DE602004010991T2 - Einrichtung und Verfahren zur Steuerung der Kraftstoffeinspritzung für eine Brennkraftmaschine - Google Patents

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Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Steuern einer Kraftstoffeinspritzung in einen Verbrennungsmotor, der ein Einspritzventil zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Zylinder und ein Einspritzventil zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Ansaugkanal aufweist. Genauer betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren, das verhindern soll, dass eine Komponente bzw. ein Bauteil, die bzw. das im Abgaskanal vorgesehen ist, wie ein Katalysator für die Reinigung von Abgas, überhitzt wird.
  • Die japanischen Patent-Offenlegungsschriften Nr. 5-231221 , Nr. 7-103050 und Nr. 2001-20837 offenbaren jeweils einen Verbrennungsmotor mit einem Einspritzventil für die Direkteinspritzung von Kraftstoff in einen Zylinder (Direkt-Zylindereinspritzventil) und einem Einspritzventil für die Einspritzung von Kraftstoff in einen Ansaugkanal (Ansaugungs-Zylindereinspritzventil). Bei einem solchen Verbrennungsmotor können verschiedene Kraftstoff-Einspritzungsmoden unter Verwendung der beiden Arten von Einspritzventilen durchgeführt werden, wodurch der Verbrennungsmotor gemäß dem Motorbetriebszustand fein gesteuert werden kann. Wenn beispielsweise das Ansaugkanal-Einspritzventil verwendet wird, um Kraftstoff einzuspritzen, wird eine homogene Luft/Kraftstoff-Mischung im Zylinder gebildet und diese Mischung wird verbrannt (homogene Verbrennung).
  • Wenn dagegen das Direkt-Zylindereinspritzventil für die Einspritzung von Kraftstoff verwendet wird, wird der Verbrennungsmotor in einem Verbrennungsmodus betrieben, der aus einem Schichtverbrennungsmodus und einem homogenen Verbrennungsmodus ausgewählt ist. Im Schichtverbrennungsmodus wird Kraftstoff während des Kompressionshubs des Verbrennungsmotors vom Direkt-Zylindereinspritzventil eingespritzt, so dass eine relativ fette Luft/Kraftstoff-Mischung in der Nähe der Zündkerze gebildet wird. In diesem Zustand wird die Mischung entzündet, um eine Verbrennung durchzuführen. Der Schichtverbrennungsmodus erlaubt den Betrieb des Verbrennungsmotors durch die Verbrennung einer relativ mageren Luft/Kraftstoff-Mischung. Somit wird die Kraftstoffausnutzung verbessert und die CO2-Emission wird verringert.
  • Im homogenen Verbrennungsmodus wird Kraftstoff während des Ansaughubs vom Direkt-Zylindereinspritzventil eingespritzt, so dass eine homogene Luft/Kraftstoff-Mischung im Zylinder gebildet wird. In diesem Zustand wird die Mischung entzündet, um eine Verbrennung durchzuführen. Luft, die in den Zylinder gesaugt wird, wird durch die Wirkung der Verdunstungswärme des eingespritzten Kraftstoffs abgekühlt. Somit wird die Befüllung des Zylinders mit Luft effizienter. Wenn der Verbrennungsmotor im homogenen Verbrennungsmodus betrieben wird, erzeugt der Verbrennungsmotor daher mehr Leistung.
  • Außerdem kann ein Kraftstoff-Einspritzmodus durchgeführt werden, in dem Kraftstoff sowohl vom Direkt-Zylindereinspritzventil als auch vom Ansaugkanal-Einspritzventil eingespritzt wird.
  • Ein Katalysator für die Reinigung von Abgas ist im Abgassystem des Verbrennungsmotors vorgesehen. Wenn der Katalysator aufgrund eines Temperaturanstiegs des Abgases überhitzt wird, kann die Reinigungsleistung des Katalysators herabgesetzt werden und die Lebensdauer des Katalysators kann verkürzt werden. Die japanische Patent-Offenlegungsschrift Nr. 2002-130011 offenbart ein Verfahren, in dem die Kraftstoffmenge, die einem Zylinder zugeführt wird, erhöht wird, um zu verhindern, dass ein Katalysator überhitzt wird. Jedoch eignet sich das in dieser Veröffentlichung offenbarte Verfahren nur für Verbrennungsmotoren mit einem Zylinder-Einspritzventil, aber nicht besonders gut für Verbrennungsmotoren, die ein Zylinder-Einspritzventil und ein Ansaugkanal-Einspritzventil aufweisen.
  • Die japanische Patent-Offenlegungsschrift Nr. 7-103050 offenbart ein Verfahren für die Schaltung von Einspritzventilen. Genauer wird, wenn eine Normabweichung bei der Kraftstoffeinspritzung von einem Direkt-Zylindereinspritzventil erfasst wird, die Kraftstoffeinspritzung vom Direkt-Zylindereinspritzventil unterbrochen und die Kraftstoffeinspritzung von einem Ansaugkanal-Einspritzventil wird gestartet. Eine Normabweichung der Kraftstoffeinspritzung verschlechtert den Verbrennungszustand und beeinflusst die Temperatur des Abgases, anders ausgedrückt, sie beeinflusst die Temperatur des Katalysators. Jedoch offenbart die japanische Patent-Offenlegungsschrift Nr. 7-103050 nur, dass das Einspritzventil, mit dem Kraftstoff eingespritzt wird, auf das Ansaugkanal-Einspritzventil umgeschaltet wird, wenn eine Normabweichung bei der Kraftstoffeinspritzung vom Direkt-Zylindereinspritzventil erfasst wird. In dieser Schrift wird eine Überhitzung des Katalysators überhaupt nicht in Betracht gezogen.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Somit ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kraftstoffeinspritzungs-Steuervorrichtung und ein Kraftstoffeinspritzungs-Steuerverfahren zu schaffen, die verhindern, dass ein Bauteil, das in einem Abgaskanal vorgesehen ist, in einem Verbrennungsmotor, der ein Einspritzventil zum Einspritzen von Kraftstoff in den Zylinder und ein Einspritzventil zum Einspritzen von Kraftstoff in den Ansaugkanal aufweist, überhitzt wird.
  • Um die genannten und weitere Ziele zu erreichen, und gemäß dem Zweck der vorliegenden Erfindung wird eine Kraftstoffeinspritzungs-Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor geschaffen. Der Verbrennungsmotor weist ein Direkt-Zylinder- bzw. Zylinder-Einspritzventil auf zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Zylinder eines Verbrennungsmotors, ein Ansaugkanal-Einspritzventil zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Ansaugkanal, der mit dem Zylinder verbunden ist, und einen Abgaskanal, der mit dem Zylinder verbunden ist. Die Vorrichtung weist einen Temperaturbestimmungsabschnitt und einen Einspritzungssteuerabschnitt auf. Der Temperaturbestimmungs abschnitt bestimmt, ob die Temperatur einer Komponente bzw. eines Bauteils, die bzw. das sich im Abgaskanal befindet, bei oder über einer vorgegebenen Temperatur liegt. Der Einspritzungssteuerabschnitt steuert das Zylinder-Einspritzventil und das Ansaugkanal-Einspritzventil. Wenn die Temperatur des Bauteils bei oder über der vorgegebenen Temperatur liegt, erhöht der Einspritzungssteuerabschnitt, ohne die Gesamtmenge des Kraftstoffs, der dem Zylinder zugeführt wird, zu erhöhen, das Verhältnis von Kraftstoff-Einspritzmenge des Ansaugkanal-Einspritzventils zu Kraftstoff-Einspritzmenge des Zylinder-Einspritzventils im Vergleich zu dem Fall, wo die Temperatur des Bauteils nicht bei oder über der vorgegebenen Temperatur liegt.
  • Die vorliegende Erfindung schafft auch ein Kraftstoffeinspritzungs-Steuerverfahren für einen Verbrennungsmotor. Der Verbrennungsmotor weist ein Zylinder-Einspritzventil auf zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Zylinder des Verbrennungsmotors, ein Ansaugkanal-Einspritzventil zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Ansaugkanal, der mit dem Zylinder verbunden ist, und einen Abgaskanal, der mit dem Zylinder verbunden ist. Das Verfahren beinhaltet: Bestimmen, ob die Temperatur eines Bauteils, das sich im Abgaskanal befindet, bei oder über einer vorgegebenen Temperatur liegt, und, wenn die Temperatur des Bauteils bei oder über der vorgegebenen Temperatur liegt, Erhöhen des Verhältnisses von Kraftstoff-Einspritzmenge des Ansaugkanal-Einspritzventils zu Kraftstoff-Einspritzmenge des Zylinder-Einspritzventils im Vergleich zu dem Fall, wo die Temperatur des Bauteils nicht bei oder über der vorgegebenen Temperatur liegt, ohne die Gesamtmenge des Kraftstoffs, der in den Zylinder eingespritzt wird, zu erhöhen.
  • Andere Aspekte und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung, die in Zusammenschau mit der begleitenden Zeichnung zu sehen ist, deutlich, die anhand von Beispielen die Grundlagen der Erfindung erläutert.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
  • Die Erfindung wird zusammen mit ihren Zielen und Vorteilen am besten unter Bezugnahme auf die folgende Beschreibung der derzeit bevorzugten Ausführungsformen zusammen mit der begleitenden Zeichnung verstanden, wobei:
  • 1 ein Schema ist, das einen Verbrennungsmotor und dessen Steuervorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
  • 2 ein Blockschema der in 1 dargestellten Steuervorrichtung ist;
  • 3 ein Ablaufschema ist, das ein Verfahren zur Steuerung der Kraftstoffeinspritzung gemäß der ersten Ausführungsform zeigt;
  • 4 ein Graph ist, der Änderungen der Katalysatortemperatur im Lauf der Zeit zeigt;
  • 5 ein Graph ist, der die Beziehung der Katalysatortemperatur zur Kraftstoffmenge, die vom Zylinder-Einspritzventil eingespritzt wird, und zur Kraftstoffmenge, die vom Mündungs-Einspritzventil eingespritzt wird, zeigt;
  • 6 ein Ablaufschema ist, das ein Verfahren zur Einstellung eines Einspritzungsmengenverhältnisses zeigt;
  • 7 ein Graph ist, der ein Beispiel für ein Kraftstoff-Einspritzungsverhältnis-Kennfeld ist, welches das Einspritzungsmengenverhältnis des Kanalmündungs-Einspritzventils in Bezug auf die Motorlast darstellt;
  • 8 ein Blocksteuerschema ist, das eine Steuervorrichtung eines Verbrennungsmotors gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
  • 9 ein Ablaufschema ist, das ein Verfahren zur Steuerung der Kraftstoffeinspritzung gemäß der zweiten Ausführungsform ist;
  • 10 ein Ablaufschema ist, das ein Verfahren zur Einstellung einer Kraftstoff-Einspritzmenge zeigt;
  • 11 ein Schema ist, das einen Verbrennungsmotor und dessen Steuervorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
  • 12 ein Ablaufschema ist, das ein Verfahren zum Steuern der Kraftstoffeinspritzung gemäß der dritten Ausführungsform darstellt;
  • 13 ein Schema ist, das einen Verbrennungsmotor und dessen Steuervorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
  • 14 ein Ablaufschema ist, das ein Verfahren zum Steuern der Kraftstoffeinspritzung gemäß der vierten Ausführungsform darstellt;
  • 15(a) und 15(b) Beispiele für Kennfelder sind, auf die zurückgegriffen wird, um eine konstante Temperatur zu ermitteln;
  • 16 ein Ablaufschema ist, das ein Verfahren zum Steuern einer Kraftstoffeinspritzung gemäß einer fünften Ausführungsform zeigt;
  • 17 ein Ablaufschema ist, das ein Verfahren zeigt, das sich an das in 16 dargestellte Verfahren anschließt.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun mit Bezug auf die Zeichnung beschrieben.
  • Wie in 1 dargestellt, handelt es sich bei einem Verbrennungsmotor 1 der vorliegenden Ausführungsform um einen Hubkolben-Verbrennungsmotor, der Benzin als Kraftstoff nutzt. Der Verbrennungsmotor 1 eignet sich besonders für Fahrzeuge wie Personenbeförderungs-Fahrzeuge, Busse und Lastwägen. Der Verbrennungsmotor 1 wird von einer Steuervorrichtung 10 und einer elektronischen Steuereinrichtung (ECU) 30, die getrennt von der Steuervorrichtung 10 vorliegt, gesteuert. Die Steuervorrichtung 10 und die ECU 30 wirken zusammen, um den Verbrennungsmotor 1 zu steuern. Der Verbrennungsmotor 1 weist einen Zylinder 1S auf, in dem eine Brennkammer 11 definiert ist, einen Ansaugkanal 4, der mit der Brennkammer 11 verbunden ist, und einen Abgaskanal 7, der mit der Brennkammer 11 verbunden ist. Ein Teil des Abgaskanals 7 besteht aus einem Abgassammler 8. Ein Dreiwegekatalysator 9 befindet sich im Abgassammler 8. Ein Kolben 5, der im Zylinder 1S vorgesehen ist, ist über einen Pleuel 13 mit einer Kurbelwelle 12 verbunden, bei der es sich um die Abtriebswelle des Verbrennungsmotors 1 handelt. Der Pleuel 13 wandelt die Hubbewegung des Kolbens 5 in eine Drehung der Kurbelwelle 12 um.
  • Der Verbrennungsmotor 1 weist auch ein ersten Einspritzventil und ein zweites Einspritzventil auf. In dieser Ausführungsform ist das erste Einspritzventil ein Zylinder-Einspritzventil 3, das Kraftstoff F in den Zylinder 15 oder in die Brennkammer einspritzt, und das zweite Einspritzventil ist ein Ansaugkanal-Einspritzventil 2, das Kraftstoff F in den Ansaugkanal 4 einspritzt. Die Verbindung zwischen der Brennkammer 11 und dem Ansaugkanal 4 bildet eine Ansaugmündung 4a. Das Ansaugkanal-Einspritzventil 2 spritzt Kraftstoff F zur Ansaugmündung 4a. Somit wird das Ansaugkanal-Einspritzventil 2 im Folgenden als Mündungs-Einspritzventil bezeichnet. Das Mündungs-Einspritzventil 2 und das Zylinder-Einspritzventil 3 erhalten Kraftstoff mit einem vorgegebenen Druck durch einen (nicht dargestellten) Kraftstoffzufuhrmechanismus. Der Druck des Kraftstoffs, der dem Zylinder-Einspritzventil 3 zugeführt wird, ist höher als der Druck des Kraftstoffs, der dem Mündungs-Einspritzventil 2 zugeführt wird. Kraftstoff F wird dem Zylinder 1S durch das Mündungs-Einspritzventil 2 und/oder das Zylinder-Einspritzventil 3 zugeführt.
  • Luft, die durch den Ansaugkanal 4 in den Zylinder 1S geleitet wird, bildet mit dem Kraftstoff, der vom Mündungs-Einspritzventil 2 oder vom Zylinder-Einspritzventil 3 eingespritzt wird, eine Luft/Kraftstoff-Mischung. Die Luft/Kraftstoff-Mischung wird von einem Zündkolben 6 im Zylinder 1S entzündet, so dass sie verbrannt wird, und wird dann zu Brenngas. Der Zeitpunkt der Entzündung der Luft/Kraftstoff-Mischung durch die Zündkerze 6 wird von einem Zünder 6a, der in einem oberen Abschnitt der Zündkerze 6 vorgesehen ist, eingestellt. Der Verbrennungsdruck des Brenngases wird auf den Kolben 5 übertragen, wodurch der Kolben 5 in Hubbewegungen versetzt wird. Nach dem Antreiben des Kolbens 5 wird das Brenngas durch die Abgasleitung 7 zum Dreiwegekatalysator 9 geleitet. Der Dreiwegekatalysator 9 reduziert CO-, HC- und NOx-Komponenten im Brenngas, um das Brenngas zu reinigen.
  • In der vorliegenden Ausführungsform können verschiedene Kraftstoffeinspritzmoden anhand von zwei Arten von Einspritzventilen durchgeführt werden, nämlich dem Mündungs-Einspritzventil 2 und dem Zylinder-Einspritzventil 3. Wenn beispielsweise nur das Mündungs-Einspritzventil 2 zum Einspritzen von Kraftstoff verwendet wird, wird eine homogene Luft/Kraftstoff-Mischung im Zylinder 1S gebildet, und diese Mischung wird verbrannt (homogene Verbrennung). Der Kraftstoffeinspritzmodus anhand des Mündungs-Einspritzventils 2 wird beispielsweise durchgeführt, wenn der Verbrennungsmotor 1 unter relativ geringer Last betrieben wird. Wenn dagegen nur das Zylinder-Einspritzventil 3 für die Kraftstoffeinspritzung verwendet wird, wird der Verbrennungsmotor 1 in einem Verbrennungsmodus betrieben, der ausgewählt ist aus einem geschichteten Verbrennungsmodus und einem homogenen Verbrennungsmodus. Im geschichteten Verbrennungsmodus wird Kraftstoff während des Kompressionshubs des Verbrennungsmotors vom Zylinder-Einspritzventil 3 eingespritzt, so dass eine relativ fette Luft/Kraftstoff-Mischung in der Nähe der Zündkerze 6 gebildet wird. In diesem Zustand wird die Mischung entzündet, um eine Verbrennung durchzuführen. Der geschichtete Verbrennungsmodus wird beispielsweise durchgeführt, wenn der Verbrennungsmotor 1 unter einer relativ niedrigen Last betrieben wird. Im homogenen Verbrennungsmodus wird Kraftstoff während des Ansaughubs des Verbrennungsmotors 1 vom Zylinder-Einspritzventil 3 eingespritzt, so dass eine homogene Luft/Kraftstoff-Mischung im Zylinder 1S gebildet wird. In diesem Zustand wird die Mischung entzündet, um eine Verbrennung durchzuführen. Der homogene Verbrennungsmodus wird beispielsweise durchgeführt, wenn der Verbrennungsmotor 1 unter relativ hoher Last betrieben wird. Außerdem kann ein Kraftstoffeinspritzmodus durchgeführt werden, in dem Kraftstoff von sowohl dem Zylinder-Einspritzventil 3 als auch dem Mündungs-Einspritzventil 2 eingespritzt wird. Welcher Kraftstoffeinspritzmodus durchgeführt wird, kann nach Bedarf gemäß dem Betriebszustand des Verbrennungsmotors 1, wie der Verbrennungsmotorlast KL und der Verbrennungsmotordrehzahl NE, gewählt werden.
  • Ein Mittel zur Erfassung eines Parameters mit Bezug auf die Katalysatortemperatur (die Katalysatorbetttemperatur) ist am Dreiwegekatalysator 9 angebracht. In dieser Ausführungsform ist ein Temperatursensor 40, der die Temperatur Tc des Katalysatorbetts (nachstehend als Katalysatortemperatur Tc bezeichnet) erfasst, am Dreiwegekatalysator 9 angebracht. Die erfasste Katalysatortemperatur Tc wird verwendet, um eine Überhitzung (OT) des Dreiwegekatalysators zu bestimmen und um eine Steuerung zur Verhinderung der OT des Dreiwegekatalysators 9 auszuführen. Ein Luft/Kraftstoff-Verhältnissensor 41 (im Folgenden als A/F-Sensor 41 bezeichnet), ist im Abgassammler 8 vorgesehen, um das Luft/Kraftstoff-Verhältnis A/F der Luft/Kraftstoff-Mischung, die im Zylinder 1S gebildet wird, zu erfassen. Das erfasste Luft/Kraftstoff-Verhältnis A/F wird beispielsweise zur Erfassung einer Normabweichung der Verbrennung im Verbrennungsmotor 1 verwendet. Beispielsweise wird das Ausgangssignal des A/F-Sensors 41 mit einem Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis verglichen, das gemäß dem Betriebszustand des Verbrennungsmotors 1 bestimmt wird, um zu bestimmen, ob eine von der Norm abweichende Verbrennung im Verbrennungsmotor 1 stattfindet. In dieser Ausführungsform werden das Ausgangssignal vom Temperatursensor 40 und das Ausgangssignal vom A/F-Sensor 41 über die ECU 30 zur Steuervorrichtung 10 geschickt. Jedoch kann das Ausgangssignal auch direkt zur Steuervorrichtung 10 geschickt werden.
  • Zusätzlich zur Katalysatorbetttemperatur schließen Parameter, die auf die Katalysatortemperatur bezogen sind, beispielsweise die Temperatur des Abgases ein. Die Abgastemperatur kann direkt von einem Sensor erfasst werden oder kann anhand eines Parameters, bei dem es sich nicht um die Abgastemperatur handelt, geschätzt werden. Alternativ dazu kann ein Kennfeld, das die Beziehung der Katalysatortemperatur Tc zum Verbrennungsmotorbetriebszustand, wie einer Motorlast KL, einer Motordrehzahl NE, einem Luft/Kraftstoff-Verhältnis A/F und einer Ansaugluft-Strömungsrate GA, definiert, erstellt werden, und die Katalysatortemperatur Tc, die dem aktuellen Motorbetriebszustand entspricht, kann unter Bezugnahme auf das Kennfeld ermitteln werden. Alternativ dazu kann ein Kennfeld erstellt werden, das die Beziehung zwischen der Ansaugluft-Strömungsrate GA und dem Umfang der Änderung der Abgastemperatur pro Zeiteinheit definiert, und unter Bezugnahme auf das Kennfeld kann die Abgastemperatur, die dem aktuellen Motorbetriebszustand entspricht, geschätzt werden. In diesem Fall wird die Katalysatortemperatur Tc auf der Basis der geschätzten Abgastemperatur geschätzt. Das heißt, auch wenn die Katalysatortemperatur Tc nicht direkt erfasst wird, kann jeder Parameter, der eine Schätzung der Katalysatortemperatur Tc ermöglicht, als Parameter verwendet werden, der einen Bezug auf die Katalysatortemperatur Tc hat.
  • Wie in 2 dargestellt, weist die Steuervorrichtung 10 einen Verarbeitungsabschnitt 10p und einen Speicherabschnitt 10m auf. Der Verarbeitungsabschnitt 10p weist einen Verbrennungs-Bestimmungsabschnitt 21, einen Katalystortemperatur-Bestimmungsabschnitt 22 und einen Einspritzsteuerungsabschnitt 23 auf. Der Speicherabschnitt 10m, der Verbrennungs-Bestimmungsabschnitt 21, der Katalysatortemperatur-Bestimmungsabschnitt 22 und der Einspritzsteuerungsabschnitt 23 sind über eine Ein gangs-/Ausgangsschnittstelle (I/O) 29 miteinander verbunden und führen eine Zweiwege-Datenübertragung durch. Nach Bedarf kann eine Einweg-Datenübertragung durchgeführt werden.
  • Die Steuervorrichtung 10 und die ECU sind über die Eingangs-/Ausgangsschnittstelle 29 miteinander verbunden und führen eine Zweiwege-Datenübertragung durch. Die Steuervorrichtung 10 erhält über die ECU 30 verschiedene Informationen, die zum Steuern des Verbrennungsmotors 1 notwendig sind, beispielsweise Informationen, die den Motorbetriebszustand darstellen, wie die Last KL des Verbrennungsmotors 1 und die Drehzahl NE des Verbrennungsmotors 1, und Informationen, die mit verschiedenen Sensoren ermitteln werden. Die Steuervorrichtung 10 ist auch in der Lage, die Motorsteuerung, die sich selbst ausführt, zu veranlassen, eine von der ECU 30 durchgeführte Motorsteuerungsroutine zu unterbrechen. Die Steuervorrichtung 10 kann durch manche Funktionen der ECU 30 konfiguriert sein, wenn sie den Verbrennungsmotor 1 steuert oder kann in die ECU 30 eingeschlossen sein.
  • Der Speicherabschnitt 10m speichert verschiedene Programme und verschiedene Daten, die nötig sind, um den Verbrennungsmotor 1 zu steuern. Der Speicherabschnitt 10m kann ein flüchtiger Speicher sein, wie ein Speicher mit wahlfreiem Zugriff (RAM), ein nicht-flüchtiger Speicher, wie ein Flash-Speicher, oder eine Kombination davon. Der Verarbeitungsabschnitt 10p kann aus einem Computer bestehen, der einen Speicher und eine CPU aufweist. In diesem Fall entsprechen der Verbrennungs-Bestimmungsabschnitt 21, der Katalysatortemperatur-Bestimmungsabschnitt 22 und der Einspritzungssteuerabschnitt 23 des Verarbeitungsabschnitts 10p Funktionen, die vom Computer gemäß Steuerprogrammen, die im Speicherabschnitt 10m hinterlegt sind, ausgeführt werden.
  • Alternativ dazu kann der Steuerabschnitt 10p statt Programme auszuführen eine spezielle Hardware verwenden, um die Funktionen des Verbrennungs-Bestimmungsabschnitts 21, des Katalysatortemperatur-Bestimmungsabschnitts 22 und des Einspritzungssteuerabschnitts 23 auszuführen.
  • Ein Drosselsensor 42 erfasst den Öffnungsgrad einer Drosselklappe, die sich im Ansaugkanal 4 befindet. Ein Luftströmungsmesser 43 erfasst eine Ansaugluft-Strömungsrate GA im Ansaugkanal 4. Ein Kurbelsensor 44 erfasst die Drehphase (den Drehwinkel) der Kurbelwelle 12 und die Motordrehzahl NE. Ein Pedalverstellwegsensor 45 erfasst den Umfang, in dem ein Gaspedal niedergetreten wird. Die ECU 30 erhält die Ausgangssignale verschiedener Sensoren einschließlich dieser Sensoren 42, 43, 44, 45, und steuert dadurch den Betrieb des Verbrennungsmotors.
  • 3 ist ein Ablaufschema, das ein Verfahren zum Steuern der Kraftstoffeinspritzung zeigt, die von der Steuervorrichtung 10 und der ECU 30 ausgeführt wird. Wenn das Verfahren durchgeführt wird, wird angenommen, dass der Verbrennungsmotor 1 unter Verwendung mindestens des Zylinder-Einspritzventils 3 betrieben wird.
  • In Schritt S101 erhält die ECU 30 Informationen wie die Motordrehzahl NE und die Ansaugluft-Strömungsrate GA, wodurch sie die Motorlast KL und andere Werte berechnet. Auf der Basis der Motorlast KL, der Motordrehzahl NE und anderer Werte berechnet die ECU 30 oder der Einspritzungssteuerabschnitt 23 eine Gesamt-Kraftstoff-Einspritzmenge TAU, bei der es sich um die Gesamtmenge an Kraftstoff handelt, die zum Zylinder 1S geliefert wird.
  • Dann vergleicht in Schritt S102 der Katalysatortemperatur-Bestimmungsabschnitt 22 die Katalysatortemperatur Tc mit einem vorgegebenen Bezugswert und bestimmt, ob die Katalysatortemperatur Tc bei oder über der Bezugstemperatur liegt. Der Bezugswert wird verwendet, um zu bestimmen, ob der Dreiwegekatalysator 9 sich in einem Überhitzungszustand oder in einem Fast-Überhitzungszustand befindet, und kann eine Temperaturobergrenze T1 des Dreiwegekatalysators sein oder einer Temperaturobergrenze T1c (T1c = T1 – δT) entsprechen, bei dem es sich um einen Wert handelt, der durch Subtrahieren einer Temperatursicherheitsspanne δT von der Temperaturobergrenze T1 ermitteln wird. In dieser Ausführungsform wird die korrigierte Temperaturobergrenze T1c als Bezugswert verwendet.
  • Statt die Katalysatortemperatur Tc mit einem Bezugswert zu vergleichen, kann die Zeit tn, die vergehen muss, damit die Katalysatortemperatur Tc den Bezugswert überschreitet, auch auf der Basis der Zunahmerate der Katalysatortemperatur Tc geschätzt werden, und die Zeit tn kann mit einer vorgegebenen Bezugszeit verglichen werden. 4 ist ein Graph, der Änderungen der Katalysatortemperatur Tc im Lauf der Zeit zeigt. Beispielsweise kann der Katalysatortemperatur-Bestimmungsabschnitt 22 eine Zunahmerate ΔTc/Δt der Katalysatortemperatur Tc berechnen und auf der Basis der aktuellen Katalysatortemperatur Tc und der Zunahmerate ΔTc/Δt eine Zeit tn schätzen, die vergehen muss, bis die aktuelle Katalysatortemperatur Tc einen vorgegebenen Bezugswert (in diesem Fall die Temperaturobergrenze T1) überschreitet. Wenn der Katalysatortemperatur-Bestimmungsabschnitt 22 bestimmt, dass die geschätzte Zeit tn bei oder unter einer vorgegebenen Zeit liegt, geht das Verfahren zu Schritt S103 weiter.
  • Wenn die Katalysatortemperatur Tc unter der korrigierten Temperaturobergrenze T1c liegt, wird in Schritt S102 bestimmt, dass die Katalysatortemperatur Tc normal ist und dass kein von der Norm abweichender Temperaturanstieg im Dreiwegekatalysator 9 vorliegt. Somit wird in Schritt S108 eine normale Kraftstoffeinspritzung durchgeführt. Das heißt, Kraftstoff wird eingespritzt, ohne die Gesamt-Kraftstoff-Einspritzmenge TAU zu ändern und ohne das Verhältnis zwischen der Kraftstoff-Einspritzmenge vom Mündungs-Einspritzventil 2 und der Kraftstoff-Einspritzmenge vom Zylinder-Einspritzventil 3 zu ändern.
  • Wenn dagegen die Katalysatortemperatur Tc in Schritt S102 bei oder über der korrigierten Temperaturobergrenze T1c liegt, wird bestimmt, dass die Katalysatortemperatur Tc die Temperaturobergrenze T1 des Dreiwegekatalysators 9 praktisch erreicht hat. Einer der Gründe für die Zunahme der Katalysatortemperatur Tc ist ein Hochlastbetrieb des Verbrennungsmotors 1 über eine längere Zeit. Eine Fehlfunktion des Zylinder-Einspritzventils 3 kann eine schlechte Bildung von Kraftstoff-Sprühnebel bewirken. Dies beeinflusst wiederum das Luft/Kraftstoff-Verhältnis A/F oder bildet eine magere Luft/-Kraftstoff-Mischung. In einem solchen Fall wird die Katalysatortemperatur Tc wahr scheinlich steigen. Wenn der Verbrennungsmotor 1 weiter arbeitet, während die Katalysatortemperatur Tc bei oder über der korrigierten Temperaturobergrenze T1c liegt, kann ein Überhitzungszustand des Dreiwegekatalysators 9 die Abgasreinigungsleistung oder die Haltbarkeit des Dreiwegekatalysators 9 verschlechtern.
  • Wenn das Ergebnis in Schritt S102 positiv ist, führt der Einspritzungssteuerabschnitt 23 eine Steuerung zur Senkung der Katalysatortemperatur Tc durch. Genauer erhöht der Einspritzungssteuerabschnitt 23 in Schritt S103 den Anteil der Kraftstoff-Einspritzmenge vom Mündungs-Einspritzventil 2, ohne die Gesamt-Kraftstoff-Einspritzmenge TAU zu ändern, bei der es sich um die Gesamtmenge an Kraftstoff handelt, der dem Zylinder 1S zugeführt werden soll, wodurch der Anteil der Kraftstoff-Einspritzmenge vom Zylinder-Einspritzventil 3 sinkt. Das Verhältnis zwischen den Kraftstoff-Einspritzmengen der Einspritzventile 2, 3 wird gemäß dem Verfahren des in 6 dargestellten Ablaufschemas, das nachstehend erörtert wird, bestimmt. In Schritt S104 werden das Mündungs-Einspritzventil 2 und das Zylinder-Einspritzventil 3 so gesteuert, dass Kraftstoff mit dem bestimmten Einspritzungsmengenverhältnis eingespritzt wird.
  • In Schritt S105 bestimmt der Katalysatortemperatur-Bestimmungsabschnitt 22, ob die Katalysatortemperatur Tc bei oder über der korrigierten Temperaturobergrenze T1c liegt. Wenn die Katalysatortemperatur Tc unter die korrigierte Temperaturobergrenze T1c fällt, geht das Verfahren zur Schritt S108 weiter, wo die normale Einspritzung durchgeführt wird.
  • 5 ist ein Graph, der die Beziehung der Katalysatortemperatur Tc zum Kraftstoff-Einspritzungsmengenverhältnis zwischen dem Zylinder-Einspritzventil 3 und dem Mündungs-Einspritzventil 2 zeigt. Wie in 5 dargestellt, wird die Katalysatortemperatur Tc umso niedriger, je größer der Kraftstoff-Einspritzungsmengenanteil des Mündungs-Einspritzventils 2 wird. Das heißt, die Mündungs-Einspritzung fördert die Vermischung von Kraftstoff mit Luft stärker als die Zylinder-Einspritzung und fördert so die Verdampfung des Kraftstoffs. Da die Kraftstoffverdampfung gefördert wird, wird die Menge an HC und CO im Abgas verringert. Dies unterdrückt die Entstehung von Wärme aufgrund der Reaktion des Katalysators 9 zu HC und CO. Als Folge davon sinkt die Katalysatortemperatur. Solange die Gesamt-Kraftstoff-Einspritzmenge TAU konstant bleibt, wird daher die Katalysatortemperatur Tc durch Erhöhen des Kraftstoff-Einspritzungsmengenanteils des Mündungs-Einspritzventils 2, wodurch der Kraftstoff-Einspritzungsmengenanteil des Zylinder-Einspritzventils 3 gesenkt wird, wirksam gesenkt. Da die Katalysatortemperatur Tc gesenkt wird, ohne die Gesamt-Kraftstoff-Einspritzmenge TAU zu erhöhen, wird außerdem die Kraftstoffausnutzung nicht verschlechtert.
  • Wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis A/F aufgrund einer unzureichenden Bildung von Kraftstoff-Sprühnebel vom Zylinder-Einspritzventil 3 zunimmt und die Katalysatortemperatur Tc steigt, wird dementsprechend der Kraftstoff-Einspritzungsmengenanteil des Mündungs-Einspritzventils 2 erhöht, so dass die Katalysatortemperatur wirksam gesenkt wird. Da bewirkt wird, dass das erhöhte Luft/Kraftstoff-Verhältnis A/F sich dem Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis annähert, indem man den Kraftstoff-Einspritzungsmengenanteil des Mündungs-Einspritzventils 2 erhöht, wird verhindert, dass die HC- und CO-Konzentration im Abgas steigt.
  • Wenn das Ergebnis von Schritt S105 dagegen positiv ist, d. h. wenn die Katalysatortemperatur Tc bei oder über der korrigierten Temperaturobergrenze T1c liegt, auch nachdem der Kraftstoff-Einspritzungsmengenanteil des Mündungs-Einspritzventils 2 erhöht wurde, erhöht der Einspritzungssteuerabschnitt 23 in Schritt S106 die Gesamt-Kraftstoff-Einspritzmenge TAU. In Schritt S107 werden das Mündungs-Einspritzventil 2 und das Zylinder-Einspritzventil 3 so gesteuert, dass sie Kraftstoff in einer Menge einspritzen, die der erhöhten Gesamt-Kraftstoff-Einspritzmenge TAU entspricht. Da die Gesamt-Kraftstoff-Einspritzmenge TAU erhöht wird, wird das Luft/Kraftstoff-Verhältnis A/F gesenkt und die Mischung wird fetter. Dies verbessert den Verbrennungszustand und senkt somit die Menge an unverbranntem HC im Abgas. Infolgedessen wird die Abgastemperatur gesenkt und die Katalysatortemperatur Tc wird gesenkt.
  • Wenn die Gesamt-Kraftstoff-Einspritzmenge TAU erhöht wird, kann die Zunahmerate der Kraftstoff-Einspritzmenge vom Mündungs-Einspritzventil 2 größer werden als die des Zylinder-Einspritzventils 3. Alternativ dazu kann die Zunahme der Gesamt-Kraftstoff-Einspritzmenge TAU allein. dadurch erreicht werden, dass die Kraftstoff-Einspritzmenge des Mündungs-Einspritzventils 2 erhöht wird. Alternativ dazu kann die Kraftstoff-Einspritzmenge vom Zylinder-Einspritzventil 3 auf null gesenkt werden, und der gesamte Steigerungsbetrag der Gesamt-Kraftstoff-Einspritzmenge TAU kann nur vom Mündungs-Einspritzventil 2 eingespritzt werden. Somit fördert die Mündungs-Einspritzung die Vermischung von Kraftstoff und Luft deutlich, was wiederum die Kraftstoffverdampfung fördert. Somit wird die Menge an unverbranntem HC im Abgas wirksam gesenkt, und die Abgastemperatur und die Katalysatortemperatur Tc werden gesenkt. Es ist möglich, die Zunahmerate der Kraftstoff-Einspritzmenge des Mündungs-Einspritzventils 2 derjenigen des Zylinder-Einspritzventils 3 gleich zu machen. Ein Modus für die Steuerung der Einspritzventile 2, 3 bei Erhöhung der Gesamt-Kraftstoff-Einspritzmenge TAU kann gemäß dem Motorbetriebszustand (einschließlich der Motordrehzahl NE, der Motorlast KL, dem Kraftstoffeinspritzmodus, dem Kraftstoff-Einspritzungsverhältnis zwischen den Einspritzventilen 2, 3) eingestellt werden.
  • Wenn nach der Erhöhung der Gesamt-Kraftstoff-Einspritzmenge TAU in Schritt S102 festgestellt wird, dass die Katalysatortemperatur Tc niedriger ist als die Temperaturobergrenze T1, geht das Verfahren zur normalen Einspritzung in Schritt S108 weiter. Wenn dagegen die Katalysatortemperatur Tc bei oder über der korrigierten Temperaturobergrenze T1c liegt, wird das Verfahren von Schritt S103 bis Schritt S107 wiederholt, bis die Katalysatortemperatur Tc unter die korrigierte Temperaturobergrenze T1c sinkt. Wenn die Abnahmerate der Katalysatortemperatur Tc niedriger ist als ein vorgegebener Wert, kann die Steuervorrichtung 10 die Gesamt-Kraftstoff-Einspritzmenge TAU erhöhen, wodurch bewirkt wird, dass zumindest das Mündungs-Einspritzventil 2 Kraftstoff einspritzt, d. h. die Steuervorrichtung 10 kann das Verfahren der Schritte 106 und 107 wiederholen. In diesem Fall wird die Katalysatortemperatur Tc aufgrund der Senkung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses A/F schnell gesenkt. Somit wird verhindert, dass die Haltbarkeit des Dreiwegekatalysators 9 durch eine hohe Temperatur verschlechtert wird.
  • Nun wird ein Verfahren zur Bestimmung des Kraftstoff-Einspritzungsmengenverhältnisses zwischen dem Mündungs-Einspritzventil 2 und dem Zylinder-Einspritzventil 3 beschrieben. Der Einspritzungssteuerabschnitt 23 bestimmt das Kraftstoff-Einspritzungsmengenverhältnis zwischen dem Mündungs-Einspritzventil 2 und dem Zylinder-Einspritzventil 3 gemäß dem im Ablaufschema von 6 dargestellten Verfahren. Zuerst ermittelt in Schritt S201 der Einspritzungssteuerabschnitt 23 die Gesamt-Kraftstoff-Einspritzmenge TAU von der ECU, wobei diese Menge TAU durch die ECU 30 auf der Basis des Motorbetriebszustands einschließlich der Motorlast KL und der Motordrehzahl NE berechnet wird. Der Einspritzungs-Steuerabschnitt 23 kann den Motorbetriebszustand einschließlich der Motorlast KL und der Motordrehzahl NE von der ECU ermitteln und die Gesamt-Kraftstoff-Einspritzmenge TAU auf der Basis der ermittelten Informationen berechnen.
  • Im folgenden Schritt S202 bestimmt der Einspritzungssteuerabschnitt 23, ob die Gesamt-Kraftstoff-Einspritzmenge TAU erhöht werden muss oder nicht. Ein Fall, wo die Gesamt-Kraftstoff-Einspritzmenge TAU erhöht werden muss, bedeutet einen Fall, wo die Katalysatortemperatur Tc durch Senken des Kraftstoff-Einspritzungsmengenanteils des Mündungs-Einspritzventils 2 nicht ausreichend gesenkt wird. Dies entspricht dem Fall, dass das Ergebnis von Schritt S105 in 3 positiv ist. Wenn bestimmt wird, dass die Gesamt-Kraftstoff-Einspritzmenge TAU erhöht werden muss, geht der Einspritzungssteuerabschnitt 23 zu Schritt S203 weiter. In Schritt S203 addiert der Einspritzungssteuerabschnitt 23 eine Kraftstoff-Vermehrungsmenge α zur Gesamt-Kraftstoff-Einspritzmenge TAU, die in Schritt S201 ermitteln wurde, und setzt das Ergebnis als Endwert der Gesamt-Kraftstoff-Einspritzmenge TAU ein. Wenn dagegen bestimmt wird, dass die Gesamt-Kraftstoff-Einspritzmenge TAU nicht erhöht werden muss, geht der Einspritzungssteuerabschnitt 23 zu Schritt S204 weiter. In Schritt S204 setzt der Einspritzungssteuerabschnitt 23 die Gesamt-Kraftstoff-Einspritzmenge TAU, die in Schritt S201 ermitteln wurde, als Endwert der Gesamt-Kraftstoff-Einspritzmenge TAU ein.
  • Im folgenden Schritt S205 bestimmt der Verbrennungs-Bestimmungsabschnitt 21, ob der Motorbetriebszustand in einem Betriebsbereich liegt, in dem eine homogene Verbrennung durchgeführt wird (in der homogenen Verbrennungsregion). Wenn der Motorbetriebszustand in der homogenen Verbrennungsregion liegt, bestimmt der Einspritzungssteuerabschnitt 23 in Schritt S206 ein Verhältnis K der Kraftstoffmenge, die vom Mündungs-Einspritzventil 2 eingespritzt wird, zur Gesamt-Kraftstoff-Einspritzmenge TAU (im Folgenden einfach als Einspritzungsmengenverhältnis K bezeichnet).
  • 7 ist ein Graph, der ein Beispiel für ein Kraftstoff-Einspritzungsverhältnis-Kennfeld zeigt, welches das Einspritzungsmengenverhältnis K des Mündungs-Einspritzventils 2 der Motorlast KL gegenüberstellt. Wie in 7 dargestellt, ist das Einspritzungsmengenverhältnis K so gesetzt, dass es zunimmt, wenn die Motorlast KL zunimmt. Das Einspritzungsmengenverhältnis-Kennfeld 50 wird vorab im Speicherabschnitt 10m hinterlegt. Der Einspritzungsspeicherabschnitt 23 ermittelt das Einspritzungsmengenverhältnis K unter Bezugnahme auf das Einspritzungsmengenverhältnis-Kennfeld 50 von 7 auf der Basis der Motorlast KL, die durch die ECU ermitteln wird. Wenn das Einspritzungsmengenverhältnis-Kennfeld 50 erstellt wird, können Parameter, die einen Motorbetriebszustand anzeigen und bei denen es sich nicht um die Motorlast KL handelt (beispielsweise die Motordrehzahl NE) in Betracht gezogen werden.
  • Im folgenden Schritt S207 bestimmt der Einspritzungssteuerabschnitt 23, ob der Einspritzungsmengenanteil des Mündungs-Einspritzventils 2 erhöht werden muss. Ein Fall, wo der Einspritzungsmengenanteil des Mündungs-Einspritzventils 2 erhöht werden muss, bedeutet einen Fall, wo die Katalysatortemperatur Tc auf oder über einen vorgegebenen Bezugswert (die korrigierte Temperaturobergrenze T1c) steigt, wenn der Verbrennungsmotor 1 unter Verwendung des Zylinder-Einspritzventils arbeitet. Dies entspricht dem Fall, dass das Ergebnis von Schritt S102 von 3 positiv ist. Wenn be stimmt wird, dass das Einspritzungsmengenverhältnis des Mündungs-Einspritzventils 2 erhöht werden muss, geht der Einspritzungssteuerabschnitt 23 zu Schritt S208 weiter. In Schritt S208 addiert der Einspritzungssteuerabschnitt 23 einen Anteilerhöhungsbetrag β zum Einspritzungsverhältnis K, das in Schritt S206 bestimmt wurde, und setzt das Ergebnis als Endwert des Einspritzungsmengenverhältnisses K ein. Wenn dagegen bestimmt wird, dass der Einspritzungsmengenanteil des Mündungs-Einspritzventils 2 nicht erhöht werden muss, geht der Einspritzungssteuerabschnitt 23 zu Schritt S209 weiter. In Schritt S209 setzt der Einspritzungssteuerabschnitt 23 das Einspritzungsmengenverhältnis K, das in Schritt S206 bestimmt wurde, als Endwert des Einspritzungsmengenverhältnisses K ein.
  • Nachdem er das Einspritzungsmengenverhältnis K bestimmt hat, bestimmt der Einspritzungssteuerabschnitt 23 in Schritt S210 eine Kraftstoff-Einspritzmenge Qp des Mündungs-Einspritzventils 2 und eine Kraftstoff-Einspritzmenge des Zylinder-Einspritzventils 3 anhand des Einspritzungsmengenverhältnisses K gemäß der folgenden Gleichung. Qp = K × TAU Qd = (1 – K) × TAU
  • Daher spritzen das Mündungs-Einspritzventil 2 und das Zylinder-Einspritzventil 3, wenn der Motorbetriebszustand in der homogenen Verbrennungsregion liegt, in den Schritten S104, S107 und S108 Kraftstoff gemäß den Kraftstoff-Einspritzmengen Qp, Qd, die in Schritt S210 bestimmt wurden, ein.
  • Wenn dagegen in Schritt S205 bestimmt wird, dass der Motorbetriebszustand außerhalb der homogenen Region liegt, anders ausgedrückt, wenn bestimmt wird, dass der Motorbetriebszustand in einem Betriebsbereich liegt, wo die geschichtete Verbrennung durchgeführt wird (in der Schichtverbrennungsregion), geht das Verfahren zu Schritt S211 weiter. In Schritt S211 bestimmt der Einspritzungssteuerabschnitt 23 wie in Schritt S207, ob der Einspritzungsmengenanteil des Mündungs-Einspritzventils 2 er höht werden muss. Wenn der Einspritzungsmengenanteil des Mündungs-Einspritzventils 2 nicht erhöht werden muss, geht der Einspritzungssteuerabschnitt 23 zu Schritt S212 weiter. In Schritt S212 setzt der Einspritzungssteuerabschnitt 23 die Kraftstoff-Einspritzmenge Qp des Mündungs-Einspritzventils 2 auf null und setzt die Kraftstoff-Einspritzmenge Qd des Zylinder-Einspritzventils 3 auf die Gesamt-Kraftstoff-Einspritzmenge TAU, so dass der Verbrennungsmotor 1 mit Kraftstoffeinspritzung nur vom Zylinder-Einspritzventil 3 arbeitet.
  • Wenn dagegen der Einspritzungsmengenanteil des Mündungs-Einspritzventils 2 erhöht werden muss, erhöht der Einspritzungssteuerabschnitt 23 in Schritt S213 den Einspritzungsmengenanteil des Mündungs-Einspritzventils 2. In dieser Ausführungsform wird die Kraftstoff-Einspritzmenge Qp des Mündungs-Einspritzventils 2 auf den Gesamt-Kraftstoff-Einspritzmenge TAU gesenkt, und die Kraftstoff-Einspritzmenge Qd des Zylinder-Einspritzventils 3 wird auf null gesetzt. Das heißt, wenn sich der Dreiwegekatalysator nicht in einem Überhitzungszustand befindet, wenn der Motorbetriebszustand in der Schichtverbrennungsregion liegt, wird die geschichtete Verbrennung durchgeführt, bei der Kraftstoff der Gesamt-Kraftstoff-Einspritzmenge TAU vom Zylinder-Einspritzventil 3 eingespritzt wird. Wenn der Dreiwegekatalysator 9 sich in einem Überhitzungszustand befindet, wird die homogene Verbrennung durchgeführt, wobei Kraftstoff der Gesamt-Kraftstoffeinspritzmenge TAU vom Mündungs-Einspritzventil 2 eingespritzt wird.
  • Auf diese Weise wird, auch wenn der Motorbetriebszustand in der Schichtverbrennungsregion liegt, Kraftstoff vom Mündungs-Einspritzventil 2 eingespritzt, so dass eine Vermischung von Kraftstoff und Luft gefördert wird, was wiederum die Verdampfung des Kraftstoffs fördert. Infolgedessen wird die Menge an unverbranntem HC im Abgas reduziert, und die Abgastemperatur und die Katalysatortemperatur Tc werden gesenkt. Auch wenn der Motorbetriebszustand in der Schichtverbrennungsregion liegt, kann der Einspritzungsmengenanteil des Mündungs-Einspritzventils 2 gemäß dem Motorbetriebszustand, wie der Motorlast KL und der Motordrehzahl NE, geändert werden, wie in der homogenen Verbrennungsregion. Wenn beispielsweise die Katalysator temperatur auf oder über einen vorgegebenen Bezugswert steigt, wenn der Motorbetriebszustand in der Schichtverbrennungsregion liegt, kann der Einspritzungsmengenanteil des Mündungs-Einspritzventils 2 erhöht werden, während die Motorlast KL erhöht wird.
  • Wie oben beschrieben, wird in dieser Ausführungsform auf der Basis eines Parameters, der auf die Katalysatortemperatur Tc bezogen ist, bestimmt, ob die Katalysatortemperatur Tc auf oder über einen vorgegebenen Bezugswert (die korrigierte Temperaturobergrenze T1c) steigt. Wenn die Katalysatortemperatur auf oder über den Bezugswert steigt, wird die Kraftstoff-Einspritzmenge vom Mündungs-Einspritzventil 2 im Vergleich zu dem Fall, dass die Katalysatortemperatur Tc niedriger ist als der Bezugswert, erhöht. Daher wird ein Überhitzungszustand des Dreiwegekatalysators 9 zuverlässig und genau erfasst, und die Katalysatortemperatur Tc wird ohne Weiteres gesenkt, um zuverlässig zu verhindern, dass der Dreiwegekatalysator 9 überhitzt wird.
  • Ferner wird in der vorliegenden Ausführungsform, wenn die Katalysatortemperatur auf oder über den Bezugswert steigt, der Kraftstoffeinspritzungsanteil des Mündungs-Einspritzventils 2 zuerst erhöht, ohne die Gesamt-Kraftstoff-Einspritzmenge TAU zu ändern. Daher wird die Katalysatortemperatur Tc zuverlässig gesenkt, während verhindert wird, dass die Kraftstoffausnutzung sich verschlechtert und während der Einfluss auf das Luft/Kraftstoff-Verhältnis A/F begrenzt wird.
  • Wenn beispielsweise die Katalysatortemperatur Tc aufgrund einer unzureichenden Bildung von Kraftstoff-Sprühnebel vom Zylinder-Einspritzventil 3 steigt, wird Kraftstoff vom Mündungs-Einspritzventil 2 eingespritzt, so dass ein Anstieg des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses A/F verhindert wird (ein mageres Luft/Kraftstoff-Verhältnis verhindert wird). Somit wird das Luft/Kraftstoff-Verhältnis A/F auf dem Sollwert gehalten und die Überhitzung des Katalysators 9 wird verhindert.
  • Die Auslegung der vorliegenden Ausführungsform kann sowohl auf einen Fall angewendet werden, wo der Motorbetriebszustand in der homogenen Verbrennungs region liegt, als auch auf einen, wo er in der Schichtverbrennungsregion liegt. Da sie die Katalysatortemperatur jedoch wirksam senkt, eignet sich diese Auslegung jedoch besonders für einen Hochlast- und Hochleistungsbetrieb (eine homogene Verbrennungsregion), bei dem die Katalysatortemperatur wahrscheinlich steigt. Ferner eignet sich die Auslegung der vorliegenden Erfindung auf andere Ausführungsformen, die nachstehend erörtert werden.
  • Nun wird eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf 8 und 10 beschrieben. Es wird hauptsächlich der Unterschied zur ersten Ausführungsform von 1 bis 7 erörtert. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform hauptsächlich in den folgenden Punkten. Das heißt, in dieser Ausführungsform wird, wenn das Mündungs-Einspritzventil und das Zylinder-Einspritzventil 3 beide Kraftstoff einspritzen, ein aktuelles Luft/Kraftstoff-Verhältnis AF1 mit einem Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis AFa verglichen, bevor die Katalysatortemperatur Tc bestimmt wird. Dann wird die Kraftstoff-Einspritzmenge des Mündungs-Einspritzventils 2 oder des Zylinder-Einspritzventils 3 erhöht, so dass das aktuelle Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Einspritzventil AF1 sich dem Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis AFa nähert. Ähnliche oder gleiche Bezugszahlen sind denjenigen Bauteilen zugeordnet, die den entsprechenden Bauteilen der ersten Ausführungsform ähnlich oder gleich sind, und auf ihre ausführliche Beschreibung wird verzichtet. Es wird auf 1 verwiesen, falls nötig.
  • Wie in 8 dargestellt, weist ein Verarbeitungsabschnitt 10p' einer Steuervorrichtung 10' gemäß der vorliegenden Ausführungsform einen Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Bestimmungsabschnitt 24 auf.
  • Nun wird ein Kraftstoffeinspritzungs-Steuerverfahren gemäß der vorliegenden Ausführungsform mit Bezug auf das Ablaufschema von 9 beschrieben. Zuerst ermittelt in Schritt S301 die ECU 30 Informationen, wie die Motordrehzahl NE und die Ansaugluft-Strömungsrate GA, wodurch sie die Motorlast KL und andere Werte be rechnet. Auf der Basis der Motorlast KL, der Motordrehzahl NE und anderer Parameter wird die Gesamt-Kraftstoff-Einspritzmenge TAU berechnet.
  • In Schritt S302 vergleicht der Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Bestimmungsabschnitt 24 das Luft/Kraftstoff-Verhältnis A/F, das als Ausgabe des A/F-Sensors 41 ermittelt wird, oder das aktuelle Luft/Kraftstoff-Verhältnis AF1 während des Betriebs des Verbrennungsmotors 1 mit dem Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis AFa. Wenn das aktuelle Luftfkraftstoff-Verhältnis AF1 über dem Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis AFa liegt, d. h. wenn der Verbrennungsmotor 1 mit einer mageren Luft/Kraftstoff-Mischung arbeitet, wird angenommen, dass eine Fehlfunktion, wie eine unzureichende Bildung von Kraftstoff-Sprühnebel, im Mündungs-Einspritzventil 2 und/oder im Zylinder-Einspritzventil 3 vorliegt, was zu einer von der Norm abweichenden Verbrennung oder einer instabilen Verbrennung führt.
  • Somit wird, wenn das aktuelle Luft/Kraftstoff-Verhältnis AF1 in Schritt S302 über dem Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis AFa liegt, angenommen, dass eine Normabweichung im Zylinder-Einspritzventil 3 vorliegt. Der Grund dafür ist, dass, da Kraftstoff mit einem im Vergleich zum Mündungs-Einspritzventil 2 höheren Druck zum Zylinder-Einspritzventil 3 geliefert wird, die Gefahr einer Fehlfunktion im Zylinder-Einspritzventil 3 höher ist als im Mündungs-Einspritzventil 2. Da das Zylinder-Einspritzventil 3 außerdem Kraftstoff in den Zylinder 1S einspritzt, in dem eine Verbrennung stattfindet, ist es wahrscheinlich, dass sich Fremdstoffe, wie Kohlenstoffablagerungen, am Zylinder-Einspritzventil 3 ansammeln. Aus diesen Gründen erhöht der Einspritzungssteuerabschnitt 23, wenn das aktuelle Luft/Kraftstoff-Verhältnis AF1 in Schritt S302 höher ist als das Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis AFa, die Kraftstoff-Einspritzmenge Qp des Mündungs-Einspritzventils 2 in Schritt S303. Genauer addiert der Einspritzungssteuerabschnitt 23 eine vorgegebene Kraftstoff-Vermehrungsmenge γ zur Kraftstoff-Einspritzmenge Qp des Mündungs-Einspritzventils 2 in der Gesamt-Kraftstoff-Einspritzmenge TAU und setzt die Resultierende (Qp + γ) als korrigierte Kraftstoff-Einspritzmenge Qp1 des Mündungs-Einspritzventils 2 ein. In Schritt S304 spritzt das Mündungs-Einspritzventil 2 Kraftstoff in einer Menge, die der korrigierten Kraftstoff-Einspritzmenge Qp1 entspricht, ein.
  • Im folgenden Schritt S305 ermittelt der Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Bestimmungsabschnitt 24 wiederum das aktuelle Luft/Kraftstoff-Verhältnis AF1 vom A/F-Sensor 41 und vergleicht dieses mit dem Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis AFa. Wenn das Ergebnis von Schritt S305 negativ ist, d. h. wenn das aktuelle Luft/Kraftstoff-Verhältnis AF1 bei oder unter dem Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis AFa liegt, geht der Katalysatortemperatur-Bestimmungsabschnitt 22 zu Schritt S308 weiter und vergleicht die Katalysatortemperatur Tc mit einem vorgegebenen Bezugswert. In der vorliegenden Ausführungsform ist der Bezugswert eine Katalysator-Kennfeldtemperatur Tcm, die in Bezug auf die Katalysatortemperatur gesetzt wird, um zu bestimmen, ob der Dreiwegekatalysator 9 sich in einem Überhitzungszustand befindet.
  • Wenn das aktuelle Luft/Kraftstoff-Verhältnis All in Schritt S305 auf oder unter das Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis sinkt, nachdem das Mündungs-Einspritzventil 2 Kraftstoff in einer Menge eingespritzt hat, die der korrigierten Kraftstoff-Einspritzmenge Qp1 entspricht, bei der es sich um eine erhöhte Kraftstoff-Einspritzmenge handelt, wird angenommen, dass eine Normabweichung im Zylinder-Einspritzventil 3 vorliegt. Das Annahmeergebnis wird vorzugsweise im Speicher der ECU 30 gespeichert, so dass der Grund für die Normabweichung während der Wartung leicht identifiziert werden kann. Außerdem kann man es so gestalten, dass, wenn die Anzahl der Erhöhungen der Kraftstoff-Einspritzmenge des Mündungs-Einspritzventils 2 eine vorgegebene Anzahl erreicht, ein Hinweis ausgegeben wird, um den Fahrer aufzufordern, eine Wartung durchführen zu lassen.
  • Wenn das Ergebnis von Schritt S305 positiv ist, d. h. wenn das aktuelle Luft/Kraftstoff-Verhältnis AF1 trotz der Erhöhung der Kraftstoff-Einspritzmenge aus dem Mündungs-Einspritzventil 2 größer ist als das Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis AFa, wird angenommen, dass auch eine Normabweichung im Mündungs-Einspritzventil 2 vorliegt. In diesem Fall erhöht der Einspritzungssteuerabschnitt 23 die Kraftstoff-Ein spritzmenge Qd des Zylinder-Einspritzventils 3 in Schritt S306. Genauer addiert der Einspritzungssteuerabschnitt 23 eine vorgegebene Kraftstoff-Vermehrungsmenge 6 zur Kraftstoff-Einspritzmenge Qd des Zylinder-Einspritzventils 3 in der Gesamt-Kraftstoff-Einspritzmenge TAU und setzt die Resultierende (Qd + δ) als korrigierte Kraftstoff-Einspritzmenge Qd1 des Zylinder-Einspritzventils 3 ein. In Schritt S307 spritzt das Zylinder-Einspritzventil 3 Kraftstoff in einer Menge ein, die der korrigierten Kraftstoff-Einspritzmenge Qd1 entspricht. Wie im Falle des Zylinder-Einspritzventils 3 wird, wenn angenommen wird, dass eine Normabweichung im Mündungs-Einspritzventil 2 vorliegt, das Annahmeergebnis vorzugsweise im Speicher der ECU 30 gespeichert.
  • 10 ist ein Ablaufschema, das ein Verfahren zur Bestimmung einer Kraftstoff-Einspritzmenge zeigt. Der Einspritzungssteuerabschnitt 23 bestimmt die Kraftstoff-Einspritzmenge des Mündungs-Einspritzventils 2 und des Zylinder-Einspritzventils 3 gemäß dem Verfahren, das im Ablaufschema von 10 dargestellt ist. Zuerst bestimmt der Einspritzungssteuerabschnitt 23 in Schritt S401 das Verhältnis zwischen der Kraftstoff-Einspritzmenge des Mündungs-Einspritzventils 2 und der Kraftstoff-Einspritzmenge des Zylinder-Einspritzventils 3 auf der Basis des Motorbetriebszustands und anderer Faktoren. Dann bestimmt der Einspritzungssteuerabschnitt 23 auf der Basis des Verhältnisses und der Gesamt-Kraftstoff-Einspritzmenge TAU, die aus der Motorlast KL ermitteln wird, der Motordrehzahl NE und anderer Parameter die Kraftstoff-Einspritzmenge Qp des Mündungs-Einspritzventils 2 und die Kraftstoff-Einspritzmenge Qd des Zylinder-Einspritzventils 3.
  • In Schritt S420 addiert der Einspritzungssteuerabschnitt 23 eine vorgegebene Kraftstoff-Vermehrungsmenge γ zur Kraftstoff-Einspritzmenge Qp und setzt die Resultierende (Qp + γ) als korrigierte Kraftstoff-Einspritzmenge Qp1 des Mündungs-Einspritzventils 2 ein. Die korrigierte Kraftstoff-Einspritzmenge Qp1 wird in Schritt S303 von 9 verwendet, um die Kraftstoff-Einspritzmenge Qp des Mündungs-Einspritzventils 2 zu erhöhen. Dann addiert der Einspritzungssteuerabschnitt 23 in Schritt S403 eine vorgegebene Kraftstoff-Vermehrungsmenge 6 zur Kraftstoff-Einspritzmenge Qd und setzt das resultierende Ergebnis (Qp + δ) als korrigierte Kraftstoff- Einspritzmenge Qd1 des Zylinder-Einspritzventils 3 ein. Die korrigierte Kraftstoff-Einspritzmenge Qd1 wird in Schritt S306 von 9 verwendet, um die Kraftstoff-Einspritzmenge Qd des Zylinder-Einspritzventils 3 zu erhöhen. Wenn die Kraftstoff-Einspritzmenge der Einspritzventile 2, 3 erhöht wird, wird die folgende Steuerung anhand der erhöhten Kraftstoff-Einspritzmenge als Bezugswert durchgeführt.
  • Zurück zu 9: in Schritt S302, der auf Schritt S307 folgt, wird erneut bestimmt, ob das aktuelle Luft/Kraftstoff-Verhältnis Af1 über dem Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis AFa liegt. Wenn das aktuelle Luft/Kraftstoff-Verhältnis Af1 über dem Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis AFa liegt, werden die Schritte S303 bis S307 wiederholt, bis das aktuelle Luft/Kraftstoff-Verhältnis Af1 kleiner wird als das Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis AFa, und die Einspritzmengen Qp, Qd werden jeweils um die Kraftstoffvermehrungsmengen γ, δ vergrößert. Wenn das aktuelle Luft/Kraftstoff-Verhältnis Af1 auf oder unter das Soll-Luft/kraftstoff-Verhältnis AFa sinkt, wird die Katalysatortemperatur Tc in Schritt S308 mit der Katalysator-Kennfeldtemperatur Tcm verglichen, die ein vorgegebener Bezugswert ist.
  • Das Verfahren der Schritte S308 bis S314 ist im Wesentlichen das gleiche wie das Verfahren der Schritte S102 bis S108 von 3, außer dass die Katalysator-Kennfeldtemperatur Tcm statt der korrigierten Temperaturobergrenze T1c als vorgegebener Bezugswert verwendet wird.
  • Wenn die Katalysatortemperatur in Schritt Tc S308 niedriger ist als die Katalysator-Kennfeldtemperatur Tcm, geht das Verfahren zur normalen Einspritzung von Schritt S314 weiter. Wenn die Schritte S303 bis S307 ausgeführt werden, sind die Kraftstoff-Einspritzmengen der Einspritzventile 2, 3 bei der normalen Einspritzung erhöhte Kraftstoff-Einspritzmengen. Wenn dagegen die Katalysatortemperatur Tc in Schritt S308 bei oder über der Katalysator-Kennfeldtemperatur Tcm liegt, bedeutet dies, dass der Dreiwegekatalysator trotz der Tatsache, dass das aktuelle Luft/Kraftstoff-Verhältnis Af1 normal ist, in einem Überhitzungszustand befindet. Der Betrieb des Verbrennungsmotors 1 in diesem Zustand senkt die Haltbarkeit des Dreiwegekata lysators 9. Wenn das Ergebnis von Schritt S308 positiv ist, geht der Einspritzungssteuerabschnitt 23 daher zu Schritt S309 weiter. In Schritt S309 erhöht der Einspritzungssteuerabschnitt 23 den Kraftstoff-Einspritzungsmengenanteil des Mündungs-Einspritzventils 2, ohne die Gesamt-Kraftstoff-Einspritzmenge TAU zu ändern, wodurch der Kraftstoff-Einspritzungsmengenanteil des Zylinder-Einspritzventils 3 verringert wird. In Schritt S310 spritzen das Mündungs-Einspritzventil 2 und das Zylinder-Einspritzventil 3 Kraftstoff in einem vorgegebenen Einspritzungsmengenverhältnis ein. Der Einspritzungsmengenanteil des Mündungs-Einspritzventils 2 wird erhöht, da dies, wie oben beschrieben, wirksam ist, um die Katalysatortemperatur Tc zu senken.
  • Wenn in Schritt S311 bestimmt wird, dass die Katalysatortemperatur Tc niedriger ist als die Katalysator-Kennfeldtemperatur Tcm, geht das Verfahren zu Schritt S314 weiter, in dem die normale Verbrennung durchgeführt wird. Auf diese Weise wird die Katalysatortemperatur Tc gesenkt, während eine Verschlechterung der Kraftstoffausnutzung vermieden wird. Da ferner bewirkt wird, dass das aktuelle Luft/Kraftstoff-Verhältnis AF1 sich dem Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis AFa annähert, wird verhindert, dass HC und CO im Abgas mehr werden.
  • Wenn dagegen das Ergebnis von Schritt S311 positiv ist, d. h. wenn der Katalysatortemperatur-Bestimmungsabschnitt 22 bestimmt, dass die Katalysatortemperatur Tc bei oder über der Katalysator-Kennfeldtemperatur Tcm bleibt, auch nachdem der Kraftstoff-Einspritzungsmengenanteil des Mündungs-Einspritzventils 2 erhöht wurde, geht der Einspritzungssteuerabschnitt 23 zu Schritt S312 weiter. In Schritt S312 erhöht der Einspritzungssteuerabschnitt 23 die Gesamt-Kraftstoff-Einspritzmenge TAU. In Schritt S313 werden das Mündungs-Einspritzventil 2 und das Zylinder-Einspritzventil 3 so gesteuert, dass sie Kraftstoff in einer Menge einspritzen, die der erhöhten Gesamt-Kraftstoff-Einspritzmenge TAU entspricht. Als Folge davon sinkt die Abgastemperatur und die Katalysatortemperatur Tc sinkt.
  • Wenn in Schritt S308 bestimmt wird, dass die Katalysatortemperatur Tc unter der Katalysator-Kennfeldtemperatur Tcm liegt, nachdem die Gesamt-Kraftstoff-Einspritz menge TAU erhöht wurde, geht das Verfahren zu Schritt S314 weiter, wo die normale Einspritzung durchgeführt wird. Wenn dagegen die Katalysatortemperatur Tc bei oder über der Katalysator-Kennfeldtemperatur Tcm liegt, wird das Verfahren von Schritt S309 bis Schritt S313 wiederholt, bis die Katalysatortemperatur Tc unter die Katalysator-Kennfeldtemperatur Tcm fällt. Auf diese Weise wird die Katalysatortemperatur Tc unter die Katalysator-Kennfeldtemperatur Tcm gesenkt, so dass die Haltbarkeit des Dreiwegekatalysators 9 nicht verringert wird.
  • Nun wird eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf 11 und 12 beschrieben. In der vorliegenden Ausführungsform weist ein Verbrennungsmotor 1 zwei Dreiwegekatalysatoren 9A und 9B auf. Jeder der Dreiwegekatalysatoren 9A und 9B entspricht zwei von vier Zylindern 1SA, 1SB, 1SC und 1SD. Wenn sich irgendeiner der Dreiwegekatalysatoren 9A, 9B in einem Überhitzungszustand befindet, wird die Kraftstoffeinspritzung der Zylinder, die dem Katalysator in einem Überhitzungszustand entsprechen, so gesteuert, dass die Temperatur des Katalysators gesenkt wird.
  • Wie in 11 dargestellt, ist der Verbrennungsmotor 1 ein Reihen-Vierzylindermotor und schließt den ersten Dreiwegekatalysator 9A und den zweiten Dreiwegekatalysator 9B ein. Erste bis vierte Abgasleitungen 8A bis 8D gehen jeweils von einem der vier Zylinder 1SA bis 1SD aus. Abgas von den ersten und vierten Zylindern 1Sa und 1SD wird durch die entsprechenden Abgasleitungen 8A, 8D zum ersten Dreiwegekatalysator 9A geleitet und wird vom ersten Dreiwegekatalysator 9A gereinigt. Abgas von den zweiten und dritten Zylindern 1SB und SC wird durch entsprechende Abgasleitungen 8B, 8C zum zweiten Dreiwegekatalysator gleitet und vom zweiten Dreiwegekatalysator 9B gereinigt.
  • Die Temperatur des ersten Dreiwegekatalysators 9A (die erste Katalysatortemperatur Tc1) wird von einem ersten Temperatursensor 40A erfasst, und die Temperatur des zweiten Dreiwegekatalysators 9B (die zweite Katalysatortemperatur Tc2) wird von einem zweiten Temperatursensor 40B erfasst. Ein erstes Mündungs-Ein spritzventil 2A und ein erstes Zylinder-Einspritzventil 3A entsprechen dem ersten Zylinder 1SA. Ein zweites Mündungs-Einspritzventil 2B und ein zweites Zylinder-Einspritzventil 3B entsprechen dem zweiten Zylinder 1SB. Ein drittes Mündungs-Einspritzventil 2C und ein drittes Zylinder-Einspritzventil 3C entsprechen dem dritten Zylinder 1SC. Ein viertes Mündungs-Einspritzventil 2D und ein viertes Zylinder-Einspritzventil 3D entsprechen dem vierten Zylinder 1SD. Obwohl der Verbrennungsmotor 1 im Beispiel von 11 die beiden Dreiwegekatalysatoren 9A, 9B aufweist, kann der Verbrennungsmotor 1 auch drei oder mehr Dreiwegekatalysatoren haben. Die Zahl der Zylinder des Verbrennungsmotors 1 ist nicht auf vier beschränkt, sondern kann jede Zahl größer eins sein.
  • Die grundsätzliche Auslegung der Steuervorrichtung 10, die den Verbrennungsmotor 1 steuert, ist im Grunde der gleiche wie die in 2 dargestellt. Daher sei auf 2 verwiesen, falls für die Beschreibung des Aufbaus der Steuervorrichtung 10 nötig.
  • 12 ist ein Ablaufschema, das ein Verfahren für eine Kraftstoff-Einspritzungssteuerung gemäß dieser Ausführungsform zeigt. Wenn das Verfahren durchgeführt wird, wird angenommen, dass der Verbrennungsmotor 1 unter Verwendung der ersten bis vierten Zylinder-Einspritzventile 3A bis 3D arbeitet.
  • Zuerst ermittelt die ECU 30 in Schritt S501 Informationen wie die Motordrehzahl NE und die Ansaugluft-Strömungsrate GA, wodurch die Motorlast KL und andere Werte berechnet werden. Auf der Basis der Motorlast KL, der Motordrehzahl NE und anderer Werte berechnet die ECU 30 oder der Einspritzungssteuerabschnitt 23 die Gesamt-Kraftstoff-Einspritzmenge TAU.
  • Dann vergleicht der Katalysatortemperatur-Bestimmungsabschnitt 22 in Schritt S502 die erste Katalysatortemperatur Tc1, die vom ersten Temperatursensor 40A ermitteln wird, mit der zweiten Katalysatortemperatur Tc2, die vom zweiten Temperatursensor 40B ermitteln wird. Wenn das Ergebnis von Schritt S502 positiv ist, d. h. wenn die zweite Katalysatortemperatur Tc2 höher ist als die erste Katalysatortemperatur Tc1, geht der Katalysatortemperatur-Bestimmungsabschnitt 22 zu Schritt S503 weiter. In Schritt S503 bestimmt der Katalysatortemperatur-Bestimmungsabschnitt 22, ob die zweite Katalysatortemperatur Tc2 bei oder über der korrigierten Temperaturobergrenze T1c liegt. Wie im Ablaufschema von 3 wird die korrigierte Temperaturobergrenze T1c (T1c = T1 – δ) in dieser Ausführungsform als Bezugswert zur Bestimmung der Katalysatortemperatur verwendet.
  • Wenn die zweite Katalysatortemperatur Tc2 niedriger ist als die korrigierte Temperaturobergrenze T1c, wird bestimmt, dass die zweite Katalysatortemperatur Tc2 normal ist und dass keine von der Norm abweichende Temperaturerhöhung im zweiten Dreiwegekatalysator 9B vorliegt. Somit geht das Verfahren zu Schritt S508 weiter, in dem eine normale Kraftstoffeinspritzung durchgeführt wird. Wenn dagegen die zweite Katalysatortemperatur Tc2 bei oder über der korrigierten Temperaturobergrenze T1c liegt, wird bestimmt, dass die zweite Katalysatortemperatur Tc2 die Temperaturobergrenze T1 des zweiten Dreiwegekatalysators 9B praktisch erreicht hat. Wenn der Verbrennungsmotor 1 in diesem Zustand weiter betrieben wird, verschlechtert daher ein Überhitzungszustand des zweiten Dreiwegekatalysators 9B die Leistung und die Haltbarkeit des zweiten Dreiwegekatalysators 9B.
  • Wenn das Ergebnis von Schritt S503 positiv ist, führt der Einspritzungssteuerabschnitt 23 eine Steuerung durch, um die zweite Katalysatortemperatur Tc2 zu senken. Genauer erhöht der Einspritzungssteuerabschnitt 23 den Anteil der zweiten und dritten Mündungs-Einspritzventile 2B und 2C an der Kraftstoff-Einspritzmenge, ohne die Gesamt-Kraftstoff-Einspritzmenge TAU zu ändern, wodurch der Anteil der zweiten und dritten Zylinder-Einspritzventile 3B und 3C an der Kraftstoff-Einspritzmenge sinkt. In Schritt S505 werden die zweiten und dritten Mündungs-Einspritzventile 2B, 2C und die zweiten und dritten Zylinder-Einspritzventil 3B, 3C so gesteuert, dass sie Kraftstoff beim bestimmten Einspritzungsmengenverhältnis einspritzen.
  • In Schritt S506 bestimmt der Katalysatortemperatur-Bestimmungsabschnitt 22, ob die zweite Katalysatortemperatur Tc2 bei oder über der korrigierten Temperaturober grenze T1c liegt. Wenn die zweite Katalysatortemperatur Tc2 unter die korrigierte Temperaturobergrenze T1c fällt, geht das Verfahren zu Schritt S58 weiter, wo die normale Verbrennung durchgeführt wird.
  • Wenn dagegen das Ergebnis in Schritt S506 positiv ist, d. h. wenn die zweite Katalysatortemperatur Tc2 bei oder über der korrigierten Temperaturobergrenze T1c bleibt, auch nachdem der Kraftstoff-Einspritzungsmengenanteil der zweiten und dritten Mündungs-Einspritzventile 2B, 2C erhöht wurde, erhöht der Einspritzungssteuerabschnitt 23 in Schritt S507 die Gesamt-Kraftstoff-Einspritzmenge TAU. In Schritt S507A werden die zweiten und dritten Mündungs-Einspritzventile 2B, 2C und die zweiten und dritten Zylinder-Einspritzventile 3B, 3C so gesteuert, dass sie Kraftstoff in einer Menge einspritzen, die der erhöhten Gesamt-Kraftstoff-Einspritzmenge TAU entspricht. Dies senkt das Luft/Kraftstoff-Verhältnis A/F und macht die Luft/Kraftstoff-Mischung fetter. Somit werden die Abgastemperatur und die zweite Katalysatortemperatur Tc2 gesenkt.
  • Wenn in Schritt S503 bestimmt wird, dass die zweite Katalysatortemperatur Tc2 unter der korrigierten Temperaturobergrenze T1c liegt, nachdem die Gesamt-Kraftstoff-Einspritzmenge TAU erhöht wurde, geht das Verfahren zu Schritt S508 weiter, wo die normale Einspritzung durchgeführt wird. Das Verfahren geht dann zu Schritt S509 weiter, so dass eine Überwachung der ersten Katalysatortemperatur Tc1 gestartet wird. Wenn dagegen die zweite Katalysatortemperatur Tc2 bei oder über der korrigierten Temperaturobergrenze T1c liegt, wird das Verfahren von Schritt S503 bis Schritt S507A wiederholt, bis die zweite Katalysatortemperatur Tc2 unter die korrigierte Temperaturobergrenze T1c sinkt. Wenn die Senkungsrate der zweiten Katalysatortemperatur Tc2 niedriger ist als ein vorgegebener Wert, kann die Steuervorrichtung 10 die Gesamt-Kraftstoff-Einspritzmenge TAU erhöhen, wodurch bewirkt wird, dass zumindest die Mündungs-Einspritzventile 2B, 2C Kraftstoff einspritzen, d. h. die Steuervorrichtung 10 kann das Verfahren der Schritte S507 und S507A wiederholen. In diesem Fall wird die zweite Katalysatortemperatur Tc2 rasch gesenkt, und es wird verhindert, dass die Haltbarkeit des Dreiwegekatalysators 9B durch die hohe Temperatur leidet.
  • Wenn in Schritt S502 bestimmt wird, dass die erste Katalysatortemperatur Tc1 höher ist als die zweite Katalysatortemperatur Tc2, wird bestimmt, dass der zweite Dreiwegekatalysator 9B sich nicht in einem Überhitzungszustand befindet, sondern normal funktioniert. Somit wird bei Schritt S508 eine normale Einspritzung durchgeführt. Im folgenden Schritt S509 bestimmt der Katalysatortemperatur-Bestimmungsabschnitt 22, ob die erste Katalysatortemperatur Tc1 bei oder über der korrigierten Temperaturobergrenze T1c liegt. Wenn bestimmt wird, dass die erste Katalysatortemperatur Tc1 niedriger ist als die korrigierten Temperaturobergrenze T1c, geht das Verfahren zu Schritt S514 weiter, wo eine normale Einspritzung durchgeführt wird. Dann kehrt das Verfahren zu Schritt S501 zurück und die Überwachung der ersten und zweiten Katalysatortemperaturen Tc1, Tc2 wird fortgesetzt.
  • Wenn dagegen bestimmt wird, dass die erste Katalysatortemperatur Tc1 bei oder über der korrigierten Temperaturobergrenze T1c liegt, führt der Einspritzungssteuerabschnitt 23 ein Verfahren zum Senken der ersten Katalysatortemperatur Tc1 in den Schritten S510 bis S513A aus. Das Verfahren der Schritte S510 bis S513A ist das gleiche wie das Verfahren der oben beschriebenen Schritte S504 bis S507A, außer dass die Ziele der Steuerung die ersten und vierten Mündungs-Einspritzventile 2A, 2D und die ersten und vierten Zylinder-Einspritzventile 3A, 3D sind. Daher wird auf die Beschreibung des Verfahrens der Schritte S510 bis S513A verzichtet. Das Verhältnis zwischen den Kraftstoff-Einspritzmengen der Mündungs-Einspritzventile und der Zylinder-Einspritzventile kann gemäß dem Verfahren des in 6 dargestellten Ablaufschemas bestimmt werden.
  • In der vorliegenden Ausführungsform wird die Einspritzungssteuerung zur Senkung der Katalysatortemperatur nur für Zylinder durchgeführt, die denjenigen von den Dreiwegekatalysatoren 9A, 9B entsprechen, die überhitzt sind. Daher wird die Temperatur der überhitzten Katalysatoren vorteilhafterweise gesenkt. Da Kraftstoff den Zylindern, die nicht-überhitzten Katalysatoren entsprechen, nicht in einer höheren Menge als nötig zugeführt wird, wird eine Verschlechterung der Kraftstoffausnutzung vermieden.
  • Eine vierte Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung wird nun mit Bezug auf 13 bis 15(b) beschrieben. Ähnliche oder gleiche Bezugszahlen werden denjenigen Bauteilen zugewiesen, die den entsprechenden Bauteilen der ersten Ausführungsform von 1 bis 7 ähneln oder gleich sind, und auf ihre ausführliche Beschreibung wird verzichtet.
  • Wie in 13 dargestellt, weist ein Verbrennungsmotor 1 der vorliegenden Ausführungsform einen Abgastemperatursensor 46 auf zur Erfassung der Temperatur eines Abgases auf. Die Bezugszahl 47 bezeichnet einen Ausgleichsbehälter, der im Ansaugkanal 4 vorgesehen ist.
  • Eine ECU 130 entspricht der Steuervorrichtung 10 und der ECU 30, die in 2 dargestellt sind, und besteht aus einem digitalen Rechner. Die ECU 130 weist eine CPU 136, einen ROM 137, einen RAM 138, einen Eingabeport 139 und einen Ausgabeport 140 auf, die durch einen bidirektionalen Bus 135 untereinander verbunden sind.
  • 14 ist ein Ablaufschema, das ein Verfahren für die Einspritzungssteuerung gemäß dieser Ausführungsform zeigt. Wenn dieses Verfahren durchgeführt wird, wird angenommen, dass der Verbrennungsmotor 1 unter Verwendung zumindest des Zylinder-Einspritzventils 3 arbeitet. In Schritt S601 bestimmt die ECU 130 zuerst, ob der Verbrennungsmotor 1 unter hoher Last arbeitet. Wenn der Verbrennungsmotor 1 unter hoher Last arbeitet, setzt die ECU 130 einen Kraftstoff-Einspritzungsmodus, um zu bewirken, dass das Zylinder-Einspritzventil 3 Kraftstoff einspritzt, und zu verhindern, dass das Mündungs-Einspritzventil 2 Kraftstoff einspritzt. Dann geht die ECU 130 zu Schritt S603 weiter. Wenn der Verbrennungsmotor 1 nicht unter hoher Last arbeitet, setzt die ECU 130 einen Einspritzmodus, der sich von dem Einspritzmodus bei Schritt S602 unterscheidet, und geht zu Schritt S706 von 603 weiter.
  • In Schritt S603 bestimmt die ECU 130 den Kraftstoffeinspritzmodus. Genauer bestimmt die ECU 130 das Verhältnis zwischen der Kraftstoff-Einspritzmenge des Zylin der-Einspritzventils 3 und der Kraftstoff-Einspritzmenge des Mündungs-Einspritzventils 2. Wenn der Verbrennungsmotor 1 beispielsweise unter hoher Last arbeitet und die Zylinder-Einspritzung durchgeführt wird, ist das Kraftstoffeinspritzungsverhältnis (Zylinder-Einspritzung:Mündungs-Einspritzung) 10:0. Dann schätzt die ECU 130 in Schritt S604 die Temperatur des Dreiwegekatalysators 9 (die Katalysatortemperatur Tc) anhand von Konstanttemperatur-Kennfeldern (siehe 15(a) und 15(b)), die dem bestimmten Kraftstoff-Einspritzungsmodus (Einspritzungsmengenverhältnis) entsprechen. Das Verfahren zur Bestimmung der Katalysatortemperatur Tc wird nachstehend beschrieben.
  • Anschließend bestimmt die ECU 130 in Schritt S604 auf der Basis der geschätzten Katalysatortemperatur Tc, ob der Dreiwegekatalysator 9 sich in einem Überhitzungszustand befindet. Die Bestimmung kann durch Vergleichen der Katalysatortemperatur Tc mit einer vorgegebenen Bezugstemperatur durchgeführt werden, wie in der ersten Ausführungsform. Wenn sie bestimmt, dass der Katalysator 9 sich nicht in einem Überhitzungszustand befindet, geht die ECU 130 zu Schritt S606 weiter. In Schritt S606 bestimmt die ECU 130, ob die geschätzte Temperatur Tc bei oder über einer vorgegebenen Temperatur liegt. Die vorgegebene Temperatur ist niedriger als eine Temperatur (der oben genannte Bezugswert) zur Bestimmung, ob der Katalysator 9 sich in einem Überhitzungszustand befindet. Die vorgegebene Temperatur wird als Schwellenwert zur Bestimmung, ob die Gefahr besteht, dass der Katalysator 9 sich in einem Überhitzungszustand befinden könnte, verwendet.
  • Wenn die geschätzte Katalysatortemperatur Tc bei oder über der vorgegebenen Temperatur liegt, geht die ECU 130 zu Schritt S607 weiter und ändert den Kraftstoffverbrennungsmodus. Genauer ändert die ECU 130 das Kraftstoff-Einspritzungsverhältnis zwischen dem Zylinder-Einspritzventil 3 und dem Mündungs-Einspritzventil 2 so, dass das Verhältnis des Kraftstoff-Einspritzungsmengenanteils des Mündungs-Einspritzventils 2 zu dem des Zylinder-Einspritzventils 3 gegenüber dem aktuellen Zustand angehoben wird. Die Gesamt-Kraftstoff-Einspritzmenge des Zylinder-Einspritzventils 3 und des Mündungs-Einspritzventils 2, oder die Gesamt-Kraftstoff-Einspritzmenge, die dem Zylinder 1S zugeführt wird, wird nicht geändert. Das Verhältnis der Mündungs-Einspritzmenge zur Zylinder-Einspritzmenge kann als Verhältnis der Mündungs-Einspritzmenge zur Gesamt-Kraftstoffmenge, die dem Zylinder 1S zugeführt wird, interpretiert werden.
  • Dann kehrt die ECU 130 zu Schritt S603 zurück und bestimmt den geänderten Kraftstoffeinspritzmodus oder das geänderte Kraftstoff-Einspritzungsmengenverhältnis. Im folgenden Schritt S604 schätzt die ECU 130 die Temperatur des Katalysators 9 anhand eines Kennfelds, das dem geänderten Einspritzungsmengenverhältnis entspricht. Wenn ein Zustand anhält, in dem in Schritt S605 bestimmt wird, dass der Katalysator 9 nicht überhitzt ist und die Katalysatortemperatur Tc in Schritt S606 bei oder über der vorgegebenen Temperatur liegt, wird das Verfahren der Schritte S603 bis S607 wiederholt. Somit wird das Verhältnis der Kraftstoff-Einspritzmenge des Mündungs-Einspritzventils 2 zu der des Zylinder-Einspritzventils 3 allmählich erhöht. Ebenso wird jedes Mal, wenn das Einspritzungsmengenverhältnis geändert wird, die Katalysatortemperatur Tc geschätzt.
  • Beispielsweise angenommen, dass das aktuelle Einspritzungsmengenverhältnis (Zylinder-Einspritzung:Mündungs-Einspritzung) 9:1 ist. In diesem Fall wird, wenn das Ergebnis von Schritt S605 negativ ist und das Ergebnis von Schritt S606 positiv ist, das Einspritzungsmengenverhältnis (Zylinder-Einspritzung:Stutzeneinspritzung) in Schritt S607 geändert, beispielsweise auf 5:5. Auch wenn die Kraftstoffeinspritzung gemäß dem geänderten Einspritzungsmengenverhältnis durchgeführt wird, wird das Einspritzungsmengenverhältnis (Zylinder-Einspritzung:Mündungs-Einspritzung) in Schritt S607 auf 3:7 geändert, wenn das Ergebnis von Schritt S605 negativ ist und das Ergebnis von Schritt S606 positiv ist.
  • Wenn dagegen die geschätzte Katalysatortemperatur Tc in Schritt S606 niedriger ist als die vorgegebene Temperatur, wird das aktuelle Verfahren vorübergehend ausgesetzt. Ebenso erhöht die ECU 130, wenn in Schritt S605 bestimmt wird, dass der Katalysator 9 sich in einem Überhitzungszustand befindet, die Kraftstoff-Einspritz menge, um zu verhindern, dass der Katalysator überhitzt, und kehrt zu Schritt S603 zurück. Wie in der ersten Ausführungsform beschrieben, kann die Erhöhung der Kraftstoff-Einspritzmenge dadurch erreicht werden, dass die Zunahmerate der Kraftstoffeinspritzung des Mündungs-Einspitzventils 2 auf oder über diejenige des Zylinder-Einspritzventils erhöht wird. Alternativ dazu kann die Erhöhung der Kraftstoff-Einspritzmenge ganz dadurch erreicht werden, dass man die Kraftstoff-Einspritzmenge des Mündungs-Einspritzventils 2 erhöht.
  • Auf diese Weise wird, wenn der Katalysator 9 sich nicht in einem Überhitzungszustand befindet, das Verhältnis der Mündungs-Einspritzmenge zur Zylinder-Einspritzmenge allmählich angehoben. Dann, wenn der Katalysator 9 in einen Überhitzungszustand gerät, wird die Kraftstoff-Einspritzmenge erhöht. In einem Fall, wo die Erhöhung der Kraftstoff-Einspritzmenge wiederholt durchgeführt wird, nimmt der Umfang der Kraftstoffzunahme bei jeder Erhöhung vorzugsweise im Vergleich zur vorangehenden Kraftstoffzunahmemenge ab.
  • Nun wird die Schätzung der Katalysatortemperatur Tc, die in Schritt S604 durchgeführt wird, beschrieben. Die ECU 130 berechnet die Motordrehzahl NE auf der Basis eines Ausgangssignals von einem Kurbelsensor 44. Die ECU 130 teilt die Ansaugluft-Strömungsrate GA, die vom Luftströmungssensor 43 erfasst wird, durch die Motordrehzahl NE, um die Motorlast KL (g/rev) zu ermitteln. (GN = GA/NE). Die ECU 130 schätzt dann die Katalysatortemperatur Tc auf der Basis der Motordrehzahl NE, der Motorlast KL und des Konstanttemperatur-Kennfelds, das dem in Schritt S603 von 14 bestimmten Einspritzungsmengenverhältnis entspricht. In der vorliegenden Ausführungsform wird die Katalysatortemperatur Tc anhand eines gewichteten Durchschnittsbildungsverfahrens oder eines „graduellen Änderungs"-Verfahrens ermittelt. Genauer wird die Katalysatortemperatur Tc (°C) anhand der folgenden Gleichungen ermittelt. Katalysatortemperatur Tc [°C] = (1 – [Zeitkonstante]) × [Vorheriger Wert] + [Zeitkonstante] × ([Konstanttemperatur] – [Vorheriger Wert]) oder Katalysatortemperatur Tc [°C] = [Vorheriger Wert] + [Zeitkonstante] × [Konstanttemperatur]
  • Der vorherige Wert bezieht sich auf die Katalysatortemperatur Tc, die im vorangehenden Zyklus ermitteln wurde.
  • Wenn der Verbrennungsmotor 1 weiterhin in einem vorgegebenen konstanten Betriebszustand arbeitet (Motordrehzahl NE, Motorlast KL, Kraftstoff-Einspritzungsmodus (Verhältnis zwischen Zylinder-Einspritzungsmenge und Mündungs-Einspritzung)), d. h. wenn der stabile Betrieb des Verbrennungsmotors 1 anhält, nähert sich die Katalysatortemperatur Tc einer bestimmten Temperatur. Der Konvergenzwert der Katalysatortemperatur Tc während des stabilen Betriebs des Verbrennungsmotors 1 ist die Konstanttemperatur in der obigen Gleichung.
  • Die Zeitkonstante ist ein numerischer Wert, der die Änderungsrate der Katalysatortemperatur Tc darstellt, und nimmt einen Wert von null bis eins an. Die Zeitkonstante nimmt in einem Betriebszustand, wo die Katalysatortemperatur Tc schnell geändert wird, einen Wert nahe eins an. Die Zeitkonstante nimmt in einem Betriebszustand, wo die Katalysatortemperatur Tc langsam geändert wird, einen Wert nahe null an. Die Zeitkonstante wird auf der Basis des Motorbetriebszustands, wie der Motorlast KL, der Motordrehzahl NE und dem Kraftstoff-Einspritzungsmengenverhältnis, unter Bezugnahme auf ein vorgegebenes Zeitkonstanten-Kennfeld berechnet.
  • 15(a) und 15(b) zeigen Bespiele für Kennfelder, auf die zurückgegriffen wird, um die Konstanttemperatur zu ermitteln. Das Konstanttemperatur-Kennfeld von 15(a) wird in einem Fall verwendet, wo das Einspritzungsmengenverhältnis (Zylinder-Einspritzung:Mündungs-Einspritzung) 0:10 ist. Abgesehen von diesen Kennfeldern werden eine Reihe von Konstanttemperatur-Kennfeldern, die Einspritzungsmengenver hältnissen entsprechen, erstellt. Das Zeitkonstanten-Kennfeld und die Konstanttemperatur-Kennfelder werden beispielsweise durch Versuche ermittelt und im ROM 137 der ECU 130 gespeichert. Wenn die Katalysatortemperatur Tc berechnet wird, ruft die ECU 130 das Konstanttemperatur-Kennfeld und das Zeitkonstanten-Kennfeld aus dem ROM 137 ab. Die Konstanttemperatur und die Zeitkonstante können gemäß vorgegebenen Funktionsausdrücken anstelle von Kennfeldern berechnet werden. Die Katalysatortemperatur Tc kann auf der Basis eines Werts, der vom Abgastemperatursensor 46 gemessen wird, ermitteln werden. Alternativ dazu kann die Katalysatortemperatur Tc vom Temperatursensor 40 ermittelt werden, der die Katalysatortemperatur direkt erfasst wie in der ersten Ausführungsform.
  • Im Allgemeinen steigt die Wärmemenge, die pro Zeiteinheit durch Verbrennung erzeugt wird, wenn die Motorlast und die Drehzahl des Verbrennungsmotors 1 erhöht werden. Somit wird die Katalysatortemperatur Tc erhöht. Wie in 15(a) und 15(b) dargestellt, ist unter der Bedingung, dass die Motordrehzahl NE und die Motorlast KL konstant sind, die Konstanttemperatur höher, wenn der Anteil der Zylinder-Einspritzmenge 100% ist, als wenn der Anteil der Zylinder-Einspritzmenge 0% ist. Anders ausgedrückt, die Katalysatortemperatur Tc ist niedriger, wenn eine Mündungs-Einspritzung durchgeführt wird, als wenn eine Zylinder-Einspritzung durchgeführt wird. Wenn verhindert werden muss, dass die Katalysatortemperatur Tc steigt, ist es daher wirksam, den Anteil der Mündungs-Einspritzmenge zu erhöhen.
  • In der oben beschriebenen vorliegenden Erfindung wird, wenn die Katalysatortemperatur Tc bei oder über einer vorgegebenen Temperatur liegt und der Katalysator 9 sich nicht im Überhitzungszustand befindet, das Verhältnis von Mündungs-Einspritzmenge zu Zylinder-Einspritzmenge erhöht. Wie in der ersten Ausführungsform wird daher die Katalysatortemperatur Tc vorteilhafterweise gesenkt, während toxische Substanzen, wie CO, HC und NOx, die im Abgas enthalten sind, und schwarzer Rauch verringert werden. Da außerdem durch Erhöhen des Mündungs-Einspritzungsmengenanteils verhindert wird, dass die Katalysatortemperatur Tc steigt, muss die Kraftstoff- Einspritzmenge an sich nicht erhöht werden. Dies verhindert eine Verschlechterung der Kraftstoffausnutzung.
  • Wenn der Verbrennungsmotor 1 unter hoher Last arbeitet, wird ferner die Zylinder-Einspritzung, die überlegen ist, wenn es darum geht, Leistung für den Verbrennungsmotor zu erzeugen, aktiv durchgeführt. Wenn verhindert werden muss, dass die Temperatur des Katalysators 9 steigt, wird allmählich der Mündungseinspritzungs-Mengenanteil erhöht. Somit wird verhindert, dass die Katalysatortemperatur Tc steigt, während der Verbrennungsmotor 1 die Leistungserzeugung maximieren kann.
  • Wenn der Katalysator 9 sich im Zustand der Überhitzung befindet, wird die Kraftstoff-Einspritzmenge erhöht, so dass ein Anstieg der Katalysatortemperatur Tc zuverlässig verhindert wird.
  • Nun wird eine fünfte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf 16 und 17 beschrieben. Es werden hauptsächlich die Unterschiede zur vierten Ausführungsform von 13 bis 15(b) erörtert.
  • 16 und 17 sind Ablaufschemata, die ein Verfahren der Kraftstoff-Einspritzungssteuerung gemäß dieser Ausführungsform zeigen. Wie in 16 dargestellt, bestimmt die ECU 130 in Schritt S701 zuerst, ob ein Verbrennungsmotor 1 unter hoher Last arbeitet. Wenn der Verbrennungsmotor 1 unter hoher Last arbeitet, setzt die ECU 130 einen Kraftstoff-Einspritzungsmodus, der bewirkt, dass das Zylinder-Einspritzventil 3 Kraftstoff einspritzt, und um zu verhindern, dass das Mündungs-Einspritzventil 2 Kraftstoff einspritzt. Dann geht die ECU 130 zu Schritt S703 weiter. Wenn der Verbrennungsmotor 1 nicht unter hoher Last arbeitet, setzt die ECU 130 einen Einspritzmodus, der sich vom Einspritzmodus, der in Schritt S702 gesetzt wurde, unterscheidet. Beispielsweise setzt die ECU 130 einen Modus, wo nur das Mündungs-Einspritzventil 2 Kraftstoff einspritzt. Anschließend geht die ECU 130 zu Schritt S706 von 17 weiter.
  • In Schritt S703 ruft die ECU 130 ein Konstanttemperatur-Kennfeld und ein Zeitkonstanten-Kennfeld ab, die dem Kraftstoff-Einspritzungsmengenverhältnis (Zylindereinspritzung:Mündungs-Einspritzung) von 10:0 entsprechen, und schätzt die Katalysatortemperatur Tc. Die Schätzung der Katalysatortemperatur Tc wird auf die gleiche Weise durchgeführt wie in der vierten Ausführungsform, und das Kennfeld von 15(a) wird als Konstanttemperatur-Kennfeld verwendet. In Schritt S704 bestimmt die ECU 130, ob die geschätzte Katalysatortemperatur Tc bei oder über einer vorgegebenen Temperatur liegt. Wie in der vierten Ausführungsform beschrieben, ist die vorgegebene Katalysatortemperatur niedriger als eine Temperatur (ein Bezugswert) zur Bestimmung, dass der Katalysator 9 sich in einem Überhitzungszustand befindet. Wenn die Katalysatortemperatur Tc niedriger ist als die vorgegebene Temperatur, wird das aktuelle Verfahren vorübergehend ausgesetzt.
  • Wenn dagegen die Katalysatortemperatur Tc bei oder über der vorgegebenen Temperatur liegt, geht die ECU 130 zu Schritt S705 weiter und ändert den Kraftstoff-Einspritzungsmodus. Genauer setzt die ECU 130 einen Kraftstoff-Einspritzungsmodus, in dem verhindert wird, dass das Zylinder-Einspritzventil 3 Kraftstoff einspritzt, und in dem das Mündungs-Einspritzventil 2 Kraftstoff einspritzt. Daher beträgt das Kraftstoff-Einspritzungsmengenverhältnis (Zylindereinspritzung:Stutzeneinspritzung) 0:10.
  • Dann ruft die ECU 130 in Schritt S706 ein Konstanttemperatur-Kennfeld und ein Zeitkonstanten-Kennfeld ab, die dem Kraftstoff-Einspritzungsmengenverhältnis (Zylindereinspritzung:Mündungs-Einspritzung) von 0:10 entsprechen, und schätzt die Katalysatortemperatur Tc. Das Kennfeld von 15(b) wird als Konstanttemperatur-Kennfeld verwendet. In Schritt S707 bestimmt die ECU 130, ob der Katalysator 9 sich in einem Überhitzungszustand befindet. Wenn der Katalysator 9 sich nicht im Überhitzungszustand befindet, setzt die ECU 130 das aktuelle Verfahren vorübergehend aus. Wenn sie bestimmt, dass der Katalysator 9 sich in einem Überhitzungszustand befindet, geht die ECU 130 zu Schritt S708 weiter. In Schritt S708 erhöht die ECU 130 die Kraftstoff-Einspritzmenge des Zylinder-Einspritzventils 3 und setzt das aktuelle Verfahren vorübergehend aus.
  • Wenn bestimmt wird, dass der Katalysator 9 sich in einem Überhitzungszustand befindet, I wird in dieser Ausführungsform Kraftstoff über die Zylinder-Einspritzung vermehrt (Schritt S708). Das heißt, in einem Zustand unmittelbar vor der Kraftstoffvermehrung durch die Zylinder-Einspritzung, wird Brennstoff, der verbrannt werden soll, nur durch die Mündungs-Einspritzung zugeführt. Wenn die Kraftstoffeinspritzung in diesem Zustand erhöht wird, wird die Vermehrungsmenge kaum verbrannt. Daher verlangsamt die Vermehrung der Zylinder-Einspritzung die Verbrennung nicht, während Luft durch die Verdampfungswärme des Kraftstoffs, der direkt in den Zylinder 1S eingespritzt wird, gekühlt wird. Daher senkt eine Kraftstofferhöhung durch die Zylindereinspritzung die Abgastemperatur und die Katalysatortemperatur Tc wirksam.
  • Auf diese Weise ist es, je nach dem Kraftstoff-Einspritzungsmodus vor der Erhöhung der Kraftstoffmenge, wirksam, die Kraftstoffmenge nur unter Verwendung des Zylinder-Einspritzventils 3 zu erhöhen. Das heißt, ein Modus zum Steuern der Einspritzventile 2, 3 bei der Erhöhung der Kraftstoffmenge kann je nach Bedarf gemäß dem Motorbetriebszustand (einschließlich der Motordrehzahl NE, der Motorlast KL, des Kraftstoff-Einspritzungsmodus, des Kraftstoffeinspritzungsverhältnisses zwischen den Einspritzventilen 2, 3) gesetzt werden.
  • In den dargestellten Ausführungsformen ist das Ansaugkanal-Einspritzventil nicht auf das Mündungs-Einspritzventil 2, das Kraftstoff zur Ansaugmündung 4a spritzt, beschränkt. Das Ansaugkanal-Einspritzventil kann ein Einspritzventil sein, das sich im Ausgleichsbehälter 47 befindet (siehe 13). Beispielsweise kann es sich bei dem Ansaugkanal-Einspritzventil um einen Kaltstartinjektor handeln, der betätigt wird, wenn der Verbrennungsmotor 1 kaltgestartet wird.
  • Anstelle der Erfassung der Ansaugluft-Strömungsrate GA mit dem Luftströmungssensor 43 kann die Ansaugluft-Strömungsrate auch auf der Basis eines Ansaugluftdrucks, der von einem Drucksensor erfasst wird, der im Ansaugkanal 4 vorge sehen ist, berechnet werden. Die Motorlast KL kann unter Verwendung des Verstellwegs des Gaspedals als Parameter berechnet werden.
  • In den dargestellten Ausführungsformen wird die Verhinderung der Überhitzung des Katalysators 9 beschrieben. Jedoch kann die vorliegende Erfindung auf die Vermeidung einer Überhitzung anderer Bauteile, die in einem Abgassystem (in einer Abgasleitung 7) vorgesehen sind, angewendet werden. Das heißt, die vorliegende Erfindung kann auf Abgassystemkomponenten wie den A/F-Sensor 41 und den Abgastemperatursensor 46 angewendet werden.

Claims (15)

  1. Kraftstoffeinspritzungs-Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor, wobei der Verbrennungsmotor ein Zylinder-Einspritzventil zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Zylinder des Verbrennungsmotors, ein Ansaugkanal-Einspritzventil zum Einspritzen von Kraftstoff in einen mit dem Zylinder verbundenen Ansaugkanal und einen mit dem Zylinder verbundenen Abgaskanal aufweist, wobei die Vorrichtung durch Folgendes gekennzeichnet ist: einen Temperaturbestimmungsabschnitt, der bestimmt, ob die Temperatur einer Komponente, die sich im Abgaskanal befindet, bei oder über einer vorgegebenen Temperatur liegt; und einen Einspritzungssteuerabschnitt, der das Zylinder-Einspritzventil und das Ansaugkanal-Einspritzventil steuert, wobei, wenn die Temperatur der Komponente bei oder über der vorgegebenen Temperatur liegt, der Einspritzungssteuerabschnitt das Verhältnis einer Kraftstoff-Einspritzmenge des Ansaugkanal-Einspritzventils zu einer Kraftstoff-Einspritzmenge des Zylinder-Einspritzventils im Vergleich zu dem Fall, dass die Temperatur der Komponente nicht bei oder über der vorgegebenen Temperatur liegt, erhöht, ohne die Gesamtmenge des dem Zylinder zugeführten Kraftstoffs zu ändern.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Einspritzungssteuerabschnitt das Verhältnis der Kraftstoff-Einspritzmenge des Ansaugkanal-Einspritzventils zur Kraftstoff-Einspritzmenge des Zylinder-Einspritzventils entsprechend einem Betriebszustand des Verbrennungsmotors einstellt.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Fall, wo die Temperatur der Komponente auf oder über die vorgegebene Temperatur steigt, wenn der Verbrennungsmotor in einem Kraftstoff-Einspritzmodus betrieben wird, in dem Kraftstoff nur vom Zylinder-Einspritzventil eingespritzt wird, der Einspritzungs-Steuerabschnitt bewirkt, dass das Zylinder-Einspritzventil die Kraft stoffeinspritzung beendet, und bewirkt, dass das Ansaugkanal-Einspritzventil Kraftstoff einspritzt.
  4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgegebene Temperatur ein Bezugswert ist, der anzeigt, dass die Komponente im Überhitzungszustand vorliegt, oder eine Temperatur, die niedriger ist als der Bezugswert.
  5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgegebene Temperatur ein Bezugswert ist, der anzeigt, dass die Komponente im Überhitzungszustand vorliegt, wobei, wenn die Temperatur der Komponente immer noch bei oder über dem Bezugswert liegt, nachdem das Verhältnis der Kraftstoff-Einspritzmenge des Ansaugkanal-Einspritzventils zur Kraftstoff-Einspritzmenge des Zylinder-Einspritzventils erhöht wurde, der Einspritzungs-Steuerabschnitt die Gesamtmenge des dem Zylinder zugeführten Kraftstoffs erhöht.
  6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgegebene Temperatur eine Temperatur ist, die niedriger ist als ein Bezugswert, der anzeigt, dass die Komponente im Überhitzungszustand vorliegt, wobei, wenn die Temperatur der Komponente bei oder über dem Bezugswert liegt, der Einspritzungs-Steuerabschnitt die Gesamtmenge des Kraftstoff, der dem Zylinder zugeführt wird, erhöht.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgegebene Temperatur eine Temperatur ist, die unter einem Bezugswert liegt, der anzeigt, dass die Komponente im Überhitzungszustand vorliegt, wobei in einem Fall, wo die Temperatur der Komponente auf oder über die vorgegebene Temperatur steigt, wenn der Verbrennungsmotor in einem Kraftstoff-Einspritzmodus betrieben wird, in dem Kraftstoff nur vom Zylinder-Einspritzventil zugeführt wird, der Einspritzungs-Steuerabschnitt bewirkt, dass das Zylinder-Einspritzventil die Kraftstoffeinspritzung beendet, und bewirkt, dass das Ansaugkanal-Einspritzventil Kraftstoff einspritzt, und danach, wenn die Temperatur der Komponente auf oder über den Bezugswert steigt, der Einspritzungs-Steuerabschnitt auch bewirkt, dass das Zylinder-Einspritzventil Kraftstoff einspritzt, wodurch die Gesamtmenge an Kraftstoff, die dem Zylinder zugeführt wird, erhöht wird.
  8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch einen Abschnitt zum Bestimmen des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses, wobei vor der Bestimmung der Temperatur der Komponente durch den Temperaturbestimmungsabschnitt der Abschnitt zum Bestimmen des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses bestimmt, ob ein tatsächliches Luft/Kraftstoff-Verhältnis einer Mischung aus Luft und Kraftstoff über einem Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis liegt, wobei, wenn das tatsächliche Luft/Kraftstoff-Verhältnis über dem Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis liegt, der Einspritzungs-Steuerabschnitt die Kraftstoff-Einspritzmenge des Zylinder-Einspritzventils und/oder des Ansaugkanal-Einspritzventils erhöht, so dass das tatsächliche Luft/Kraftstoff-Verhältnis sich dem Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis annähert.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass, wenn das tatsächliche Luft/Kraftstoff-Verhältnis über dem Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis liegt, der Einspritzungs-Steuerabschnitt zuerst die Kraftstoff-Einspritzmenge des Ansaugkanal-Einspritzventils erhöht und danach, wenn das tatsächliche Luft/Kraftstoff-Verhältnis immer noch über dem Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis liegt, der Einspritzungs-Steuerabschnitt die Kraftstoff-Einspritzmenge des Zylinder-Einspritzventils erhöht.
  10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperaturbestimmungsabschnitt auf Basis eines mit der Temperatur der Komponente in Zusammenhang stehenden Parameters bestimmt, ob die Temperatur der Komponente bei oder über der vorgegebenen Temperatur liegt.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperaturbestimmungsabschnitt die Temperatur der Komponente auf der Basis des Verbrennungsmotor-Betriebszustands und eines Kraftstoff-Einspritzverhältnisses zwischen dem Zylinder-Einspritzventil und dem Ansaugkanal-Einspritzventil bestimmt.
  12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponente einen Katalysator einschließt, der Abgas, das durch den Abgaskanal strömt, reinigt.
  13. Vorrichtung nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch einen Temperatursensor, der die Temperatur des Katalysators erfasst.
  14. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinder einer aus einer Vielzahl von Zylindern ist und der Katalysator einer aus einer Vielzahl von Katalysatoren ist, wobei jeder Katalysator mindestens einem der Zylinder entspricht, und wobei der Temperaturbestimmungsabschnitt bestimmt, ob die Temperatur der einzelnen Katalysatoren bei oder über der vorgegebenen Temperatur liegt, und wobei der Einspritzungs-Steuerabschnitt in Bezug auf den Zylinder, der dem Katalysator entspricht, dessen Temperatur als bei oder über der vorgegebenen Temperatur liegend bestimmt wird, das Verhältnis der Kraftstoff-Einspritzmenge des Ansaugkanal-Einspritzventils zur Kraftstoff-Einspritzmenge des Zylinder-Einspritzventils erhöht.
  15. Kraftstoff-Einspritzverfahren für einen Verbrennungsmotor, wobei der Verbrennungsmotor ein Zylinder-Einspritzventil zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Zylinder des Verbrennungsmotors, ein Ansaugkanal-Einspritzventil zum Einspritzen von Kraftstoff in einen mit dem Zylinder verbundenen Ansaugkanal und einen mit dem Zylinder verbundenen Abgaskanal aufweist, wobei das Verfahren durch Folgendes gekennzeichnet ist: Bestimmen, ob die Temperatur einer Komponente, die sich im Abgaskanal befindet, bei oder über einer vorgegebenen Temperatur liegt; und Erhöhen des Verhältnisses einer Kraftstoff-Einspritzmenge des Ansaugkanal-Einspritzventils zu einer Kraftstoff-Einspritzmenge des Zylinder-Einspritzventils im Vergleich zu dem Fall, dass die Temperatur der Komponente nicht bei oder über der vorgegebenen Temperatur liegt, ohne die Gesamtmenge des dem Zylinder zugeführten Kraftstoffs zu ändern, wenn die Temperatur der Komponente bei oder über der vorgegebenen Temperatur liegt.
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