zeitpunkt t2), die Verbrennung von dem zweiten Verbrennungsmodus in den ersten Verbrennungsmodus geschaltet, und die Menge an EGR-Gas wird in einer schrittartigen Weise erhöht. Daher vermeidet dieses Ausführungsbeispiel in zuverlässiger Weise solche Probleme, die dann auftreten, wenn das Aufwärmen des Rohrkatalysators 26a nicht vollendet ist, und der Rohrkatalysator 26a noch nicht dazu in der Lage ist, große Mengen an Kohlenwasserstoff zu entfernen, wobei bewirkt wird, dass eine große Menge an EGR-Gas durch den EGR-Kanal 24 strömt, womit sich ein Verstopfen des EGR-Kanals 24 ergibt.
  • Bei den dargestellten Ausführungsbeispielen sind die Steuervorrichtungen durch Allzweckprozessoren ausgeführt. Es ist für Fachleute offensichtlich, dass diese Steuereinrichtungen unter Verwendung einer einzelnen einem speziellen Zweck dienenden integrierten Schaltung (beispielsweise ASIC) ausgeführt werden können, der einen Hauptprozessorabschnitt oder Zentralprozessorabschnitt für eine gesamte Systemlevelsteuerung und separate Abschnitte hat, die dem Ausführen von verschiedenen unterschiedlichen spezifischen Berechnungen, Funktionen oder anderen Prozessen unter der Steuerung des Zentralprozessorabschnittes zugewiesen sind. Die Steuereinrichtungen können eine Vielzahl an separaten zugewiesenen oder programmierbaren integrierten oder anderweitigen elektronischen Schaltungen oder Vorrichtungen sein (beispielsweise Hardwire-Electronik oder logische Schaltungen wie beispielsweise Diskretelementschaltungen oder programmierbare Logikvorrichtungen wie beispielsweise PLSs, PLAs, PALs oder dergleichen). Die Steuereinrichtungen können in geeigneter Weise für eine Anwendung mit einem Allzweckcomputer, wie beispielsweise ein Mikroprozessor, einer Mikrosteuereinrichtung oder einer anderen Prozessorvorrichtung (CPU oder MPU) entweder allein oder in Verbindung mit einer oder mehreren peripheren (beispielsweise integrierter Schaltung) Daten- und Signalverarbeitungsvorrichtungen programmiert werden. Im Allgemeinen kann eine beliebige Vorrichtung oder Gruppe an Vorrichtungen als die Steuereinrichtungen verwendet werden, bei der ein Entgerät dazu in der Lage ist, die hierbei beschriebenen Prozeduren auszuführen. Eine verteilte Prozessarchitektur kann zum Zwecke des Maximierens der Datenverarbeitungsfähigkeit/Signalverarbeitungsfähigkeit und Geschwindigkeit verwendet werden.
  • Während die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf ihre bevorzugten Ausführungsbeispiele beschrieben ist, sollte verständlich sein, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die bevorzugten Ausführungsbeispiele oder Aufbauarten beschränkt ist.

Claims (6)

  1. Verbrennungsmotor mit einem Abgasrezirkulationskanal (24) für ein Rezirkulieren eines Abgases, das von einer Verbrennungskammer (5) abgegeben worden ist, in einen Motoreinlasskanal (11), wobei, wenn eine Menge eines rezirkulierenden Abgases (EGR), das in die Verbrennungskammer (5) geliefert wird, erhöht wird, eine Menge an erzeugtem Ruß allmählich zunimmt und einen Spitzenwert einnimmt, und, wenn die Menge des in die Verbrennungskammer (5) gelieferten EGR weiter zunimmt, eine Temperatur eines Kraftstoffes und eines umgebenden Gases bei Verbrennung in der Verbrennungskammer (5) niedriger als eine Temperatur wird, die ermöglicht, dass der Ruß erzeugt wird, so dass im Wesentlichen kein Ruß erzeugt wird, wobei der Verbrennungsmotor des Weiteren Folgendes aufweist: einen Abgassteuerkatalysator (26a), der das von der Verbrennungskammer (5) abgegebene Abgas reinigt, und eine Steuereinrichtung (30), die bei einem Motorstarten zunächst ein Ausführen einer zweiten Verbrennung bewirkt, bei der die Menge an in die Verbrennungskammer (5) geliefertem EGR geringer als die Menge an EGR ist, bei der die Menge an erzeugtem Ruß einen Spitzenwert einnimmt, und dann ein Ausführen einer ersten Verbrennung bewirkt, bei der die Menge an in die Verbrennungskammer (5) geliefertem EGR größer als die Menge an EGR ist, bei der die Menge an erzeugtem Ruß einen Spitzenwert einnimmt, und im Wesentlichen kein Ruß erzeugt wird, wobei, wenn die zweite Verbrennung beim Motorstarten ausgeführt wird, die Steuereinrichtung (30) zunächst eine Menge an einem zu dem Abgassteuerkatalysator (26a) gelieferten Kohlenwasserstoff drosselt, indem ein Ausführen einer Verbrennung bewirkt wird, bei der die Menge an Kohlenwasserstoff in dem Abgas nicht zunimmt, und eine Temperatur des aus der Verbrennungskammer abgegebenen Abgases zunimmt, und dann die Steuereinrichtung die Menge an Kohlenwasserstoff erhöht, die zu dem Abgassteuerkatalysator (26a) geliefert wird, indem ein Ausführen einer Verbrennung bewirkt wird, bei der die Menge an Kohlenwasserstoff in dem Abgas zunimmt und die Temperatur des von der Verbrennungskammer abgegebenen Abgases ansteigt, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgassteuerkatalysator ein Rezirkulationsabgassteuerkatalysator (26a) ist, der in dem Abgasrezirkulationskanal (24) angeordnet ist, und die Steuereinrichtung (30) dann, wenn die zweite Verbrennung bei dem Motorstarten ausgeführt wird, die Menge an EGR auf Null setzt, wenn das Ausführen der Verbrennung bewirkt wird, bei der die Menge an Kohlenwasserstoff in dem Abgas nicht zunimmt und die Temperatur des von der Verbrennungskammer (5) abgegebenen Abgases zunimmt, und die Steuereinrichtung (30) allmählich die Menge an EGR erhöht, wenn ein Ausführen der Verbrennung bewirkt wird, bei der die Menge an Kohlenwasserstoff in dem Abgas zunimmt und die Temperatur des aus der Verbrennungskammer (5) abgegebenen Abgases ansteigt.
  2. Verbrennungsmotor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (30) allmählich die Menge an EGR von Null erhöht, wenn die Temperatur des Abgases eine Temperatur erreicht hat, die ausreichend hoch ist, um den Rezirkulationsabgassteuerkatalysator (26a) aufzuwärmen, um dazu in der Lage zu sein, Kohlenwasserstoff aus dem Rezirkulationsabgas zu entfernen.
  3. Verbrennungsmotor gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge an EGR schrittweise erhöht wird.
  4. Verbrennungsmotor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenn der Rezirkulationsabgassteuerkatalysator (26a) aufgewärmt worden ist, die zweite Verbrennung zu der ersten Verbrennung geschaltet wird.
  5. Verbrennungsmotor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenn die zweite Verbrennung bei dem Motorstarten ausgeführt wird, die Steuereinrichtung (30) ein Ausführen einer Hauptkraftstoffeinspritzung in der Nähe des oberen Todpunktes bei Kompression und ein zusätzliches Kraftstoffeinspritzen bei einer Zeit, die sich von der Zeit der Hauptkraftstoffeinspritzung unterscheidet, ausführt, und die Menge an Einlassluft verringert, um die Verbrennung auszuführen, bei der die Menge an Kohlenwasserstoff in dem Abgas zunimmt und die Temperatur des aus der Verbrennungskammer abgegebenen Abgases erhöht wird.
  6. Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors, der einen Abgasrezirkulationskanal (24) verwendet, um ein von einer Verbrennungskammer (5) abgegebenes Abgas in einen Motoreinlasskanal (11) rezirkulieren zu lassen, wobei, wenn eine in die Verbrennungskammer (5) gelieferte Menge an rezirkulierendem Abgas (EGR) zunimmt, eine Menge an erzeugtem Ruß allmählich zunimmt und einen Spitzenwert einnimmt, und wenn die Menge an EGR, die in die Verbrennungskammer (5) geliefert wird, weiter zunimmt, eine Temperatur eines Kraftstoffes und eines umgebenden Gases bei Verbrennung in der Verbrennungskammer (5) niedriger als eine Temperatur wird, die ermöglicht, dass Ruß erzeugt wird, so dass im Wesentlichen kein Ruß erzeugt wird, wobei das Verfahren des Weiteren die folgenden Schritte aufweist: Reinigen des Abgases, das aus der Verbrennungskammer (5) abgegeben wird, und Ausführen beim Motorstarten zunächst einer zweiten Verbrennung, bei der die Menge an in die Verbrennungskammer (5) geliefertem EGR geringer als die Menge an EGR ist, bei der die Menge an erzeugtem Ruß einen Spitzenwert einnimmt, und dann einer zweiten Verbrennung, bei der die Menge an EGR, die in die Verbrennungskammer (5) geliefert wird, größer als die Menge an EGR ist, bei der die Menge an erzeugtem Ruß einen Spitzenwert einnimmt, und im Wesentlichen kein Ruß erzeugt wird, wobei, wenn die zweite Verbrennung bei dem Motorstarten ausgeführt wird, eine Menge an zu einem Abgassteuerkatalysator (26a) gelieferten Kohlenwasserstoff gedrosselt wird, indem eine Verbrennung ausgeführt wird, bei der die Menge des Kohlenwasserstoffs in dem Abgas nicht zunimmt und eine Temperatur des aus der Verbrennungskammer (5) abgegebenen Abgases ansteigt, und dann die Menge des zu dem Abgassteuerkatalysators (26a) gelieferten Kohlenwasserstoffs ansteigt, indem eine Verbrennung ausgeführt wird, bei der die Menge des Kohlenwasserstoffs in dem Abgas zunimmt und die Temperatur des aus der Verbrennungskammer (5) abgegebenen Abgases ansteigt, wobei der Abgassteuerkatalysator ein Rezirkulationsabgassteuerkatalysator (26a) ist, der in dem Abgasrezirkulationskanal angeordnet ist; und wobei, wenn die zweite Verbrennung bei dem Motorstarten ausgeführt wird, die Menge an EGR auf Null gesetzt wird, wenn ein Ausführen der Verbrennung bewirkt wird, bei der die Menge des Kohlenwasserstoffs in dem Abgas nicht ansteigt und die Temperatur des aus der Verbrennungskammer (5) abgegebenen Abgases zunimmt, und die Menge an EGR allmählich zunimmt, wenn ein Ausführen der Verbrennung bewirkt wird, bei der die Menge des Kohlenwasserstoffs in dem Abgas zunimmt und die Temperatur des aus der Verbrennungskammer (5) abgegebenem Abgases ansteigt.
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