DE60211990T2

DE60211990T2 - Direkteinspritz- und Funkengezündeter Motor mit einer Turboaufladevorrichtung, Steuermethode und rechnerlesbares Speichermedium dafür

Info

Publication number: DE60211990T2
Application number: DE60211990T
Authority: DE
Inventors: Hiroyasu Aki-gun Uchida; Kazuaki Aki-gun Umezono; Mikihito Aki-gun Fujii
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2001-03-30
Filing date: 2002-03-26
Publication date: 2007-01-25
Anticipated expiration: 2022-03-27
Also published as: EP1245815B1; US20020162320A1; DE60211990D1; US6684630B2; EP1245815A3; EP1245815A2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Direkteinspritzungs-Funkenzündungs-Motor mit einer Turboaufladevorrichtung, ein Motorregel- bzw. -steuerverfahren für einen Direkteinspritzungs-Funkenzündungs-Motor mit einer Turboaufladevorrichtung, ein computerlesbares Speichermedium, das darauf ein Computerprogramm speichert, und ein Computerprogramm zum Durchführen eines Motorregel- bzw. -steuerverfahrens, wenn es auf einem geeigneten Computer laufen gelassen wird.
Neulich bzw. in jüngster Zeit wird von einem Kraftfahrzeug-Funkenzündungs-Motor gefordert, stark seine Kraftstoffeffizienz aus Umweltstandpunkten, wie beispielsweise Energieeinsparung und Verringerung an CO₂ (Kohlendioxid) Emission zu verbessern. Unter der Anforderung hat sich ein Direkteinspritzungs-Funkenzündungs-Motor rasch verbreitet, in welchem der Kraftstoff direkt in Verbrennungskammern eingespritzt wird, um sich in der Nähe einer Zündkerze zu sammeln (geschichtet zu werden), um eine Zündfähigkeit bzw. Zündbarkeit zu vergrößern bzw. zu verbessern, während veranlaßt wird, daß ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis magerer als ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, um eine Kraftstoffeffizienz zu verbessern.
Ein Motor mit einer Turboaufladevorrichtung wurde auch bekannt, welcher die Zunahme in einer Motorleistung mittels eines hohen Einlaßdrucks oder einer hohen Aufladeeffizienz erzielt, welche durch die effiziente Verwendung des hohen Abgasdrucks in dem Kraftfahrzeugmotor bewirkt wird. Ein derartiger Motor mit einer Turboaufladevorrichtung wurde in den letzten Jahren hinsichtlich seiner Wirksamkeit bzw. Effektivität zur Bereitstellung eines magereren Luft-Kraftstoff-Verhältnisses beachtet.
Mittlerweile wird normalerweise ein Katalysatorkonverter, der einen Abgasreinigungskatalysator adaptiert bzw. annimmt, an einem Abgasdurchtritt eines Motors angeordnet. Der Katalysator reinigt Schadstoffe, wie beispielsweise NOx (Stickstoffoxide), HC (Kohlenwasserstoff) und CO (Kohlenmonoxid), die im Abgas enthalten sind, das von den Verbrennungskammern des Motors des Automobils emittiert wird. Der Abgasreinigungskatalysator weist im allgemeinen ein Merkmal bzw. eine Charakteristik einer ausreichenden Reinigung für das Abgas unter einer höheren Temperatur als seine Aktivierungstemperatur und eine unzureichende Reinigung für das Abgas unter einer niedrigeren Temperatur als die Aktivierungstemperatur auf.
Demgemäß ist, wenn der Motor in einem kalten Zustand startet, der Abgasreinigungskatalysator während einer bestimmten Periode, nachdem der Motor startet, nicht aktiviert. Um Schadstoffe sofort nach einem Kaltstart zu reduzieren, ist es erforderlich, daß der Abgasreinigungskatalysator seine Temperatur rasch anhebt, um eine frühe Aktivierung zu erzielen.
In einem Motor mit einer Turboaufladevorrichtung ist jedoch eine Turbine der Turboaufladevorrichtung am Abgasdurchtritt angeordnet, und der Katalysatorkonverter bzw. -wandler ist an der stromabwärtigen Seite der Turbine angeordnet. Deshalb gibt es in dieser Anordnung ein Problem, daß der Temperaturanstieg oder die Aktivierung des Abgasreinigungs katalysators bei einem Kaltstart verzögert ist bzw. wird, weil die Turbine das Abgas (beispielsweise auf 100°C) kühlt. Um das Problem zu vermeiden, kann der Katalysatorkonverter auf der stromaufwärtigen Seite der Turboaufladevorrichtung angeordnet sein. In diesem Fall ist jedoch der Katalysatorkonverter unmittelbar stromabwärts der Verbrennungskammern angeordnet, so daß der Abgasreinigungskatalysator ungehörig bzw. übermäßig erhitzt wird, wenn der Motor völlig erwärmt ist, was ein Problem der Verschlechterung seiner Haltbarkeit aufgrund der Wärme bzw. Hitze verursacht. Zusätzlich verursacht der Durchflußwiderstand aufgrund des Katalysatorkonverters auf der stromaufwärtigen Seite der Turbine unvermeidlich eine Turboverzögerung, welche die Beschleunigungsantwort in der Turboaufladevorrichtung beeinträchtigt.
In Anbetracht der obigen Probleme wurden einige Annäherungen bzw. Ansätze gemacht. Eine (r) von ihnen ist ein aufgeladener Motor, welcher seine Turbinendrehzahl beim Kaltstart senkt, um eine Wärmeübertragung vom Abgas auf die Turbine zu unterdrücken, um einen Temperaturanstieg oder eine Aktivierung des Abgasreinigungskatalysators zu fördern (geoffenbart in der Japanischen Patentveröffentlichung H9-100724).
Der andere ist ein Direkteinspritzungs-Funkenzündungs-Motor, in welchem eine Kraftstoffeinspritzung in zwei unterteilt bzw. geteilt ist, oder Kraftstoff im Einlaßhub und dem Kompressionshub beim Kaltstart eingespritzt wird, um die Temperatur des Abgases zum Fördern bzw. Unterstützen eines Temperaturanstiegs oder einer Aktivierung des Abgasreinigungskatalysators zu erhöhen (geoffenbart in der Japanischen Patentveröffentlichung H10-212987).
Ein anderer Direkteinspritzungs-Funkenzündungs-Motor wurde auch vorgeschlagen, in welchem der Kraftstoff im Einlaßhub und im Kompressionshub während einer vorbestimmten Periode nach einem Kaltstart eingespritzt wird, dann Kraftstoff im Kompressionshub und im Expansionshub nach der Periode eingespritzt wird, um die Temperatur des Abgases zum Fördern eines Temperaturanstiegs oder einer Aktivierung des Abgasreinigungskatalysators zu erhöhen (geoffenbart in der Japanischen Patentveröffentlichung Nr. 2000-120471).
In der Zwischenzeit wurden die Emissionsstandards für Kraftfahrzeugmotoren kürzlich strenger, welche erfordern, daß die Motoren ihre Abgasreinigungskatalysatoren beispielsweise innerhalb von etwa 30 Sekunden nach einem Kaltstart aktivieren. Jedoch können die herkömmlichen Ansätze, um eine Aktivierung des Abgasreinigungskatalysators beim Kaltstart zu fördern, wie sie in der Japanischen Patentveröffentlichung H9-100724, H10-212987 oder 2000-120471 geoffenbart sind, die oben beschrieben sind, zum Unterstützen des Temperaturanstiegs oder der Aktivierung des Abgasreinigungskatalysators unter so strengen Emissionsstandards unzureichend sein, demgemäß sucht die Autoindustrie effektivere Ansätze, um eine Aktivierung des Abgasreinigungskatalysators zu fördern.
EP 1 004 762 A , welche die Merkmale der Oberbegriffe der unabhängigen Patentansprüche offenbart, offenbart ein Verfahren zum Regeln bzw. Steuern der Einspritzung und Zündung in einem Direkteinspritzungsmotor, so daß das Erwärmen eines katalytischen Konverters bzw. Wandlers, der in einem Abgasrohr angeordnet ist, beschleunigt werden kann. Dieses Verfahren führt eine erste Einspritzung von Kraftstoff wäh rend eines Saughubs und/oder eines Kompressionshubs des Motors und eine zweite Einspritzung während des Ausstoß- bzw. Auspuffhubs durch. Die zweite Einspritzung dient dazu, die Temperatur des Abgases, das in den Katalysator fließt bzw. strömt, durch ein Verbrennen des Kraftstoffs, der während des Auspuffhubs eingespritzt wird, zusammen mit dem Sauerstoff anzuheben, der im Abgas verblieben ist, welches von der Verbrennungskammer ausgestoßen wird. Das gesamte Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases ist nahe dem stöchiometrischen Wert eingestellt.
In Anbetracht der obigen Probleme ist das Ziel bzw. der Gegenstand der vorliegenden Erfindung, eine Annäherung bzw. einen Ansatz bereitzustellen, um den Temperaturanstieg oder die Aktivierung des Abgasreinigungskatalysators, welcher an der stromabwärtigen Seite der Turbine am Abgasdurchtritt im Direkteinspritzungs-Funkenzündungs-Motor mit der Turboaufladevorrichtung angeordnet ist, beim Kaltstart ausreichend zu fördern bzw. zu unterstützen.
Dieses Ziel wird gemäß der Erfindung durch einen Direkteinspritzungs-Funkenzündungs-Motor gemäß Patentanspruch 1, durch ein Motorregel- bzw. -steuerverfahren gemäß Patentanspruch 15, durch ein computerlesbares Speichermedium, welches darauf ein Computerprogramm speichert, gemäß Patentanspruch 16 und durch ein Computerprogramm gemäß Patentanspruch 17 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand den abhängigen Patentansprüche.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird dieses Ziel erreicht durch einen Direkteinspritzungs-Funkenzündungs-Motor mit einer Turboaufladevorrichtung, umfassend eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung zum direkten Einspritzen von Kraft stoff in eine Verbrennungskammer, eine Zündvorrichtung zum Zünden des eingespritzten Kraftstoffs, einen Abgasreinigungskatalysator, eine Kraftstoffeinspritz-Regel- bzw. -Steuereinrichtung zum Regeln bzw. Steuern der Menge und des Zeitpunkts der Kraftstoffeinspritzung durch die Kraftstoffeinspritzeinrichtung, eine Zündungs-Regel- bzw. -Steuereinrichtung zum Regeln bzw. Steuern des Zündzeitpunkts durch die Zündvorrichtung, und eine Einlaßluft-Regel- bzw. -Steuereinrichtung zum Regeln bzw. Steuern der Menge an Einlaßluft, welche in die Verbrennungskammer eingebracht ist bzw. wird,
wobei die Kraftstoffeinspritz-Regel- bzw. -Steuereinrichtung die Kraftstoffeinspritzeinrichtung veranlaßt, eine unterteilte Einspritzung einer vorangehenden bzw. voreilenden Kraftstoffeinspritzung in einer vorangehenden Periode vor dem Zündzeitpunkt, beinhaltend den Einlaßhub, und einer nachfolgenden bzw. nacheilenden Kraftstoffeinspritzung in einer nachfolgenden Periode des Expansionshubs nach dem Zündzeitpunkt während eines vorbestimmten Betriebszustands durchzuführen, wo der Abgasreinigungskatalysator zu aktivieren ist, dadurch gekennzeichnet, daß
der Motor weiterhin eine Turboaufladevorrichtung umfaßt, welche eine Turbine beinhaltet,
der Abgasreinigungskatalysator an der stromabwärtigen Seite der Turbine der Turboaufladevorrichtung in einem Abgasdurchtritt angeordnet ist, und
die Kraftstoffeinspritz-Regel- bzw. -Steuereinrichtung die Kraftstoffeinspritzeinrichtung regelt bzw. steuert und die Einlaßluft-Regel- bzw. -Steuereinrichtung die Menge an Einlaßluft regelt bzw. steuert, so daß das Überschußluftverhältnis λ in der Verbrennungskammer größer als 1 ist, wenn die Verbrennung des Kraftstoffs durch die nachfolgende Kraftstoffeinspritzung und die vorangehende Kraftstoffein spritzung abgeschlossen ist, so daß die Turbine, die das Abgas bewegt, ein Nachverbrennen erzeugt bzw. generiert, wodurch ein Temperaturanstieg des Abgases bewirkt wird, welches zu dem Abgasreinigungskatalysator ausgebracht ist bzw. wird, welcher an der stromabwärtigen Seite der Turbine angeordnet ist.
Vorzugsweise regelt bzw. steuert bei niedriger Motordrehzahl und niedriger Motorlast die Kraftstoffeinspritz-Regel- bzw. -Steuereinrichtung die Kraftstoffeinspritzeinrichtung und die Einlaßluft-Regel- bzw. -Steuereinrichtung kann die Menge an Einlaßluft derart regeln bzw. steuern, daß das Überschußluftverhältnis λ in der Verbrennungskammer innerhalb des Bereichs von 2 bis 3 liegt, wenn der Kraftstoff durch die vorangehende Kraftstoffeinspritzung verbrennt.
Demgemäß verbrennt der Kraftstoff, der durch die vorangehende Kraftstoffeinspritzung eingespritzt wird, unter einem hohen volumetrischen Wirkungsgrad (ηv) mit einem magereren Luft-Kraftstoff-Verhältnis von λ von 2 bis 3 (dieser Zustand bzw. diese Bedingung wird als "eine vorangehende Verbrennung" bezeichnet bzw. erwähnt). Zusätzlich verbrennt der Kraftstoff durch die nachfolgende Kraftstoffeinspritzung effektiv bzw. wirksam wegen eines magereren Luft-Kraftstoff-Verhältnisses (Abgasluft-Kraftstoff-Verhältnisses) von λ kleiner als 1 bei der Verbrennung (diese Verbrennung wird als eine "nachfolgende Verbrennung" bezeichnet bzw. erwähnt). Zu diesem Zeitpunkt erhöht die nachfolgende Verbrennung die Abgastemperatur. Außerdem bewegt die Turbine der Turboaufladevorrichtung das Abgas (diese Bewegung wird als "Turbinenbewegung" bezeichnet bzw. erwähnt). Die Turbinenbewegung veranlaßt unverbranntes HC im Abgas zu oxidieren (Nachverbrennen), und diese exotherme Reaktion erhöht weiter die Abgastemperatur. Auf diese Weise wird die Abgastemperatur mit Wärme durch die nacheilende bzw. nachfolgende Verbrennung und durch die Oxidation des unverbrannten HC durch die Turbinenbewegung erhöht bzw. angehoben, um die Abgastemperatur stark zum wirksamen Fördern des Temperaturanstiegs oder der Aktivierung des Abgasreinigungskatalysators in der stromabwärtigen Seite der Turbine zu erhöhen.
Vorzugsweise kann der vorbestimmte Betriebszustand sein, wo sich der Abgasreinigungskatalysator in einem inaktivierten Zustand befindet, in der frühen Stufe des inaktivierten Zustands kann die Zündungs-Regel- bzw. -Steuereinrichtung die Zündvorrichtung veranlassen, zu einem Zeitpunkt nach MBT (minimales Vorrücken für das beste Drehmoment) um eine bestimmte Periode zu zünden, und die Kraftstoffeinspritz-Regel- bzw. -Steuereinrichtung kann die Kraftstoffeinspritzeinrichtung veranlassen, Kraftstoff vor dem Zündzeitpunkt einzuspritzen, in der späten Stufe des inaktivierten Zustands kann die Kraftstoffeinspritz-Regel- bzw. -Steuereinrichtung die Kraftstoffeinspritzeinrichtung veranlassen, eine unterteilte Einspritzung einer vorangehenden Kraftstoffeinspritzung in einer vorangehenden Periode vor dem Zündzeitpunkt, beinhaltend den Einlaßhub, und einer nachfolgenden Kraftstoffeinspritzung in einer nachfolgenden Periode des Expansionshubs nach dem Zündzeitpunkt durchzuführen, und die Kraftstoffeinspritz-Regel- bzw. -Steuereinrichtung kann die Kraftstoffeinspritzeinrichtung regeln bzw. steuern und die Einlaßluft-Regel- bzw. -Steuereinrichtung regelt bzw. steuert die Menge an Einlaßluft derart, daß ein Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnis nach der Verbrennung des Kraftstoffs durch die nachfolgende Kraftstoff einspritzung magerer als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist.
Demgemäß steigt in der frühen Stufe eines Zustands, wo der Abgasreinigungskatalysator in einem inaktivierten Zustand ist, oder wenn die Motortemperatur relativ niedrig ist, weil der Zündzeitpunkt auf den Zeitpunkt nach MBT verzögert ist, die Abgastemperatur an, um ein Warmlaufen des Motors und einen Temperaturanstieg im Abgasreinigungskatalysator zu fördern. Unter dieser Bedingung ist der Temperaturanstieg im Abgas durch die Kraftstoffeinspritzung im Expansionshub nach dem Zündzeitpunkt (ohne Zündungsverzögerung) geringer als jener durch eine Zündungsverzögerung. Dies ist, weil eine relativ niedrige Temperatur im Motor oder dem Abgas in diesem Zustand bzw. dieser Bedingung eine schlechte Verbrennbarkeit des Kraftstoffs bewirkt, der im Expansionshub eingespritzt ist bzw. wird, und die Bewegung des Abgases durch die Turbine (erwähnt bzw. bezeichnet als Turbinenbewegung), die später beschrieben wird, eine geringfügige Oxidation des unverbrannten HC verursacht (Nachverbrennung).
Andererseits erhalten in der späten Stufe eines Zustands, wo der Abgasreinigungskatalysator in einem inaktivierten Zustand ist, eine relativ hohe Motortemperatur oder das Abgas und ein mageres Luft-Kraftstoff-Verhältnis (mit der ausreichenden Menge an Sauerstoff) eine Verbrennbarkeit des Kraftstoffs durch die nachfolgende Kraftstoffeinspritzung aufrecht (vermeiden eine Fehlzündung), so daß eine Verbrennung die Temperatur des Abgases erhöht und die Turbinenbewegung eine Oxidation des unverbrannten HC fördert bzw. unterstützt, um die Abgastemperatur weiter anzuheben. Unter dieser Bedingung bzw. diesem Zustand ist der Tempera turanstieg im Abgas durch eine Zündungsverzögerung (ohne Kraftstoffeinspritzung im Expansionshub) geringer als jener durch die nachfolgende Kraftstoffeinspritzung. Auf diese Art und Weise wird beim Kaltstart der effektivste Ansatz ausgewählt, um den Temperaturanstieg im Abgas zu fördern, so daß der Abgasreinigungskatalysator früh erwärmt oder aktiviert werden kann.
Gemäß der Erfindung wird weiterhin ein Motor-Regel- bzw. -Steuerverfahren für einen Direkteinspritzungs-Funkenzündungs-Motor mit einer Turboaufladevorrichtung und einem Abgasreinigungskatalysator, welcher an der stromabwärtigen Seite der Turbine der Turboaufladevorrichtung angeordnet ist, insbesondere gemäß der Erfindung oder einer Ausführungsform davon bereitgestellt, umfassend die folgenden Schritte:
Durchführen einer unterteilten Einspritzung einer vorangehenden bzw. voreilenden Kraftstoffeinspritzung in einer vorangehenden Periode vor dem Zündzeitpunkt, beinhaltend den Einlaßhub, und einer nachfolgenden bzw. nacheilenden Kraftstoffeinspritzung in einer nachfolgenden Periode des Expansionshubs nach dem Zündzeitpunkt während eines vorbestimmten Betriebszustands, wo der Abgasreinigungskatalysator zu aktivieren ist, gekennzeichnet durch
ein Bewegen bzw. Beeinflussen des Abgases stromaufwärts des Abgasreinigungskatalysators, wenn es durch die Turbine der Turboaufladevorrichtung hindurchtritt, und
ein Regeln bzw. Steuern einer Menge an Einlaßluft, so daß das Überschußluftverhältnis λ in einer Verbrennungskammer größer als 1 ist bzw. wird, wenn die Verbrennung des Kraftstoffs durch die nachfolgende Kraftstoffeinspritzung und die vorangehende Kraftstoffeinspritzung vollendet ist, um ein Nachbrennen bzw. Nachverbrennen zu erzeugen bzw. zu generieren.
Gemäß der Erfindung wird weiterhin ein computerlesbares Speichermedium bereitgestellt, welches darauf ein Computerprogramm gespeichert aufweist, welches, wenn auf einen Computer geladen, ein Motor-Regel- bzw. -Steuerverfahren für einen Direkteinspritzungs-Funkenzündungs-Motor gemäß der Erfindung oder einer Ausführungsform durchführt.
Gemäß der Erfindung wird weiterhin ein Computerprogramm oder Computerprogrammprodukt bereitgestellt, welches, wenn auf einen Computer geladen, ein Motor-Regel- bzw. -Steuerverfahren für einen Direkteinspritzungs-Funkenzündungs-Motor gemäß der Erfindung oder einer Ausführungsform davon durchführt.
Diese und andere Ziele, Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform bezüglich der begleitenden Zeichnungen ersichtlicher, in welchen:
1 ein schematisches Diagramm ist, das die Konstruktion eines Direkteinspritzungs-Funkenzündungs-Motors mit einer Turboaufladevorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
2(a) ein Graph ist, der die Änderung in der Abgastemperatur mit dem vorangehenden Luft-Kraftstoff-Verhältnis und dem gesamten Luft-Kraftstoff-Verhältnis zeigt.
2(b) ein Graph ist, der die Änderung in der Menge der HC-Emission mit dem vorangehenden Luft-Kraftstoff-Verhältnis und dem gesamten Luft-Kraftstoff-Verhältnis zeigt.
3(a) ein Graph ist, der die Änderung in der Abgastemperatur mit dem Zeitpunkt einer nachfolgenden Kraftstoffeinspritzung zeigt.
3(b) ein Graph ist, der die Änderung in der HC-Konzentration mit dem Zeitpunkt der nachfolgenden Kraftstoffeinspritzung zeigt.
3(c) ein Graph ist, der die Änderung in der Menge an Rauch mit dem Zeitpunkt der nachfolgenden Kraftstoffeinspritzung zeigt.
4(a) ein Graph ist, der die Änderung in der Abgastemperatur mit dem Zündzeitpunkt zeigt.
4(b) ein Graph ist, der die Änderung in der HC-Konzentration mit dem Zündzeitpunkt zeigt.
4(c) ein Graph ist, der die Änderung in der Menge an Rauch mit dem Zündzeitpunkt zeigt.
5(a) eine Zeitkarte zur Erklärung des Kraftstoffeinspritzungszeitpunkts beim Kaltstart ist.
5(b) ein Graph ist, der die Änderung in der Wärmeerzeugung gemäß dem Kraftstoffeinspritzungszeitpunkt zeigt, der in 5(a) gezeigt ist.
6(a) ein Graph ist, der die Änderung in der Abgastemperatur und der HC-Emission mit dem Zeitpunkt der nachfolgenden Kraftstoffeinspritzung zeigt.
6(b) ein Graph ist, der die Änderung in der Abgastemperatur im Auslaß des Motors mit dem vorangehenden Luft-Kraftstoff-Verhältnis und mit dem gesamten Luft-Kraftstoff-Verhältnis zeigt.
7(a) ein Graph ist, der die Änderung in der HC-Emission mit dem gesamten Luft-Kraftstoff-Verhältnis mit der Turbinenbewegung und ohne die Turbinenbewegung zeigt.
7(b) ein Graph ist, der die Änderung in der Abgastemperatur mit dem gesamten Luft-Kraftstoff-Verhältnis mit der Turbinenbewegung und ohne die Turbinenbewegung zeigt.
8(a) ein Graph ist, der die Abgastemperatur mit der Turbinenbewegung mit jener ohne die Turbinenbewegung in der stromaufwärtigen Seite der Turbine und in der stromabwärtigen Seite der Turbine vergleicht.
8(b) ein Graph ist, der die Beziehung zwischen der Abgastemperatur und der Kraftstoffverbrauchsrate für die nachfolgende Kraftstoffeinspritzung und für die Zündungsverzögerung zeigt.
9 ein Graph ist, der die Abgastemperaturen im Einlaß der Katalysatorkonverter für den Motor mit einer Turboaufladevorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, den herkömmlichen Motor mit der Turboaufladevorrichtung, und den herkömmlichen, nicht aufgeladenen Motor vergleicht.
10(a) ein Graph ist, der die Änderung mit der Zeit in der Motordrehzahl zeigt.
10(b) ein Graph ist, der die Änderung mit der Zeit in der Abgastemperatur in bzw. an der stromaufwärtigen Seite der Turbine zeigt.
10(c) ein Graph ist, der die Änderung mit der Zeit in der Abgastemperatur in bzw. an der stromabwärtigen Seite der Turbine zeigt.
Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun im Detail beschrieben. 1 zeigt einen Direkteinspritzungs-Funkenzündungs-Motor mit einer Turboaufladevorrichtung 1 gemäß der bevorzugten Ausführungsform (erwähnt bzw. bezeichnet als "Motor 1"). Luft wird vor einem Verbrennen in eine Verbrennungskammer 4 durch einen Einlaßluftdurchtritt 3 eingebracht, wenn ein Einlaßventil 2 offen ist. Dann spritzt der Kraftstoffinjektor 5 (Kraftstoffeinspritzeinrichtung) Kraftstoff (Benzin) in die Luft in der Verbrennungskammer 4 bei dem vorbestimmten Zeitpunkt ein, um ein Gemisch auszubilden.
Das Gemisch wird durch einen Kolben 6 komprimiert bzw. verdichtet, dann durch eine Zündkerze 7 (eine Funkenzündungsvorrichtung) gezündet, um zu verbrennen. Das verbrannte Gas oder Abgas wird in einen Abgasdurchtritt 9 ausgebracht, während ein Auslaß- bzw. Abgasventil 8 offen ist.
Die Kraftstoffeinspritzeinrichtung 5 wird mit Kraftstoff von einer Hochdruckkraftstoffpumpe 11 über einen Kraftstoffzufuhrdurchtritt 10 beliefert bzw. versorgt. Mittels der Hochdruckkraftstoffpumpe 11 wird Kraftstoff richtig bzw. passend gegen einen hohen Druck in der Verbrennungskammer 4 in einer späten Stufe des Kompressionshubs eingespritzt. Die Kraftstoffeinspritzeinrichtung 5, die vorzugsweise eine Wirbeltyp-Einspritzeinrichtung ist, ist so angeordnet, daß ihre Kraftstoffeinspritzungsöffnung direkt in die Verbrennungskammer 4 gerichtet ist. Zusätzlich ist die Kraftstoffeinspritzeinrichtung 5 so angeordnet, um Kraftstoff in einen Hohlraum 6a einzuspritzen, der an der Oberseite eines Kolbens 6 ausgebildet ist, wenn der Kolben 6 nahezu den oberen Totpunkt erreicht. Demgemäß prallt der Kraftstoff, der durch die Kraftstoffeinspritzeinrichtung 5 in einer späten Stufe des Kompressionshubs eingespritzt wird, vom Hohlraum 6a ab, um sich in der Nähe der Zündkerze 7 zu sammeln (geschichtet zu werden). Alternativ kann beispielsweise die Schichtung des eingespritzten Kraftstoffs in der Nähe der Zündkerze 7 durch einen Luftstrom in der Verbrennungskammer 4 bewirkt werden. Auf diese Weise wird der Kraftstoff oder das Gemisch für eine hohe Zündbarkeit geschichtet, so daß das Luft-Kraftstoff-Verhältnis veranlaßt wird, außerordentlich magerer zu sein, um einen Kraftstoffwirkungsgrad bzw. eine Kraftstoffeffizienz zu verbessern.
Im Einlaßluftdurchtritt 3 sind von der stromaufwärtigen Seite entlang des Luftstroms (Strom der Einlaßluft) eine elektrisch gesteuerte bzw. geregelte Drosselklappe 12 zur Regulierung des Luftstroms, ein Druckausgleichsbehälter 21 zum Ausgleichen des Luftstroms und ein Gasfluß- bzw. -strom-Regel- bzw. -Steuerventil 13 zum Einstellen der Luftstromrichtung zur Verbrennungskammer 4, um einen Wirbel zu erzeugen, in der Reihenfolge angeordnet. Die elektrisch gesteuerte Drosselklappe 12 wird durch ein elektrisches Stellglied 12a angetrieben, das auf Regel- bzw. Steuersignale von einer Regel- bzw. Steuereinheit 20 (ECU) wirkt, um einen Luftstrom in die Verbrennungskammer 4 zu regulieren. In der Zeichnung nicht gezeigt sind auf der stromaufwärtigen Seite der elektrisch gesteuerten Drosselklappe 12 im Einlaßluftdurchtritt 3 eine Luftreinigungseinrichtung zum Beseitigen von Stäuben oder Teilchen aus der Luft (nicht gezeigt), ein Luftstromsensor zum Abtasten bzw. Erfassen der Menge des Luftstroms, ein Gebläse (Pumpe) eines Turboladers 15, der später beschrieben wird, und ein Zwischenkühler zum Kühlen der Luft, die durch die Gebläsekompression erhitzt wird, von der stromaufwärtigen Seite in der Reihenfolge angeordnet.
Im Abgasdurchtritt 9 sind von der stromaufwärtigen Seite entlang des Abgasluftstroms ein linearer O₂-Sensor 14 zum Erfassen des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses durch eine Sauerstoffkonzentration im Abgas (oder ein herkömmlicher bzw. konventioneller λO₂-Sensor, dessen Ausgabe nahe λ = 1 umgekehrt ist, kann verwendet werden), eine Turbine 15a des Turboladers 15, ein erster Katalysatorkonverter bzw. -wandler 16, und ein zweiter Katalysatorkonverter bzw. -wandler 17 in dieser Reihenfolge angeordnet. Im Detail nicht ge zeigt ist der erste Katalysatorkonverter 16 vorzugsweise vom Zwei-Bett-Typ. Sein stromaufwärtiges Bett ist mit einem Drei-Wege-Katalysator be- bzw. geladen, welcher die Schadstoffe, wie beispielsweise NOx, HC und CO reinigt, und sein stromabwärtiges Bett ist mit einem NOx-Reinigungskatalysator beladen, welcher hauptsächlich NOx reinigt. Der erste Katalysatorkonverter 16 kann von einem Ein-Bett-Typ sein, welcher nur mit einem Drei-Wege-Katalysator beladen ist. Andererseits ist der zweite Katalysatorkonverter 17 vorzugsweise von einem Ein-Bett-Typ, welcher mit einem NOx-Reinigungskatalysator beladen ist, welcher hauptsächlich NOx reinigt. Es sollte erkannt werden, daß irgendein Abgasreinigungskatalysator 16, 17 eine ausreichende Reinigung unter höherer Temperatur als seine Aktivierungstemperatur zur Verfügung bzw. bereitstellt, und eine unzureichende Reinigung unter einer niedrigeren Temperatur als die Aktivierungstemperatur bereitstellt.
Der Motor 1 ist mit einem Abgasrückführung- (EGR-) Durchtritt 18 zum Durchführen einer Abgasrückführung bzw. -rezirkulation (EGR) oder zum teilweisen Rückführen des Abgases in dem Abgasdurchtritt 9 zu dem Einlaßluftdurchtritt 3 ausgestattet bzw. ausgerüstet. Im EGR-Durchtritt 18 ist ein EGR regulierendes Ventil 19 zum Regulieren der Menge des EGR-Gases angeordnet. Das Einlaßventil 2 ist bei seinem betrieblichen Timing, vorzugsweise über einen variablen Ventil-Timing- bzw. -Zeitgebermechanismus 22 variabel.
Die Regel- bzw. Steuereinheit 20 ist eine Regel- bzw. Steuervorrichtung zur gesamten Regelung bzw. Steuerung des Motors 1, und führt eine Vielfalt von Motorregelungen bzw. -steuerungen basierend auf einer Vielfalt von Regel- bzw. Steuerdaten aus. Die Regel- bzw. Steuerdaten enthalten die Menge an Einlaßluft, Drossel- bzw. Drosselklappenöffnung, Kurbelwinkel, Kühlmitteltemperatur (Motortemperatur), Luft-Kraftstoff-Verhältnis usw., welche in die Regel- bzw. Steuereinheit 20 eingegeben werden. Dann verwendet die Regel- bzw. Steuereinheit 20 die Regel- bzw. Steuerdaten, um die Regelungen bzw. Steuerungen der Menge der Kraftstoffeinspritzung (Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Regelung bzw. -Steuerung) und das Timing bzw. den Zeitpunkt der Kraftstoffeinspritzung durch die Kraftstoffeinspritzeinrichtung 5, das Timing der Zündung durch die Zündkerze 7 (Zündzeitpunktregelung bzw. -steuerung), das Öffnen der elektrisch gesteuerten Drosselklappe 12, das Öffnen des EGR regulierenden Ventils 19, das Öffnen des Gasstrom-Regel- bzw. -Steuerventils 13, und/oder das betriebliche Timing des Einlaßventils 2, usw. auszuführen. D.h. die Regel- bzw. Steuereinheit 20 umfaßt bzw. enthält einen Kraftstoffeinspritz-Regel- bzw. -Steuerabschnitt oder eine Einheit 20a zum Regeln bzw. Steuern der Menge und des Timings der Kraftstoffeinspritzung durch die Kraftstoffeinspritzeinrichtung 5, einen Zündungsregel- bzw. -steuerabschnitt oder eine Einheit 20b zum Steuern bzw. Regeln des Zündzeitpunkts durch die Zündkerze 7. Die Regel- bzw. Steuereinheit 20 enthält weiterhin einen Überwachungsabschnitt oder eine Einheit 20c für eine erforderliche Motorleistung zum Überwachen der erforderlichen Motorleistung, und einen Motortemperatur-Bestimmungsabschnitt oder eine Einheit 20d zum Bestimmen der Motortemperatur.
Die folgende Beschreibung ist nur für die Kraftstoffeinspritzmengen-Regelung bzw. -Steuerung (Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Regelung bzw. -Steuerung), die Kraftstoffeinspritztiming-Regelung bzw. -Steuerung und die Zündzeitpunktregelung bzw. -steuerung beim Kaltstart (während der Katalysatoraktivierung) des Motors 1, welche für die bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung signifikant bzw. wichtig sind. Die anderen Regelungen bzw. Steuerungen des Motors 1 durch die Regel- bzw. Steuereinheit 20 werden nicht beschrieben, weil sie gut bekannte herkömmliche Regelungen bzw. Steuerungen sind und für die vorliegende Erfindung nicht signifikant sind. Der Ausdruck "Kaltstart", der in dieser Beschreibung verwendet wird, bezieht sich darauf, wenn der Motor 1 in einem nicht erwärmten Zustand bei normaler Temperatur startet, einschließlich eines kalten Zustands.
In der oben beschriebenen Motorregelung bzw. -steuerung wird die Kraftstoffeinspritzung durch die Kraftstoffeinspritzeinrichtung 5 in eine vorangehende bzw. voreilende Kraftstoffeinspritzung, die in der letzteren Hälfte des Kompressionshubs vor dem Zündzeitpunkt durchgeführt wird, und eine nachfolgende bzw. nacheilende Kraftstoffeinspritzung unterteilt, die in der früheren Hälfte des Expansionshubs nach dem Zündzeitpunkt beim Motorkaltstart (während der Katalysatoraktivierung) durchgeführt wird. Die vorangehende Kraftstoffeinspritzung kann in dem Einlaßhub oder in der früheren Hälfte des Kompressionshubs durchgeführt werden. In diesem Zustand ist die Menge des Kraftstoffs durch die vorangehende Kraftstoffeinspritzung so eingestellt, um gleich oder mehr als jene durch die nachfolgende Kraftstoffeinspritzung zu sein. Demgemäß erhöhen die Verbrennung des Kraftstoffs durch die vorangehende Kraftstoffeinspritzung (erwähnt bzw. bezeichnet als vorangehende Verbrennung) und die Verbrennung des Kraftstoffs durch die nachfolgende Kraftstoffeinspritzung (erwähnt bzw. bezeichnet als nachfolgende Verbrennung) wirksam bzw. effektiv die Abgastemperatur, und verhindern die zusätz liche Emission von unverbranntem HC in der nachfolgenden Verbrennung.
In diesem Zustand bzw. dieser Bedingung ist das Timing bzw. der Zeitpunkt zum Starten der nachfolgenden Kraftstoffeinspritzung innerhalb des Bereichs nach dem oberen Totpunkt (ATDC) 30 bis 90° Kurbelwinkel (CA) eingestellt. Dies bewirkt, daß die vorangehende Verbrennung und die nachfolgende Verbrennung die Abgastemperatur wirksamer erhöhen, und wirksamer die zusätzliche Emission von unverbranntem HC in der nachfolgenden Verbrennung verhindern. Zusätzlich ist die Zündung durch die Zündkerze 7 auf den Zeitpunkt vor dem oberen Totpunkt im Kompressionshub eingestellt. Dies verhindert die Verschlechterung des Kraftstoffwirkungsgrads, während der Temperaturanstieg oder die Aktivierung des Abgasreinigungskatalysators in beiden Katalysatorkonvertern 16, 17 wirksam gefördert bzw. unterstützt wird.
Die Einstellungen des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses und des Überschußluftverhältnisses werden nun beschrieben. Das Luft-Kraftstoff-Verhältnis in der Verbrennungskammer 4 bei der Verbrennung des Kraftstoffs durch die vorangehende Kraftstoffeinspritzung (erwähnt bzw. bezeichnet als ein vorangehendes Luft-Kraftstoff-Verhältnis) ist vorzugsweise innerhalb des Bereichs von 2 <= λ <= 3 eingestellt. Genauer ist die Menge an Kraftstoff durch die vorangehende Kraftstoffeinspritzung auf bzw. für eine erforderliche Motorleistung eingestellt, andererseits ist bzw. wird die Menge an Luft (oder Einlaßluft) im Einlaßluftdurchtritt 3 geregelt bzw. gesteuert (oder erhöht), der zum Einlaß der Verbrennungskammer 4 führt, so daß das Überschußluftverhältnis λ vorzugsweise ein Wert innerhalb des Bereichs von 2 <= λ <= 3 ist. Diese Luftmengenregelung bzw. -steuerung (oder -erhöhung) wird über eine Boost- bzw. Aufladedruckregelung bzw. -steuerung in der Turboaufladevorrichtung 15 bewirkt. Alternativ kann die Menge an Luft über eine Öffnungsperiodenregelung bzw. -steuerung oder eine Öffnen/Schließen-Timing-Regelung bzw. -Steuerung des Einlaßventils 2 durch den Timing- bzw. Zeitgebermechanismus 22 des variablen Ventils geregelt bzw. gesteuert werden, wobei die elektrisch gesteuerte Drosselklappe 12 völlig geöffnet ist (oder ohne die Drosselklappe bzw. ohne das Drosselventil 12). Bevorzugter kann das Überschußluftverhältnis λ für das vorangehende Luft-Kraftstoff-Verhältnis innerhalb des Bereichs von 2,3 <= λ <= 2,7 eingestellt sein bzw. werden. Dies erhöht wirksam den volumetrischen Wirkungsgrad (d.h. das Verhältnis von Luft oder Luft/Kraftstoff-Gemisch, das in die Verbrennungskammer 4 des Motors 1 gezogen wird, zu der volumetrischen Verdrängung bzw. Verlagerung des Kolbens 6) oder Einlaßluftaufladewirkungsgrad ηv.
Das Luft-Kraftstoff-Verhältnis in der Verbrennungskammer 4 bei der Verbrennung des Kraftstoffs durch die nachfolgende Kraftstoffeinspritzung (erwähnt bzw. bezeichnet als "ein gesamtes Luft-Kraftstoff-Verhältnis" oder "ein Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnis") ist vorzugsweise innerhalb des Bereichs von 1 < λ < 2 eingestellt. (D.h. die Menge an Luft und die Menge an Kraftstoffeinspritzung sind geregelt bzw. gesteuert.) Bevorzugter ist das gesamte Luft-Kraftstoff-Verhältnis so eingestellt, daß das Überschußluftverhältnis λ innerhalb des Bereichs von 1,0 < λ < 1,3 ist, noch weiter bevorzugt 1,1 < λ < 1,2. Dies stellt den Temperaturanstieg im Abgas durch die nachfolgende Verbrennung sicher, um die Oxidation des unverbrannten HC (Nachverbrennung) durch die Turbinenbewegung zu fördern.
2(a) und (b) zeigen die Änderung in der Abgastemperatur und der HC-Emission mit dem vorangehenden Luft-Kraftstoff-Verhältnis und dem gesamten Luft-Kraftstoff-Verhältnis anhand eines Beispiels. Wie aus 2(a) und (b) ersichtlich, bewirkt ein λ von 2,4 eine höhere Abgastemperatur in bzw. an der stromabwärtigen Seite der Turbine als λ von 2,0 für das vorangehende Luft-Kraftstoff-Verhältnis (wie mit der Abgastemperatur in der stromaufwärtigen Seite der Turbine). Demgemäß wird für das vorangehende Luft-Kraftstoff-Verhältnis λ vorzugsweise innerhalb des Bereichs von 2,3 <= λ <= 2,7, wie oben beschrieben, eingestellt, d.h. ein erweiterter Bereich von λ von 2,4 mit einer oberen Grenze und einer unteren Grenze kleiner als die obere Grenze (mit einer oberen Grenze bzw. einem oberen Rand von 0,3 und einer unteren Grenze von 0,1). Für das gesamte Luft-Kraftstoff-Verhältnis wird die höchste Abgastemperatur mit dem Bereich von 1,1 < λ < 1,3, im speziellen mit 1,1 < λ < 1,2 erzielt bzw. erhalten. Demgemäß ist bzw. wird für das gesamte Luft-Kraftstoff-Verhältnis λ vorzugsweise innerhalb des Bereichs von 1,0 < λ < 1,3 eingestellt, ergänzt mit einer Grenze bzw. einem Spielraum bzw. Rand auf einer reicheren Seite, wie oben beschrieben, bevorzugter 1,1 < λ < 1,2.
Auf diese Weise erhöht die nachfolgende Kraftstoffeinspritzung im Expansionshub nach einer Zündung im Kaltstart (während der Katalysatoraktivierung) die Abgastemperatur als ein Ergebnis der Verbrennung des eingespritzten Kraftstoffs. Dann verbrennt ein Teil des Kraftstoffs nicht und bleibt im Abgas in der Form von unverbranntem HC. Das Abgas, das das unverbrannte HC enthält, wird jedoch durch die Turbine 15a des Turboladers 15 bewegt, während es durch die Turbine durchtritt (Turbinenbewegung). Die Turbinenbewegung bewirkt, daß das unverbrannte HC mit Sauerstoff im Abgas oxidiert (Nachverbrennung). Die Oxidation des unverbrannten HC erzeugt Wärme, um weiter die Abgastemperatur zu erhöhen. Auf diese Weise fördert der Temperaturanstieg des Abgases den Temperaturanstieg oder die Aktivierung des Abgasreinigungskatalysators in beiden Katalysatorkonvertern 16 und 17.
In diesem Fall ist die ausreichende Menge an Sauerstoff für ein wirksames bzw. effektives Verbrennen des Kraftstoffs durch die nachfolgende Einspritzung und für ein effektives bzw. wirksames Oxidieren des unverbrannten HC mit der Turbinenbewegung erforderlich. Deshalb wird, um die erforderliche Menge an Sauerstoff für die Verbrennung und/oder die obige Oxidation sicherzustellen, ein mageres Luft-Kraftstoff-Verhältnis beim Kaltstart bereitgestellt (selbstverständlich ist das vorangehende Luft-Kraftstoff-Verhältnis magerer als dieses). Es sollte erwähnt werden, daß eine derartige Luft-Kraftstoff-Regelung bzw. -Steuerung, wo das Luft-Kraftstoff-Verhältnis eingestellt wird, um magerer als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis beim Kaltstart zu sein, völlig neu gegenüber herkömmlichen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Regelungen bzw. -Steuerungen ist.
Die Merkmale und Vorteile der Kraftstoffeinspritzungs-Regelung bzw. -Steuerung und der Zündzeitpunktregelung bzw. -steuerung beim Kaltstart, die oben beschrieben wurden, werden im Detail basierend auf den empirischen Daten beschrieben. 3(a), (b) und (c) zeigen die Änderung in der Abgastemperatur, HC-Konzentration und der Menge an Rauch mit dem Einspritzungszeitpunkt der nachfolgenden Kraftstoffeinspritzung (erwähnt bzw. bezeichnet als das Timing bzw. der Zeitpunkt der nachfolgenden Einspritzung) für den Zustand bzw. die Bedingung, wo die vorangehende Kraftstoffeinspritzung und die nachfolgende Kraftstoffeinspritzung jeweils ohne die Zündungsverzögerung durchgeführt werden (erwähnt bzw. bezeichnet als "Aktivierung durch Aufladen und Expansionshubeinspritzung"). 4(a), (b) und (c) zeigen die Änderung in der Abgastemperatur, HC-Konzentration und der Menge an Rauch mit dem Zündungstiming für den Zustand, wo die herkömmlichen unterteilten Einspritzungen oder die Einlaßhubeinspritzung und die Kompressionshubeinspritzung durchgeführt werden, wobei die Zündung zu einem Zeitpunkt nach einem minimalen Vorrücken für das beste Drehmoment MBT (erwähnt bzw. bezeichnet als "Aktivierung durch Aufladen und Zündungsverzögerung") jeweils verzögert ist.
Wie dies aus 3(a), (b) und (c) ersichtlich sein wird, hält das Timing der nachfolgenden Einspritzung von ungefähr 40 bis 80 ATDC Grad die Abgastemperatur in der stromabwärtigen Seite der Turbine 15a hoch. D.h., das Timing der nachfolgenden Einspritzung ist vorzugsweise innerhalb des Bereichs ungefähr von 30 bis 90 ATDC Grad (ATDC 30 bis 90° CA) beim Kaltstart eingestellt, wobei geringfügige Grenzen bzw. Spielräume, wie oben beschrieben, hinzugefügt werden. Noch bevorzugter kann das Timing der nachfolgenden Einspritzung innerhalb des Bereichs ungefähr von 50 bis 60 ATDC Grad beim Kaltstart eingestellt sein, da das Timing der nachfolgenden Einspritzung später als 60 RTDC Grad abrupt die HC-Konzentration erhöht, und das Timing der nachfolgenden Einspritzung früher als 50 ATDC Grad abrupt die Menge an Rauch erhöht.
Wie dies aus 4(a), (b) und (c) ersichtlich sein wird, hält der Zündzeitpunkt, der ungefähr von 10 bis 20 ATDC Grad reicht (d.h. –10 bis –20 Grad vorgerückt) die Abgastemperatur in der stromabwärtigen Seite der Turbine hoch. D.h. der Zündzeitpunkt, der innerhalb des Bereichs ungefähr von 10 bis 20 ATDC Grad festgelegt bzw. eingestellt ist, erhöht weiter die Abgastemperatur beim Kaltstart, obwohl der Kraftstoffwirkungsgrad dann um einen kleinen Betrag verschlechtert wird. Bevorzugter ist der Zündzeitpunkt innerhalb des Bereichs ungefähr von 10 bis 15 ATDC Grad in der frühen Stufe einer Katalysatoraktivierung eingestellt, da der Zündzeitpunkt später als 15 ATDC Grad abrupt die Menge an Rauch erhöht.
Die Wirkung des Anstiegs in der Abgastemperatur durch die Expansionshubeinspritzung und die Wirkung der Erhöhung bzw. des Anstiegs in der Abgastemperatur durch die Turbinenbewegung wird im Detail basierend auf den empirischen Daten beschrieben. Mit der vorangehenden Kraftstoffeinspritzung im Kompressionshub vor der Zündung und der nachfolgenden Kraftstoffeinspritzung im Expansionshub nach der Zündung in der in 5(a) gezeigten Weise generiert bzw. erzeugt eine Kraftstoffverbrennung eine Wärme ungefähr über 240 bis 320 CA Grad (Kurbelwinkel), wie dies in 5(b) gezeigt ist. Demgemäß ist es erwiesen, daß der Kraftstoff, der im Expansionshub eingespritzt wird, wirksam verbrennt. Zur Bezugnahme stellt 5(b) auch die Temperaturänderung auch im Fall dar, wo die nachfolgende Kraftstoffeinspritzung nicht durchgeführt wird.
Wie in 6(a) gezeigt, wo der Zeitpunkt der nachfolgenden Kraftstoffeinspritzung im Expansionshub später als 40 ATDC Grad ist, steigt die Abgastemperatur an und die HC-Emission wird verringert bzw. reduziert, wie bzw. wenn das Timing bzw. der Zeitpunkt der nachfolgenden Kraftstoffeinspritzung vorrückt, oder wenn er sich an den oberen Totpunkt des Expansionshubs mit hoher Gastemperatur im Zylinder annähert. Jedoch erzeugt die nachfolgende Kraftstoffeinspritzung vor der Vollendung der Verbrennung des Kraftstoffs durch die vorangehende Einspritzung (erwähnt bzw. bezeichnet als Vollendungszeitpunkt der vorangehenden Verbrennung), oder während einer Verbrennung des Kraftstoffs die beträchtliche Menge an Kohlenstoff, um die Fehlfunktion in der Kraftstoffeinspritzeinrichtung 5 zu verursachen. Demgemäß sollte der Zeitpunkt der nachfolgenden Einspritzung auf einen Zeitpunkt nach dem Vollendungszeitpunkt der vorangehenden Verbrennung eingestellt sein. In diesem Beispiel ist der Vollendungszeitpunkt der vorangehenden Verbrennung ungefähr 25 ATDC Grad.
6(b) zeigt die Änderung in der Abgastemperatur am Auslaß des Motors (im stromaufwärtigen Abschnitt der Turbine im Abgasdurchtritt) mit dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Kraftstoffs durch die vorangehende Einspritzung in einer Verbrennung (vorangehendes Luft-Kraftstoff-Verhältnis), und mit dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis (A/F) des Kraftstoffs durch die nachfolgende Einspritzung in einer Verbrennung (gesamtes Luft-Kraftstoff-Verhältnis). Wie dies aus 6(b) ersichtlich sein wird, hängt die Abgastemperatur am Auslaß des Motors vom vorangehenden Luft-Kraftstoff-Verhältnis und dem gesamten Luft-Kraftstoff-Verhältnis ab. Insbesondere steigt die Abgastemperatur am Auslaß des Motors für das magerere vorangehende Luft-Kraftstoff-Verhältnis an (wenigstens ungefähr bis zum Luft-Kraftstoff-Verhältnis von 36). Außerdem erreicht die Abgastemperatur am Auslaß des Motors den maximalen bzw. Maximalwert für ein spezifiziertes bzw. bestimmtes gesamtes Luft-Kraftstoff-Verhältnis abhängig von dem vorangehenden Luft-Kraftstoff- Verhältnis, d.h. die Temperatur erreicht nicht den maximalen Wert für ein anderes als das spezifizierte Luft-Kraftstoff-Verhältnis. Demgemäß sollte das gesamte Luft-Kraftstoff-Verhältnis günstiger Weise gemäß dem vorangehenden Luft-Kraftstoff-Verhältnis eingestellt sein, um die Abgastemperatur am Auslaß des Motors zu maximieren.
7(a) und (b) zeigen die Messungen der Menge der HC-Emission und der Abgastemperatur in der stromabwärtigen Seite der Turbine, mit bzw. ohne die Turbinenbewegung. Wie dies aus 7(a) und (b) ersichtlich sein wird, werden eine geringere HC-Emission und eine höhere Abgastemperatur mit der Turbinenbewegung erzielt als ohne die Turbinenbewegung. Dies deshalb, weil die Turbinenbewegung unverbranntes HC im Abgas veranlaßt zu oxidieren (Nachverbrennen).
8(a) zeigt die Abgastemperatur in bzw. an der stromaufwärtigen Seite der Turbine und in bzw. an der stromabwärtigen Seite der Turbine, mit bzw. ohne die Turbinenbewegung. Wie dies aus 8(a) ersichtlich sein wird, hebt in diesem Beispiel die Turbinenbewegung die Abgastemperatur um 60°C an. 8(b) zeigt die Beziehung zwischen der Abgastemperatur und der Kraftstoffverbrauchsrate, für die nachfolgende Kraftstoffeinspritzung bzw. für die Zündungsverzögerung. Wie dies aus 8(b) ersichtlich sein wird, stellt für die gleiche Abgastemperatur die nachfolgende Kraftstoffeinspritzung eine geringere Kraftstoffverbrauchsrate (besser in der Kraftstoffwirtschaftlichkeit) zur Verfügung als die Zündungsverzögerung. Außerdem stellt für die gleiche Kraftstoffverbrauchsrate die nachfolgende Kraftstoffeinspritzung eine höhere Abgastemperatur bereit als die Zündungsverzögerung. Demgemäß erhöht beim Kaltstart die nachfolgende Kraftstoffeinspritzung (Expansionshubein spritzung) in vorteilhafter Weise die Abgastemperatur zum Fördern des Temperaturanstiegs, oder der Aktivierung des Abgasreinigungskatalysators, eher als die Zündungsverzögerung.
9 zeigt die Messungen der Abgastemperatur beim Einlaß des Katalysatorkonverters (Abgasreinigungskatalysator) für den Motor mit der Turboaufladevorrichtung 1 gemäß der bevorzugten Ausführungsform, für einen herkömmlichen Motor mit einer Turboaufladevorrichtung bzw. für einen herkömmlichen nicht aufgeladenen Motor anhand eines Beispiels. In den Messungen ist die Motordrehzahl 1500 U/min, der mittlere effektive Bremsdruck ist 300 kPa, die Schmieröltemperatur ist 40°C, und die Kühlmitteltemperatur ist 40°C, oder ein Zustand von niedriger Motordrehzahl und niedriger Motorlast wird simuliert. Wie in 9 gezeigt, erzielt der Motor mit der Turboaufladevorrichtung 1 gemäß der bevorzugten Ausführungsform die Abgastemperatur ungefähr 140 °C höher als der herkömmliche Motor mit der Turboaufladevorrichtung, und ungefähr 30°C höher als der herkömmliche, nicht aufgeladene Motor. Der herkömmliche bzw. konventionelle Motor mit der Turboaufladevorrichtung erzielt eine Abgastemperatur ungefähr 110°C niedriger als der herkömmliche, nicht aufgeladene Motor. D.h. der Motor 1 gemäß der bevorzugten Ausführungsform erreicht eine ausreichend hohe Abgastemperatur in Kombination mit der Wirkung durch die nachfolgende Kraftstoffeinspritzung (Zwei-Stufen-Verbrennungswirkung bzw. -effekt) und die Wirkung durch die Turbinenbewegung (Turbinenbewegungswirkung).
Abhängig von der Spezifikation des Motors kann jedoch die Abgastemperatur nicht um einen großen Betrag aufgrund einer geringeren Verbrennbarkeit des eingespritzten Kraftstoffs und einer inaktiven Oxidation des unverbrannten HC durch die Turbinenbewegung in dem Fall ansteigen, wo Kraftstoff im Expansionshub nach einer Zündung unter niedriger Motortemperatur oder niedriger Abgastemperatur eingespritzt wird. Auch überladet der Anstieg in der Menge einer HC-Emission den Drei-Wege-Katalysator im ersten Katalysatorkonverter 16. In einem derartigen Fall erzielen eine abweichende Kraftstoffeinspritzungs-Regelung bzw. -Steuerung und Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Regelung bzw. -Steuerung von den Regelungen bzw. Steuerungen oben während der frühren Stufe einer Katalysatoraktivierung in vorteilhafter Weise einen Temperaturanstieg im Abgas, um die Aktivierung des Abgasreinigungskatalysators zu fördern. Eine derartige Regelung bzw. Steuerung wird nun beschrieben.
Während der Periode vom Kaltstart des Motors 1 bis zu einem vorbestimmten Zeitpunkt einer Einspritzungsmodusveränderung bzw. -verschiebung (diese Periode ist bzw. wird als die frühe Stufe einer Katalysatoraktivierung definiert) spritzt die Kraftstoffeinspritzeinrichtung 5 Kraftstoff nur vor der Zündung ein, während die Zündkerze 7 zum Zeitpunkt nach MBT um eine vorbestimmte Periode bzw. Zeitdauer zündet, oder die Zündung zu einem Zeitpunkt nach MBT um die vorbestimmte Periode verzögert wird. Der Zeitpunkt einer Einspritzungsmodusverschiebung wird basierend auf einer Motortemperatur oder Kühlmitteltemperatur bestimmt. Insbesondere ist der Zeitpunkt der Einspritzungsmodusverschiebung, wenn der Kraftstoff durch die später beschriebene nachfolgende Einspritzung ausreichend seine Verbrennbarkeit sicherstellt und die Motortemperatur ansteigt, um unverbrannten HC zu veranlassen, durch die Turbinenbewegung zu oxidieren.
In der frühen Stufe einer Katalysatoraktivierung werden die Abgasreinigungskatalysatoren in beiden Katalysatorkonvertern 16 und 17 nicht aktiviert, und die Motortemperatur und die Abgastemperatur sind relativ niedrig. In diesem Zustand wird eine Kraftstoffeinspritzung in zwei unterteilt. Eine von ihnen ist die Einlaßhubeinspritzung, die im Einlaßhub durchgeführt wird; die andere ist die Kompressionshubeinspritzung, die in der letzteren Hälfte des Kompressionshubs durchgeführt wird. Die gesamte Menge des eingespritzten Kraftstoffs der Einlaßhubeinspritzung und der Kompressionshubeinspritzung sind bzw. werden auf die folgende Art und Weise bestimmt. Zuerst werden der Beschleunigungs- bzw. Gaspedalhub und die Motordrehzahl verwendet, um ein Zieldrehmoment durch den Motor unter Bezugnahme auf eine Karte oder andere Kriterien zu bestimmen. Als nächstes werden das Zieldrehmoment und die Menge der Einlaßluft verwendet, um die Gesamtmenge des eingespritzten Kraftstoffs unter Bezugnahme auf eine Karte oder andere Kriterien zu bestimmen. Das Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnis oder das gesamte Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist eingestellt, um gleich oder reicher als das ungefähr stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis (λ = 1 oder λ < 1) zu sein. Hier stellt λ das Überschußluftverhältnis in der frühen Stufe der Katalysatoraktivierung dar.
In der Zwischenzeit werden, während die Abgasreinigungskatalysatoren in beiden Katalysatorkonvertern 16 und 17 nicht aktiviert sind, nachdem der Einspritzungsmodus gewechselt bzw. verschoben ist (diese Periode wird als die späte Stufe der Katalysatoraktivierung definiert), die Kraftstoffmengenregelung bzw. -steuerung, die Kraftstoffeinspritzzeitpunkt-Regelung- bzw. -Steuerung und die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Regelungen bzw. -Steuerungen in der oben erwähnten Art und Weise durchgeführt. Dann wird die Verzögerung des Zündzeitpunkts aufgehoben bzw. storniert, oder die Zündung durch die Zündkerze 7 ist bzw. wird auf den Zeitpunkt vor dem oberen Totpunkt im Kompressionshub eingestellt.
Der Grund für die obigen Regelungen bzw. Steuerungen, durch welche der Zündzeitpunkt ohne Kraftstoffeinspritzung in dem Expansionshub nach einer Zündung in der frühen Stufe einer Katalysatoraktivierung verzögert wird, während die Verzögerung des Zündzeitpunkts aufgehoben ist, oder auf den Zeitpunkt vor dem oberen Totpunkt im Kompressionshub mit der Kraftstoffeinspritzung im Expansionshub nach einer Zündung in der späten Stufe einer Katalysatoraktivierung eingestellt ist bzw. wird, wird beschrieben.
Durch ein Einstellen bzw. Festlegen des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses auf ungefähr gleich oder reicher als ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis kann eine Verringerung einer Motorleistung (mechanischen Energie), die durch die Verzögerung einer Zündung auf einen Zeitpunkt nach MBT (minimales Vorrücken für das beste Drehmoment) verursacht wird bzw. ist, kompensiert werden. Tatsächlich wird die Umwandlungsrate von thermischer bzw. Wärmeenergie, die durch die Kraftstoffverbrennung erzeugt wird, in mechanische Energie durch die Verzögerung einer Zündung auf einen Zeitpunkt nach MBT verringert, und die verringerte bzw. reduzierte Menge an Energie verbleibt im Abgas in der Form von thermischer Energie. Folglich erhöht dies die Abgastemperatur und die Zündung wird auf einen Zeitpunkt nach MBT in der frühen Stufe einer Katalysatoraktivierung zum Fördern eines Temperaturanstiegs des Motors oder des Abgases verzögert. Dieser Temperaturanstieg des Abgases fördert bzw. unterstützt den Temperaturanstieg oder die Aktivierung des Abgasreinigungskatalysators in beiden Katalysatorkonvertern 16 und 17.
Nach einem Übergang von der frühen Stufe zur späten Stufe einer Katalysatoraktivierung wird die Zündungsverzögerung aufgehoben, oder auf den Zeitpunkt vor dem oberen Totpunkt im Kompressionshub eingestellt, während die nachfolgende Kraftstoffeinspritzung startet. Dann wird das Verhältnis der Menge der nachfolgenden Kraftstoffeinspritzung zu der Menge der vorangehenden Kraftstoffeinspritzung stufenweise bzw. zunehmend erhöht (beispielsweise bis auf 20 %), da ein abrupter Anstieg in der Menge der nachfolgenden Kraftstoffeinspritzung die Menge der unverbrannten HC-Emission erhöht.
Die Merkmale und Vorteile der Kraftstoffeinspritzregelung bzw. -steuerung und der Zündungszeitpunktregelung bzw. -steuerung beim oben beschriebenen Kaltstart werden im Detail basierend auf den empirischen Daten beschrieben. 10(a), (b) und (c) zeigen die Messungen der Motordrehzahl, der Abgastemperatur in bzw. an der stromaufwärtigen Seite der Turbine bzw. der Abgastemperatur in bzw. an der stromabwärtigen Seite der Turbine für zwei Zustände bzw. Bedingungen: eine(r) ist, um den Zustand für die frühe Stufe einer Katalysatoraktivierung zu halten, oder die Zündung auf einen Zeitpunkt nach MBT mit der Einlaßhubeinspritzung und der Kompressionshubeinspritzung über die Motorbetriebsperiode zu verzögern (als "Aktivierung durch Aufladen und Zündungsverzögerung" bezeichnet), und die (der) andere ist, um den Zustand für die späte Stufe einer Katalysatoraktivierung zu halten, oder die Verzögerung des Zündzeitpunkts mit der vorangehenden Kraftstoffeinspritzung und der nachfolgenden Kraftstoffeinspritzung über die Motorbetriebsperiode aufzuheben (als Aktivierung durch Aufladen und Expansionshubeinspritzung" bezeichnet).
Als Hinweis bzw. Bezug stellen 10(a), (b) und (c) auch die Motordrehzahl, die Abgastemperatur in bzw. an der stromaufwärtigen Seite der Turbine, und die Abgastemperatur in bzw. an der stromabwärtigen Seite der Turbine in einem nicht aufgeladenen Motor ohne einen Turbolader für die Zündungsverzögerung auf einen Zeitpunkt nach MBT mit der Einlaßhubeinspritzung und der Kompressionshubeinspritzung dar (als "Aktivierung durch Nichtaufladen und Zündungsverzögerung" bezeichnet). In 10(a), (b) und (c) zeigen strichlierte Linien die Messungen für die Aktivierung durch ein Aufladen und Zündungsverzögerung an, durchgezogene Linien zeigen die Messungen für die Aktivierung durch Aufladen und Expansionshubeinspritzung an bzw. punktierte Linien zeigen die Messungen für eine Aktivierung durch Nichtaufladen und Zündungsverzögerung an.
Wie aus 10(c) ersichtlich sein wird, bewirkt innerhalb eines spezifizierten Zeitraums von 11 bis 12 Sekunden, nachdem der Motor in einem kalten Zustand startet, die Aktivierung durch ein Aufladen und eine Zündungsverzögerung eine höhere Temperatur des Abgases in bzw. an der stromabwärtigen Seite der Turbine als die Aktivierung durch ein Aufladen und eine Expansionshubeinspritzung. Im Gegensatz bewirkt nach dem spezifizierten Zeitpunkt die Aktivierung durch ein Aufladen und eine Expansionshubeinspritzung eine höhere Temperatur des Abgases in bzw. an der stromabwärtigen Seite der Turbine als die Aktivierung durch ein Aufladen und eine Zündungsverzögerung. Demgemäß ist im Motor 1 gemäß dieser Ausführungsform der spezifizierte Zeitpunkt auf den Einspritzmodus-Verschiebungszeitpunkt eingestellt, vor welchem (oder in der frühen Stufe einer Katalysatoraktivierung) die Aktivierung durch ein Aufladen und eine Zündungsverzögerung bewirkt wird, und nach welchem (oder in der späten Stufe einer Katalysatoraktivierung) die Aktivierung durch ein Aufladen und eine Expansionshubeinspritzung zum wirksamen Fördern des Temperaturanstiegs oder der Aktivierung des Abgasreinigungskatalysators bewirkt wird.

1: Motor
2: Einlaßventil
3: Einlaßluftdurchtritt
4: Verbrennungskammer
5: Kraftstoffeinspritzeinrichtung
6: Kolben
7: Zündkerze
8: Abgasventil
9: Abgasdurchtritt
10: Kraftstoffzufuhrdurchtritt
11: Hochdruckkraftstoffpumpe
12: elektrisch gesteuerte bzw. geregelte Drosselklappe
12a: elektrisches Stellglied bzw. Betätigungsglied
13: Gasstrom-Regel- bzw. -Steuerventil
14: linearer O₂-Sensor
15: Turboaufladevorrichtung
15a: Turbine
16: erster Katalysatorkonverter
17: zweiter Katalysatorkonverter
18: EGR-Durchtritt
19: EGR regulierendes Ventil bzw. EGR-Regulierventil
20: Regel- bzw. Steuereinheit
21: Druckausgleichsbehälter
22: variabler Ventiltimingmechanismus

Claims

Direkteinspritzungs-Funkenzündungs-Motor (1), umfassend eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung (5) zum direkten Einspritzen von Kraftstoff in eine Verbrennungskammer (4), eine Zündvorrichtung (7) zum Zünden des eingespritzten Kraftstoffs, einen Abgasreinigungskatalysator (16, 17), eine Kraftstoffeinspritz-Regel- bzw. -Steuereinrichtung (20a) zum Regeln bzw. Steuern der Menge und des Zeitpunkts der Kraftstoffeinspritzung durch die Kraftstoffeinspritzeinrichtung (5), eine Zündungs-Regel- bzw. -Steuereinrichtung (20b) zum Regeln bzw. Steuern des Zündzeitpunkts durch die Zündvorrichtung (7), und eine Einlaßluft-Regel- bzw. -Steuereinrichtung (12, 15, 22) zum Regeln bzw. Steuern der Menge an Einlaßluft, welche in die Verbrennungskammer (4) eingebracht ist bzw. wird, wobei die Kraftstoffeinspritz-Regel- bzw. -Steuereinrichtung (20a) die Kraftstoffeinspritzeinrichtung (5) veranlaßt, eine unterteilte Einspritzung einer vorangehenden bzw. voreilenden Kraftstoffeinspritzung in einer vorangehenden Periode vor dem Zündzeitpunkt, beinhaltend den Einlaßhub, und eine nachfolgende bzw. nacheilende Kraftstoffeinspritzung in einer nachfolgenden Periode des Expansionshubs nach dem Zündzeitpunkt während eines vorbestimmten Betriebszustands durchzuführen, wo der Abgasreinigungskatalysator (16, 17) zu aktivieren ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor weiters eine Turboaufladevorrichtung (15) umfaßt, welche eine Turbine (15a) beinhaltet, der Abgasreinigungskatalysator (16, 17) an der stromabwärtigen Seite der Turbine (15a) der Turboaufladevorrichtung (15) in einem Abgasdurchtritt (9) angeordnet ist, und die Kraftstoffeinspritz-Regel- bzw. -Steuereinrichtung (20a) die Kraftstoffeinspritzeinrichtung (5) regelt bzw. steuert und die Einlaßluft-Regel- bzw. -Steuereinrichtung (12, 15, 22) die Menge an Einlaßluft regelt bzw. steuert, so daß das Überschußluftverhältnis λ in der Verbrennungskammer (4) größer als 1 ist, wenn die Verbrennung des Kraftstoffs durch die nachfolgende Kraftstoffeinspritzung und die vorangehende Kraftstoffeinspritzung abgeschlossen ist, so daß ein Nachverbrennen als eine Konsequenz des bewegten bzw. beaufschlagten bzw. vermischten bzw. in heftige Bewegung versetzten bzw. verwirbelten Abgases erzeugt ist bzw. wird, während es durch die Turbine (15a) hindurchtritt, wodurch ein Temperaturanstieg des Abgases während eines Ausbringens zu dem Abgasreinigungskatalysator (16, 17) bewirkt wird, welcher an der stromabwärtigen Seite der Turbine (15a) angeordnet ist.
Direkteinspritzungs-Funkenzündungs-Motor (1) nach Anspruch 1, wobei bei niedriger Motordrehzahl und niedriger Motorlast die Kraftstoffeinspritz-Regel- bzw. -Steuereinrichtung (20a) die Kraftstoffeinspritzeinrichtung (5) regelt bzw. steuert und die Einlaßluft-Regel- bzw. -Steuereinrichtung (12, 15, 22) die Menge an Einlaßluft derart regelt bzw. steuert, daß das Überschußluftverhältnis λ in der Verbrennungskammer (4) innerhalb des Bereichs von 2 bis 3 liegt, wenn der Kraftstoff durch die vorangehende Kraftstoffeinspritzung verbrennt.
Direkteinspritzungs-Funkenzündungs-Motor (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, weiters umfassend eine Überwachungsvorrichtung (20c) der erforderlichen Motorleistung zum Überwachen der erforderlichen Motorleistung bzw. -ausgabe, wobei die Einlaßluft-Regel- bzw. -Steuereinrichtung (12, 15, 22) in einem Einlaßluftdurchtritt (3) angeordnet ist, welcher zu einem Einlaß der Verbrennungskammer (4) führt, und wobei die Kraftstoffeinspritz-Regel- bzw. -Steuereinrichtung (20a) die Menge an Kraftstoff durch die vorangehende Kraftstoffeinspritzung basierend auf der erforderlichen Motorleistung bestimmt.
Direkteinspritzungs-Funkenzündungs-Motor (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Kraftstoffeinspritz-Regel- bzw. -Steuereinrichtung (20a) die Kraftstoffeinspritzeinrichtung (5) regelt bzw. steuert und die Einlaßluft-Regel- bzw. -Steuereinrichtung (12, 15, 22) die Menge an Einlaßluft so regelt bzw. steuert, daß das Überschußluftverhältnis λ in der Verbrennungskammer (4) kleiner als 2 ist, wenn die Verbrennung des Kraftstoffs durch die nachfolgende Kraftstoffeinspritzung und die vorangehende Kraftstoffeinspritzung abgeschlossen ist.
Direkteinspritzungs-Funkenzündungs-Motor (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Kraftstoffeinspritz-Regel- bzw. -Steuereinrichtung (20a) die Menge des Kraftstoffs durch die vorangehende Kraftstoffeinspritzung einstellt bzw. festlegt, daß sie gleich derjenigen oder mehr als diejenige durch die nachfolgende Kraftstoffeinspritzung ist.
Direkteinspritzungs-Funkenzündungs-Motor (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Kraftstoffeinspritz-Regel- bzw. -Steuereinrichtung (20a) den Startzeitpunkt der nachfolgenden Kraftstoffeinspritzung festlegt, um innerhalb des Bereichs von ATDC 30 bis 90°CA zu legen.
Direkteinspritzungs-Funkenzündungs-Motor (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Zündungs-Regel- bzw. Steuereinrichtung (20b) einen Zündzeitpunkt durch die Zündvorrichtung (7) einstellt, um ein Zeitpunkt vor einem oberen Totpunkt in dem Kompressionshub zu sein.
Direkteinspritzungs-Funkenzündungs-Motor (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei: der vorbestimmte Betriebszustand ist, wo sich der Abgasreinigungskatalysator (16, 17) in einem inaktivierten Zustand befindet, in dem frühen Zustand des inaktivierten Zustands die Zündungs-Regel- bzw. -Steuereinrichtung (20b) die Zündvorrichtung (7) veranlaßt, zu einem Zeitpunkt nach MBT um eine bestimmte Periode zu zünden, und die Kraftstoffeinspritzungs-Regel- bzw. -Steuereinrichtung (20a) die Kraftstoffeinspritzeinrichtung (5) veranlaßt, Kraftstoff vor dem Zündzeitpunkt zu zünden, in der späten Stufe des inaktivierten Zustands die Kraftstoffeinspritz-Regel- bzw. -Steuereinrichtung (20a) die Kraftstoffeinspritzeinrichtung (5) veranlaßt, eine unterteilte Einspritzung einer vorangehenden Kraftstoffeinspritzung in einer vorangehenden Periode vor dem Zündzeitpunkt beinhaltend den Einlaßhub und eine nachfolgende Kraftstoffeinspritzung in einer nachfolgenden Periode des Expansionshubs nach dem Zündzeitpunkt durchzuführen, und die Kraftstoffeinspritz-Regel- bzw. -Steuereinrichtung (20a) die Kraftstoffeinspritzeinrichtung (5) regelt bzw. steuert und die Einlaßluft-Regel- bzw. -Steuereinrichtung (12, 15, 22) die Menge an Einlaßluft derart regelt bzw. steuert, so daß ein Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnis nach der Verbrennung des Kraftstoffs durch die nachfolgende Kraftstoffeinspritzung magerer als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist.
Direkteinspritzungs-Funkenzündungs-Motor (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, weiters umfassend eine Motortemperatur-Bestimmungsvorrichtung (20d) zum Bestimmen der Motortemperatur, wobei die frühe Stufe des inaktivierten Zustands und die späte Stufe des inaktivierten Zustands basierend auf der Motortemperatur definiert sind bzw. werden.
Direkteinspritzungs-Funkenzündungs-Motor (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei in der frühen Stufe des inaktivierten Zustands die Kraftstoffeinspritz-Regel- bzw. -Steuereinrichtung (20a) die Kraftstoffeinspritzeinrichtung (5) veranlaßt, Kraftstoff in der letzteren Hälfte des Kompressionshubs und in einer Periode vor der Periode einzuspritzen, und wobei in der späten Stufe des inaktivierten Zustands die Kraftstoffeinspritz-Regel- bzw. -Steuereinrichtung (20a) die Kraftstoffeinspritzeinrichtung (5) veranlaßt, die nachfolgende Kraftstoffeinspritzung in der früheren Hälfte des Expansionshubs durchzuführen.
Direkteinspritzungs-Funkenzündungs-Motor (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei in der frühen Stufe des inaktivierten Zustands die Kraftstoffeinspritz-Regel- bzw. -Steuereinrichtung (20a) die Kraftstoffeinspritzeinrichtung (5) regelt bzw. steuert und die Einlaßluft-Regel- bzw. -Steuereinrichtung (12, 15, 22) die Menge an Einlaßluft derart regelt bzw. steuert, daß das Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnis reicher bzw. fetter als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist.
Direkteinspritzungs-Funkenzündungs-Motor (1) nach einem. der vorangehenden Ansprüche, wobei in der frühen Stufe des inaktivierten Zustands die Zündungs-Regel- bzw. -Steuereinrichtung (20b) den Zündzeitpunkt durch die Zündvorrichtung (7) auf den Zeitpunkt nach dem oberen Totpunkt des Kompressionshubs einstellt.
Direkteinspritzungs-Funkenzündungs-Motor (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei in der späten Stufe des inaktivierten Zustands die Zündungs-Regel- bzw. -Steuereinrichtung (20b) die Zündvorrichtung (7) veranlaßt, zu einem Zeitpunkt vor dem oberen Totpunkt des Kompressionshubs zu zünden, und die Kraftstoffeinspritz-Regel- bzw. -Steuereinrichtung (20a) die Menge der vorangehenden Kraftstoffeinspritzung und die Menge der nachfolgenden Kraftstoffeinspritzung derart regelt bzw. steuert, daß das Verhältnis der Menge der nachfolgenden Kraftstoffeinspritzung zu der Menge der vorangehenden Kraftstoffeinspritzung zunehmend bzw. stufenweise zunimmt.
Direkteinspritzungs-Funkenzündungs-Motor (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei in der späten Stufe des inaktivierten Zustands die Kraftstoffeinspritz-Regel- bzw. -Steuereinrichtung (20a) die Menge der vorangehenden Kraftstoffeinspritzung und die Menge der nacheilenden Kraftstoffeinspritzung derart regelt bzw. steuert, daß das Verhältnis der Menge der nachfolgenden Kraftstoffeinspritzung zu der Menge der vorangehenden Kraftstoffeinspritzung zunehmend bzw. stufenweise zunimmt.
Motor-Regel- bzw. -Steuerverfahren für einen Direkteinspritzungs-Funkenzündungs-Motor (1) mit einer Turboaufladevorrichtung (15) und einem Abgasreinigungskatalysator (16, 17), welcher an der stromabwärtigen Seite der Turbine (15a) der Turboaufladevorrichtung (15) angeordnet ist, umfassend die folgenden Schritte: Durchführen einer unterteilten Einspritzung einer vorangehenden bzw. voreilenden Kraftstoffeinspritzung in einer vorangehenden Periode vor dem Zündzeitpunkt, beinhaltend den Einlaßhub, und einer nachfolgenden bzw. nacheilenden Kraftstoffeinspritzung in einer nachfolgenden Periode des Expansionshubs nach dem Zündzeitpunkt während eines vorbestimmten Betriebszustands, wo der Abgasreinigungskatalysator (16, 17) zu aktivieren ist, gekennzeichnet durch ein Bewegen bzw. Beeinflussen bzw. Vermischen bzw. in heftige Bewegung Versetzen bzw. Verwirbeln des Abgases stromaufwärts des Abgasreinigungskatalysators (16, 17), wenn es durch die Turbine (15a) der Turboaufladevorrichtung (15) hindurchtritt, und ein Regeln bzw. Steuern einer Menge an Einlaßluft, so daß das Überschußluftverhältnis λ in einer Verbrennungskammer (4) größer als 1 ist bzw. wird, wenn die Verbrennung des Kraftstoffs durch die nachfolgende Kraftstoffeinspritzung und die vorangehende Kraftstoffeinspritzung vollendet ist, um ein Nachbrennen bzw. Nachverbrennen zu erzeugen bzw. zu generieren.
Computerlesbares Speichermedium, welches darauf ein Computerprogramm gespeichert aufweist, welches, wenn auf einen Computer geladen, ein Motor-Regel- bzw. -Steuerverfahren für einen Direkteinspritzungs-Funkenzündungs-Motor (1) gemäß Anspruch 15 durchführt.
Computerprogramm, welches, wenn auf einen Computer geladen, ein Motorregel- bzw. -Steuerverfahren für einen Direkteinspritzungs-Funkenzündungs-Motor (1) nach Anspruch 15 durchführt.