DE69102131T2

DE69102131T2 - Abgasreinigungssystem für eine Brennkraftmaschine.

Info

Publication number: DE69102131T2
Application number: DE69102131T
Authority: DE
Inventors: Katsuhiko Hirose; Takeshi Kotani; Souichi Matsushita; Kiyoshi Nakanishi; Hiroshi Nomura; Kenichi Nomura; Eishi Ohno
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1991-01-31
Filing date: 1991-07-31
Publication date: 1994-09-15
Anticipated expiration: 2011-08-01
Also published as: EP0497034B1; EP0497034A1; US5174111A; DE69102131D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Abgasreinigungssystem für eine Brennkraftmaschine, die mit einem Katalysator versehen ist, der Stickoxide (hiernach als NOx bezeichnet) unter oxidierenden Bedingungen und in der Gegenwart von Kohlenwasserstoffen reduzieren kann.
Durch eine Verbrennung bei mageren Luft-Kraftstoff-Gemischen kann man den Kraftstoffverbrauch von Brennkraftmaschinen von Kraftfahrzeugen verbessern. Eine solche Verbrennung bei magerem Luft-Kraftstoff-Verhältnis (magere Verbrennung) findet normalerweise bei Dieselmotoren und bei einigen Arten von Benzinmotoren Verwendung. Bei einer Brennkraftmaschine mit magerer Verbrennung kann man jedoch keine NOx-Reduzierung über einen Dreiwege-Katalysator erwarten, so daß andere Einrichtungen zur Reduzierungvon NOx entwickelt werden müssen.
Als Katalysator, der NOx unter oxidierenden Bedingungen bei einer Brennkraftmaschine mit magerer Verbrennung reduzieren kann, beschreibt die japanische Patentveröffentlichung HEI 1-130 735 einen Zeolith-Katalysator, der Übergangsmetalle trägt, die NOx in Gegenwart von Kohlenwasserstoffen (HC) reduzieren können. Um dem Katalysator Kohlenwasserstoffe zuzuführen, schlägt die japanische Patentveröffentlichung SHO 63-283727 (EP-A-286 967) vor, eine spezielle HC-Quelle, die sich von der Kraftstoffquelle unterscheidet, und eine spezielle Vorrichtung vorzusehen, die Kohlenwasserstoffe von der HC-Quelle in das Abgas der Brennkraftmaschine einführt.
Durch die Anordnung einer solchen speziellen HC-Quelle und einer Einführvorrichtung für HC steigen jedoch die Kosten an, das System wird kompliziert, und die Zuverlässigkeit des Systems wird herabgesetzt.
Ein Ziel der Erfindung besteht darin, ein Abgasreinigungssystem für eine Brennkraftmaschine mit einem Zeolith-Katalysator zur Reduzierung von NOx vorzusehen, bei dem selbst dann, wenn in einem Betriebszustand der Brennkraftmaschine eine unzureichende HC-Menge vorhanden ist, die Menge der im Abgas vorhandenen Kohlenwasserstoffe erhöht wird, indem Kraftstoff der Brennkraftmaschine zur Erhöhung des NOx-Reinigungsgrades des Katalysators verwendet wird, ohne eine separate HC-Quelle oder HC-Einführvorrichtung installieren zu müssen.
Dieses Ziel wird durch ein Abgasreinigungssystem für eine Brennkraftmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung erreicht. Das System umfaßt eine Brennkraftmaschine, die in der Lage ist, eine Kraftstoffverbrennung bei mageren Luft- Kraftstoff-Verhältnissen durchzuführen, einen in einer Auslaßleitung der Brennkraftmaschine installierten Katalysator, der aus Zeolith konstruiert ist, der mindestens eine Metallart trägt, die aus Übergangsmetallen und Edelmetallen ausgewählt ist, um die im Abgas der Brennkraftmaschine unter oxidierenden Bedingungen und in der Gegenwart von Kohlenwasserstoffen enthaltenen Stickoxide zu reduzieren (hiernach als NOx-Magerkatalysator bezeichnet), Brennkraftmaschinenbetriebszustandserfassungseinrichtungen zum Erfassen eines momentanen Betriebszustandes der Brennkraftmaschine, Brennkraftmaschinenbetriebsbereichsbestimmungseinrichtungen zum Bestimmen, ob oder ob nicht der momentane Brennkraftmaschinenbetriebszustand innerhalb eines Bereiches einer nicht ausreichenden HC-Menge liegt, in dem eine im Abgas der Brennkraftmaschine befindliche Menge an Kohlenwasserstoffen für den Katalysator nicht ausreichend ist, um die im Abgas enthaltenen Stickoxide zu reduzieten, und HC-Mengen-Steuereinrichtungen zum momentanen Reduzieren der Zerstäubung oder Verdampfung des in die Brennkraftmaschine eingeführten Kraftstoffes, um auf diese Weise die im Abgas der Brennkraftmaschine enthaltene Menge an Kohlenwasserstoffen zu erhöhen, wenn die Brennkraftmaschinenbetriebsbereichsbestimmungseinrichtungen bestimmen, daß der momentane Brennkraftmaschinenbetriebszustand innerhalb des Bereiches der nicht ausreichenden HC-Menge liegt.
Wenn die Brennkraftmaschinenbetriebsbereichsbestimmungseinrichtungen bestimmen, daß der Brennkraftmaschinenbetriebszustand im Bereich der nicht ausreichenden HC-Menge liegt, reduzieren die HC-Mengen-Steuereinrichtungen momentan die Zerstäubung oder Verdampfung des Kraftstoffs, so daß die Kraftstoffverbrennung momentan herabgesetzt wird und ein Teil des Kraftstoffes in einem Zylinder nicht verbrannt und in die Auslaßleitung abgegeben wird, um die- HC- Menge im Abgas zu erhöhen. Dadurch werden dem Katalysator in ausreichender Weise Kohlenwasserstoffe zugeführt, ohne daß eine separate HC-Quelle und eine HC-Einführvorrichtung installiert werden müssen, so daß der NOx-Reinigungsgrad des Katalysators für eine wirksame Reinigung des Abgas es erhöht wird.
Diese und andere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen besonders deutlich. Hierbei zeigen:
Figur 1 ein Ablaufdiagramm der Unterstützungsluftsteuerung für ein Abgasreinigungssystem einer Brennkraftmaschine gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Figur 2 eine grafische Darstellung einer Karte der Motorlast in Abhängigkeit von der Motordrehzahl, die zur Berechnung über das Ablaufdiagramm der Figur 1 verwendet wird;
Figur 3 ein Ablaufdiagramm der Untgerstützungsluftsteuerung für ein Abgasreinigungssystem einer Brennkraftmaschine gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Figur 4 eine grafische Darstellung einer Karte der Motorlast in Abhängigkeit von der Motordrehzahl, die zur Berechnung über das Ablaufdiagramm der Figur 3 verwendet wird;
Figur 5 eine schematische Systemdarstellung eines Abgasreinigungssystems für eine Brennkraftmaschine gemäß der ersten und zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Figur 6 ein Blockdiagramm einer elektronischen Steuereinheit (ECU) und von Steuerelementen, die an die ECU angeschlossen sind, des Abgasreinigungssystems für eine Brennkraftmaschine gemäß Figur 5;
Figur 7 ein Rechenablaufdiagramm für das Funktionstiming eines Kraftstoffeinspritzven tils vom Luftunterstützungstyp für das Abgasreinigungssystem für eine Brennkraftmaschine gemäß Figur 5;
Figur 8 eine grafische Darstellung einer Karte der Lufteinspritzmenge in Abhängigkeit von der Drosselklappenöffnungs- und Schließgeschwindigkeit, die bei der Berechnung mit dem Ablaufdiagramm der Figur 7 verwendet wird;
Figur 9 ein Timing-Diagramm der Kraftstoffeinspritzung und Unterstützungslufteinführung eines Kraftstoffeinspritzventils vom Unterstützungslufttyp für das Abgasreinigungssystem einer Brennkraftmaschine gemäß der ersten und zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Figur 10 ein Steuerungsablaufdiagramm für die Kraftstoffeinspritzung und Unterstützungslufteinführung des Kraftstoffeinspritzventils vom Luftunterstützungstyp für das Abgasreinigungssystem einer Brennkraftmaschine gemäß der ersten und zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Figur 11 eine Schnittansicht des Kraftstoffeinspritzventils vom Luftunterstützungstyp des Abgasreinigungssystems für eine Brennkraftmaschine gemäß der ersten und zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Figur 12 ein Ablaufdiagramm in bezug auf die Kraftstoffeinspritzmengensteuerung bei einem Abgasreinigungssystem für eine Brennkraftmaschine gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Figur 13 eine grafische Darstellung einer Karte der Motorlast in Abhängigkeit von der Motordrehzahl, die für die Berechnung über das Ablaufdiagramm der Figur 12 verwendet wird;
Figur 14 eine grafische Darstellung einer Kartedes Endes der Kraftstoffeinspritzung (EOIf) und des Endes der Lufteinführung (EOIa) in Abhängigkeit von der Motordrehzahl (NE), die für die Berechnung über das Ablaufdiagramm der Figur 12 im Falle einer ersten Einspritzung (A-Einspritzmuster) verwendet wird;
Figur 15 eine grafische Darstellung einer Karte des Endes der Kraftstoffeinspritzung (EOIf) und des Endes der Lufteinführung (EOIa) in Abhängigkeit von der Motordrehzahl (NE), die für die Berechnung mit dem Ablaufdiagramm der Figur 12 im Falle einer zweiten Einspritzung (B-Einspritzmuster) verwendet wird;
Figur 16 ein Diagramm, das die Beziehungen zwischen der Lufteinführung, Kraftstoffeinspritzung und Kraftstoffeinspritzmenge bei dem A-Einspritzmuster wiedergibt;
Figur 17 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Lufteinführung, Kraftstoffeinspritzung und Kraftstoffeinspritzmenge im Falle des B-Einspritzmusters zeigt;
Figur 18 ein Diagramm, das eine Kraftstoffeinspritzperiode und eine Lufteinführperiode in der Form eines Kurbelwinkels im Falle des A-Einspritzmusters zeigt;
Figur 19 ein Diagramm, das eine Kraftstoffeinspritzperiode und eine Lufteinführperiode in Form eines Kurbelwinkels im Falle des B-Einspritzmusters zeigt;
Figur 20 ein Ablaufdiagramm der Kraftstoffeinspritzsteuerung und Lufteinführsteuerung für das Abgasreinigungssystem einer Brennkraftmaschine gemäß der dritten Ausführungsform der Erfindung;
Figur 21 ein Ablaufdiagramm zur Berechnung des Lufteinführtiming und Kraftstoffeinspritztiming für das Abgasreinigungssystem einer Brennkraftmaschine gemäß der dritten Ausführungsform der Erfindung;
Figur 22 eine grafische Darstellung einer Karte der Lufteinspritzmenge in Abhängigkeit von der Drosselklappenöffnungs- und Schließgeschwindigkeit, die bei der Berechnung über das Ablaufdiagramm der Figur 21 verwendet wird;
Figur 23 eine schematische Systemdarstellung des Abgasreinigungssystems für eine Brennkraftmaschine gemäß der dritten Ausführungsform der Erfindung;
Figur 24 eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt, eines Druckluftkraftstoffeinspritzventils für das Abgasreinigungssystem einer Brennkraftmaschine gemäß Figur 23;
Figur 25 ein Blockdiagramm einer elektronischen Steuereinheit für das Abgasreinigungssystem der Brennkraftmaschine gemäß Figur 23;
Figur 26 eine schematische Systemdarstellung eines Abgasreinigungssystems für eine Brennkraftmaschine gemäß einer vierten bis sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Figur 27 ein Blockdiagramm einer elektronischen Steuereinheit für das Abgasreinigungssystem der Brennkraftmaschine gemaß Figur 26;
Figur 28 eine Schnittansicht eines Kraftstoffeinspritzventils mit veränderlicher Kraftstoffeinspritzrate für das Abgasreinigungssystem einer Brennkraftmaschine gemäß Figur 26;
Figur 29 eine grafische Darstellung einer Karte der Kraftstoffeinspritzmenge in Abhängigkeit von der Kraftstoffeinspritzperiode für das Kraftstoffeinspritzventil der Figur 28;
Figur 30 ein Ablaufdiagramm der Kraftstoffeinspritzsteuerung für das Abgasreinigungssystem einer Brennkraftmaschine gemäß Figur 26;
Figur 31 eine grafische Darstellung einer Karte des Kraftstoffeinspritzmengenmodifikationsfaktors in Abhängigkeit von der Kühlwassertemperatur, die für die Berechnung über das Ablaufdiagramm der Figur 30 verwendet wird;
Figur 32 eine grafische Darstellung einer Karte des Kraftstoffeinspritzmengenmodifikationsfaktors in Abhängigkeit vom Ansaugdruck, die bei der Berechnung über das Ablaufdiagramm der Figur 30 verwendet wird;
Figur 33 eine grafische Darstellung einer Karte des Kraftstoffeinspritzmengenmodifikationsfaktors in Abhängigkeit von der Motordrehzahl, die bei der Berechnung über das Ablaufdiagramm der Figur 30 verwendet wird;
Figur 34 ein Ablaufdiagramm der Kraftstoffeinspritzratenveränderungssteuerung für das Abgasreinigungssystem der Brennkraftmaschine gemäß Figur 26;
Figur 35 ein Ablaufdiagramm der Kraftstoffeinspritzung für das Abgasreinigungssystem einer Brennkraftmaschine gemäß Figur 26;
Figur 36 eine grafische Darstellung einer Karte der Kraftstoffeinspritzrate in Abhängigkeit von der Kraftstoffeinspritzmenge für das Abgasreinigungssystem einer Brennkraftmaschine gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Figur 37 eine grafische Darstellung einer Karte der Kraftstoffeinspritzrate in Abhängigkeit von der Kraftstoffeinspritzmenge für das Abgasreinigungssystem einer Brennkraftmaschine gemäß der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Figur 38 eine grafische Darstellung einer Karte der Kraftstoffeinspritzrate in Abhängigkeit von der Kraftstoffeinspritzmenge für das Abgasreinigungssystem einer Brennkraftmaschine gemäß der sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Figur 39 eine grafische Darstellung einer Karte des Ansaugdrucks in Abhängigkeit von der Motordrehzahl, die zur Berechnung über das Ablaufdiagramm der Figur 34 verwendet wird;
Figur 40 eine schematische Systemdarstellung eines Abgasreinigungssystems für eine Brennkraftmaschine gemäß der siebten und achten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Figur 41 ein Steuerablaufdiagramm für das Abgasreinigungssystem einer Brennkraftmaschine gemäß der siebenten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Figur 42 ein Diagramm einer Hystereseschleife der Schritte 102c-105c des Ablaufdiagramms der Figur 41;
Figur 43 ein Diagramm einer Hystereseschleife der Schritte 108C-111C des Ablaufdiagramms der Figur 41;
Figur 44 ein Steuerablaufdiagramm für das Abgasreinigungssystem einer Brennkraftmaschine gemäß der achten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Figur 45 ein Blockdiagramm, das einen NOx-Reduktionsmechanismus eines NOx-Magerkatalysators zeigt;
Figur 46 eine schematische Systemdarstellung eines Abgasreinigungssystems für eine Brennkraftmaschine gemäß der neunten und zehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Figur 47 ein Steuerablaufdiagramm für das Abgasreinigungssystem einer Brennkraftmaschine gemäß der neunten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Figur 48 eine grafische Darstellung einer Karte der Sollkühlwassertemperatur in Abhängigkeit vom Luft-Kraftstoff-Verhältnis und der Abgastemperatur, die bei der Berechnung über das Ablaufdiagramm der Figur 47 verwendet wird;
Figur 49 eine grafische Darstellung einer Karte der Sollkühlwassertemperatur in Abhängigkeit von der Wassereinspritzmenge der Abgastemperatur, die bei der Berechnung über das Ablaufdiagramm der Figur 47 verwendet wird;
Figur 50 ein Steuerablaufdiagramm für das Abgasreinigungssystem einer Brennkraftmaschine gemäß der zehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Figur 51 eine grafische Darstellung einer Karte des Drehmomentes, der HC-Konzentration und der NOx-Konzentration in Abhängigkeit vom Luft-Kraftstoff-Verhältnis;
Figur 52 eine grafische Darstellung einer Karte des NOx-Reinigungsgrades in Abhängigkeit von der Katalysatortemperatur;
Figur 53 eine grafische Darstellung einer Karte des NOx-Reinigungsgrades in Abhängigkeit von der HC-Konzentration;
Figur 54 eine schematische Systemdarstellung eines Abgasreinigungssystems einer Brennkraftmaschine gemäß der elften und zwölften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Figur 55 ein Steuerablaufdiagramm für das Abgasreinigungssystem einer Brennkraftmaschine gemäß der elften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Figur 56 ein Ablaufdiagramm zum Stoppen der Wassereinspritzung, das bei der Steuerung durch das Ablaufdiagramm der Figur 55 Verwendung findet;
Figur 57 eine grafische Darstellung einer Karte der Sollwassereinspritzperiode in Abhängigkeit vom Luft-Kraftstoff-Verhältnis und der Abgastemperatur, die bei der Steuerung über das Ablaufdiagramm der Figur 55 Verwendung findet;
Figur 58 eine grafische Darstellung einer Karte der Sollwassereinspritzperiode in Abhängigkeit von der Abgastemperatur, die bei der Steuerung über das Ablaufdiagramm der Figur 55 Verwendung findet; und
Figur 59 ein Steuerablaufdiagramm für das Abgasreinigungssystem einer Brennkraftmaschine gemäß der zwölften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Es werden nunmehr zwölf Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erläutert.

1. und 2. Ausführungsform

Die Figuren 1-11 zeigen eine 1. und 2. Ausführungsform, bei der ein Kraftstoffeinspritzventil ein Kraftstoffeinspritzventil vom Luftunterstützungstyp umfaßt und die HC-Menge erhöht wird, indem die Zufuhr von Unterstützungsluft zum Kraftstoffeinspritzventil gestoppt oder die Menge der dem Kraftstoffeinspritzventil zugeführten Unterstützungsluft verringert wird, um die Zerstäubung des eingespritzten Kraftstoffs zu reduzieren.
Wie in Figur 5 gezeigt, umfaßt ein Abgasreinigungssystem für eine Brennkraftmaschine gemäß der ersten und zweiten Ausführungsform eine Brennkraftmaschine 2, die eine Kraftstoffverbrennung mit mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnissen durchführen kann, ein Kraftstoffeinspritzventil 8 vom Luftunterstützungstyp, das in einer Ansaugleitung 4 der Brennkraftmaschine 2 installiert ist, und einen NOx-Magerkatalysator 18, der in der Auslaßleitung 6 der Brennkraftmaschine angeordnet ist. Das Abgasreinigungssystem umfaßt des weiteren Brennkraftmaschinenbetriebszustandserfassungseinrichtungen zum Erfassen eines momentanen Brennkraftmaschinenbetriebszustandes, Brennkraftmaschinenbetriebsbereichsbestimmungseinrichtungen zum Bestimmen, ob oder ob nicht der Brennkraftmaschinenbetriebszustand in einem Bereich einer unzureichenden HC-Menge liegt, in dem die im Abgas vorhandene HC-Menge nicht ausreichend ist für den NOx-Magerkatalysator 18, um NOx in wirksamer Weise zu reduzieren, und Unterstützungsluftmengensteuereinrichtungen zum Erniedrigen der Menge an Unterstützungsluft oder zum Stoppen der Zufuhr der Unterstützungsluft, die dem Kraftstoffeinspritzventil vom Luftunterstützungstyp zugeführt wird, wenn die Brennkraftmaschinenbetriebsbereichsbestimmungseinrichtungen bestimmen, daß der momentane Brennkraftmaschinenbetriebszustand innerhalb des Bereiches einer unzureichenden HC-Menge liegt. Die Unterstützungsluftmengensteuereinrichtungen bilden die HC-Mengensteuereinrichtungen für die erste und zweite Ausführungsform.
Die Kraftstoffeinspritzung und die Luftinjektion des Kraftstoffeinspritzventils 8 vom Luftunterstützungstyp werden über eine elektronische Steuereinheit 10 (hiernach als ECU bezeichnet) gesteuert. Luft wird dem Kraftstoffeinspritzventil 8 vom Luftunterstützungstyp über eine Unterstützungsluftleitung 14 von einem Teil der Ansaugleitung 4 aufstromseitig einer Drosselklappe 12 zugeführt. Eine Luftpumpe, ein Druckregler 22 und ein Unterstützungsluftsteuerventil 16 sind in der Unterstützungsluftleitung 14 installiert, so daß Luft durch die Luftpumpe 20 unter Druck gesetzt wird und durch den Druckregler 22 auf einen konstanten Druck geregelt wird. Wenn das Unterstützungsluftsteuerventil 16 eingeschaltet wird, wird die Luft dem Kraftstoffeinspritzventil 8 vom Luftunterstützungstyp zugeführt. Die Zufuhr der Unterstützungsluft sowie der Zufuhrstop werden durch die ECU 10 gesteuert.
Wie in Figur 11 gezeigt ist, umfaßt das Kraftstoffeinspritzventil 8 vom Luftunterstützungstyp einen Kraftstoffeinspritzteil 82 und einen Luftinjektionsteil 84. Der Luftinjektionsteil 84 besitzt ein Düsenloch 86, eine Nadel 88 zum Öffnen und Schließen des Düsenlochs 86, eine Druckfeder 90 zum Vorspannen der Nadel 88 in einer Ventilschließrichtung, ein Solenoid 92 und einen beweglichen Kern 94 zum Bewegen der Nadel 88 in Ventilöffnungsrichtung, wenn der Kern magnetisch erregt wird. Das Timing der Kraftstoffeinspritzung und der Luftinjektion wird durch die CU 10 gesteuert.
Es wird davon ausgegangen, daß die NOx-Reduktion des NOx-Magerkatalysators 18, der in der Auslaßleitung 6 der Brennkraftmaschine installiert ist, durch eine Reaktion von einigen aktiven Spezies oder Radikalen (beispielsweise Spezies wie CO&supmin;), die durch teilweise Oxidation von Kohlenwasserstoffen und NOx erzeugt werden (siehe Figur 45), realisiert wird. Je mehr Kohlenwasserstoffe daher im Abgas enthalten sind und je mehr die partielle Oxidation von Kohlenwasserstoffen gefördert wird, desto höher ist der NOx-Reinigungsgrad des NOx-Magerkatalysators 18.
Bei der ersten und zweiten Ausführungsform wird die Menge des im Abgas enthaltenen HC gesteuert, indem die Menge der dem Kraftstoffeinspritzventil 8 vom Luftunterstützungstyp zugeführten Unterstützungsluft gesteuert wird, ohne eine spezielle HC-Zuführvorrichtung vorzusehen. Durch die Steuerung der Menge an Unterstützungsluft wird die Zufuhr von Unterstützungsluft zum Kraftstoffeinspritzventil 8 vom Luftunterstützungstyp gestoppt und die Menge der dem Kraftstoffeinspritzventil 8 zugeführten Unterstützungsluft verringert. Wenn die Zufuhr an Unterstützungsluft gestoppt oder verringert wird, wird die Zerstäubung im Kraftstoffeinspritzventil 8 vom Luftunterstützungstyp sowie die Verbrennung im Zylinder reduziert, sodaß auf diese Weise der Anteil der nicht verbrannten Kohlenwasserstoffe, die im Zylinder erzeugt und in die Auslaßleitung abgegeben werden, erhöht wird. Wenn im Gegensatz dazu ausreichend Unterstützungsluft dem Kraftstoffeinspritzventil 8 vom Luftunterstützungstyp zugeführt wird, wird die Zerstäubung des Kraftstoffs im Kraftstoffeinspritzventil 8 gefördert, so daß die Menge der im Abgas vorhandenen Kohlenwasserstoffe erniedrigt wird. Da jedoch durch die Reduzierung der Unterstützungsluftmenge der Kraftstoffverbrauch und die HC-Emissionen der Brennkraftmaschine erhöht werden, sollte die Menge an Unterstützungsluft nur dann reduziert werden, wenn sich der Brennkraftmaschinenbetriebszustand in dem Bereich einer unzureichenden HC-Menge befindet. Die Zufuhr der Unterstützungsluft wird durch Steuerung des Betriebes des Unterstützungsluftsteuerventils 16 durch die ECU 10 gesteuert.
Die ECU 10 umfaßt einen Mikrocomputer. Wie in Figur 6 gezeigt, besitzt die ECU 10 einen Eingang oder eine Eingangsschnittstelle 62, einen Ausgang oder eine Ausgangsschnittstelle 64, einen ROM 66, einen RAM 68 und eine Zentraleinheit (CPU) 70, die über eine Schaltung 72 miteinander gekoppelt sind. Analogsignale von einem Luftdurchflußmesser 24, einem Ansaugdrucksensor 26 und einem Drosselsensor 28 werden über A/D-Wandler 74a, 74b und 74c in digitale Signale umgewandelt und dann dem Eingang 62 zugeführt. Digitalsignale von einem ersten Kurbelwinkelsensor 30 und einem zweiten Kurbelwinkelsensor 32 werden direkt dem Eingang 62 zugeführt. Eine Treiberschaltung 76a zum Betreiben des Unterstützungsluftsteuerventils 16, eine Treiberschaltung 76b zum Betreiben des Kraftstoffeinspritzteiles 82 und des Kraftstoffeinspritzventils 8 vom Luftunterstützungstyp und eine Treiberschaltung 76c zum Betreiben des Luftinjektionsteiles 84 des Kraftstoffeinspritzventiles 8 sind an den Ausgang 64 angeschlossen. Mindestens einer der vorstehend genannten Sensoren bildet Brennkraftmaschinenbetriebszustandserfassungseinrichtungen zum Erfassen des Betriebszustandes (beispielsweise der Motordrehzahl und der Motorlast) der Brennkraftmaschine 2.
Die ECU 10 speichert Programme und Karten der Figuren 7-10 im ROM 66. Diese werden von der CPU 70 abgerufen, wenn eine Berechnung durchgeführt wird.
Figur 7 zeigt ein Programm zum Berechnen des Operationstiming des Kraftstoffeinspritzventils 8 vom Luftunterstützungstyp. Dieses Programm wird in vorgegebenen Zeitperioden eingegeben. In Schritt 302 werden eine Ansaugluftmenge Q (Ausgangswert des Luftdurchflußmessers 24), eine Motordrehzahl NE (vom Ausgangswert des Kurbelwinkelsensors 30 berechnet) und ein Drosselklappenöffnungs- und Schließgeschwindigkeitswert Delta TA (errechnet aus dem Ausgangswert des Drosselklappensensors 28) eingegeben. Ein positiver Wert von Delta TA entspricht dem Öffnen der Drosselklappe 12. Dann wird die Zeitdauer des geöffneten Zustandes des Kraftstoffeinspritzteiles 82 (Zeitdauer der Kraftstoffzufuhr) TAUF aus der folgenden Gleichung berechnet:
TAUF = KxQ/N
worin K ein Modifikationsfaktor ist.
Dann wird in Schritt 306 die Zeitdauer der Kraftstoffzufuhr in einen Kraftstoffzufuhrkurbelwinkel θf umgewandelt. Dann wird in Schritt 308 eine Düsenlochöffnungszeitdauer (Luftinjektionszeitdauer) TAUA aus der Drosselklappenöffnungs- und Schließgeschwindigkeit Delta TA unter Verwendung der Karte der Figur 8 berechnet. Wie in Figur 8 dargestellt, ist die Beziehung zwischen Delta TA und TAUA vorgegeben, so daß TAUA konstant ist, wenn Delta TA kleiner ist als ein vorgegebener Drosselklappenöffnungs- und Geschwindigkeitswert Delta TAP, und TAUA im wesentlichen linear ansteigt, wenn Delta TA gleich ist wie oder größer ist als Delta TAP, d.h. wenn der Motor beschleunigt wird.
In Schritt 310 wird die Luftinjektionszeitdauer TAUA in einen Luftinjektionskurbelwinkel θa umgewandelt. Dann wird in Schritt 212 ein Kraftstoffzufuhrbeginnkurbelwinkel θ&sub1; durch die folgende Gleichung berechnet:
θ&sub1; = θ&sub2; - θf
worin θ&sub2; ein Kraftstoffzufuhrstopwinkel bedeutet, bei dem es sich um einen vorgegebenen festen Winkel handelt (siehe Figur 9).
Dann wird in Schritt 314 ein Düsenlochöffnungskurbelwinkel θ&sub3; durch die folgende Gleichung berechnet:
θ&sub3; = θ&sub4; - θa
worin θ&sub4; ein Düsenlochschließkurbelwinkel ist, bei dem es sich um einen vorgegebenen festen Winkel handelt (siehe Figur 9).
Figur 10 zeigt ein Programm zum Steuern des Betriebes des Luftinjektionsteiles 84 des Kraftstoffeinspritzventils 8 vom Luftunterstützungstyp. Dieses Programm wird in Intervallen von vorgegebenen Perioden eingegeben, wie sie über den Ausgangswert des zweiten Kurbelwinkelsensors 32 gezählt wurden.
In Schritt 402 wird bestimmt, ob oder ob nicht der momentane Kurbelwinkel θ den Kraftstoffzufuhrbeginnkurbelwinkel θ&sub1; erreicht hat. Wenn θ den Wert θ&sub1; erreicht hat, rückt das Programm zu Schritt 404 vor, mit dem der Kraftstoffeinspritzteil 82 geöffnet wird. Dann wird in Schritt 406 bestimmt, ob oder ob nicht der momentane Kurbelwinkel θ den Kraftstoffzufuhrstopkurbelwinkel θ&sub2; erreicht hat. Wenn θ den Wert θ&sub2; erreicht hat, rückt das Programm zu Schritt 408 vor, mit dem der Kraftstoffeinspritzteil 82 geschlossen wird. Dann wird in Schritt 410 bestimmt, ob oder ob nicht der momentane Kurbelwinkel θ den Düsenlochöffnungskurbelwinkel θ&sub3; erreicht hat. Wenn θ θ&sub3; erreicht hat, rückt das Programm zu Schritt 412 vor, mit dem das Düsenloch 86 geöffnet und Luft injiziert wird, um den eingespritzten Kraftstoff in die Ansaugleitung oder die Verbrennungskammer der Brennkraftmaschine zu blasen. Dann wird in Schritt 414 bestimmt, ob oder ob nicht der momentane Kurbelwinkel θ den Düsenlochschließkurbelwinkel θ&sub4; erreicht hat. Wenn θ den Wert θ&sub4; erreicht hat, rückt das Programm zu Schritt 416 vor, mit dem das Düsenloch 86 geschlossen wird. Hiermit ist das Programm beendet.
Als nächstes werden die Diagramme erläutert, die für die erste und zweite Ausführungsform spezifisch sind. Die Figuren 1 und 2 entsprechen der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und zeigen ein Unterstützungsluftzuführsteuerprogramm sowie eine zur Berechnung verwendete Karte.
Das Programm der Figur 1 wird in Intervallen von vorgegebenen Perioden, beispielsweise in 50 msec Intervallen, eingegeben. In Schritt 102 werden die momentanen Brennkraftmaschinenbetriebszustände einschließlich der Motorlast Q/N, der Motordrehzahl NE und der Abgastemperatur T eingegeben. Die Abgastemperatur kann aus der momentanen Motorlast Q/N und der momentanen Motordrehzahl NE unter Verwendung einer Karte berechnet oder über einen Temperatursensor erfaßt werden, der in der Auslaßleitung der Brennkraftmaschine installiert ist.
Dann wird in Schritt 104 bestimmt, ob oder ob nicht der momentane Brennkraftmaschinenbetriebszustand (der in Schritt 102 eingegebene Zustand) innerhalb eines Bereiches liegt, in dem die im Abgas enthaltene Kohlenwasserstoffmenge nicht ausreichend ist für den NOx-Magerkatalysator 18, um in wirksamer Weise NOx zu reduzieren (ein solcher Bereich wird hiernach als Bereich einer unzureichenden HC-Menge bezeichnet). Eine mittlere Motorlast und ein mittlerer Motordrehzahlbereich sind ein typisches Beispiel eines solchen Bereiches einer unzureichenden HC-Menge.
Der schraffierte Abschnitt in Figur 2 zeigt einen solchen Bereich. Genauer gesagt, bei niedrigen Motorlasten und niedrigen Motordrehzahlen wird wenig NOx erzeugt und vom Motor abgegeben. Daher liegt eine ausreichende Menge HC für den NOx-Magerkatalysator 18 vor, um das im Abgas enthaltene NOx zu reinigen. Bei hohen Motorlasten und hohen Motordrehzahlen wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis in einem fetten Zustand gehalten (jedoch immer noch magerer als das theoretische Luft-Kraftstoff-Verhältnis), so daß daher eine relativ große Menge an HC im Abgas vorhanden ist. Der verbleibende Brennkraftmaschinenbetriebsbereich, d.h. ein Bereich mittlerer Motorlast und mittlerer Motordrehzahl, bildet den Bereich einer unzureichenden HC-Menge.
Wenn in Schritt 104 bestimmt worden ist, daß der Brennkraftmaschinenbetriebszustand im Bereich der unzureichenden HC- Menge liegt, rückt das Programm zu Schritt 110 vor, mit dem das Unterstützungsluftsteuerventil 16 geschlossen wird. Wenn im Gegensatz dazu in Schritt 104 bestimmt worden ist, daß der Brennkraftmaschienbetriebszustand nicht im Bereich der unzureichenden HC-Menge liegt, rückt das Programm zu Schritt 106 vor, mit dem bestimmt wird, ob oder ob nicht die Abgastemperatur (Einlaßgastemperatur des NOx-Magerkatalysators 18) T höher ist als seine vorgegebene Abgastemperatur TH1 (beispielsweise 550ºC).
Wenn die Abgastemperatur T höher ist als die Temperatur TH1, wird die direkte Oxidation von HC zu H&sub2;O und CO&sub2; gefördert, d.h. die partielle Oxidation von HC unterdrückt. Folglich wird der Bereich, in dem T höher ist als TH1, als Bereich einer unzureichenden HC (Radikale)-Menge gezählt.
Bei der ersten Ausführungsform der Erfindung verkörpern die Schritte 104 und 106 Brennkraftmaschinenbetriebszustandsbestimmungseinrichtungen zum Bestimmen, ob oder ob nicht der momentane Brennkraftmaschinenbetriebszustand innerhalb des Bereiches der unzureichenden HC-Menge liegt.
Wenn in Schritt 106 bestimmt worden ist, daß T höher ist als TH1, rückt das Programm zu Schritt 110 vor, mit dem das Luftsteuerventil 16 geschlossen wird. Wenn in Schritt 106 bestimmt worden ist, daß T TH1 entspricht oder niedriger ist, rückt das Programm zu Schritt 108 vor, mit dem das Unterstützungsluftsteuerventil 16 geöffnet wird. Hierbei verkörpern die Schritte 110 und 108 Unterstützungsluftmengensteuereinrichtungen zum Erniedrigen der Menge der Unterstützungsluft oder zum Stoppen der Zufuhr der Unterstützungsluft, wenn die Brennkraftmaschinenbetriebsbereichsbestimmungseinrichtungen bestimmen, daß der momentane Brennkraftmaschinenbetriebszustand innerhalb des Bereiches einer unzureichenden HC-Menge liegt. Da durch das Stoppen der Zufuhr der Unterstützungsluft die Zerstäubung des eingespritzten Kraftstoffs reduziert und der nicht verbrannte Kraftstoff (HC) im Abgas erhöht wird, verkörpern die Schritte 110 und 108 die HC-Mengensteuereinrichtungen der ersten Ausführungsform zum momentanen Reduzieren der Zerstäubung des vom Kraftstoffeinspritzventil eingespritzten Kraftstoffs, um auf diese Weise die Menge des im Abgas enthaltenen HC zu erhöhen, wenn die Brennkraftmaschinenbetriebsbereichsbestimmungseinrichtungen bestimmen, daß der momentane Brennkraftmaschinenbetriebszustand innerhalb des Bereiches der unzureichenden HC-Menge liegt.
Die Figuren 3 und 4 entsprechen der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und zeigen ein Unterstützungsluftzuführsteuerprogramm sowie eine Karte, die bei der Berechnung über das Programm verwendet wird. Wenn bei der zweiten Ausführungsform der Brennkraftmaschinenbetriebszustand von der Seite einer geringen Motorlast und einer geringen Motordrehzahl in den schraffierten Abschnitt der Figur 2 eindringt, wird das Schließen des Unterstützungsluftsteuerventils 16 um eine vorgegebene Zeitdauer verzögert. Der Grund für diese Verzögerung besteht darin, daß es besser ist, guten Verbrennungseigenschaften und einem guten Kraftstoffverbrauch Priorität gegenüber der NOx-Reduktion zu verleihen, da bei niedrigen Motorlasten und niedrigen Motordrehzahlen wenig NOx erzeugt wird und da die NOx-Menge infolge einer zeitlichen Verzögerung, wenn der Motorbetriebszustand in den schraffierten Abschnitt der Figur 2 eindringt, nicht so bald ansteigt.
Das Programm der Figur 3 wird in Intervallen von vorgegebenen Perioden, beispielsweise in 50 msec Intervallen, eingegeben. In Schritt 202 wird die momentane Motorlast Q/N und Motordrehzahl eingegeben. Dann wird in Schritt 204 aus einer Karte der Figur 4 ein Zählwert CT errechnet, der den Werten Q/N und NE entspricht. Der Wert CT ist ein Zählwert zur Änderung eines Temperaturzustandes C. Genauer gesagt, der Wert ist groß bei hohen Motorlasten und hohen Motordrehzahlen und klein bei niedrigen Motorlasten und niedrigen Motordrehzahlen. Dann wird in Schritt 206 der Zustand C für den momentanen Zyklus berechnet, indem der Zählwert CT dem Zustand C des vorhergehenden Zyklus hinzugefügt wird. Wenn daher der C-Wert groß ist, ist die Abgastemperatur hoch, und wenn der C-Wert gering ist, ist die Abgastemperatur niedrig.
Dann wird in den Schritten 208-214 bestimmt, ob oder ob nicht der C-Wert innerhalb eines vorgegebenen Bereiches liegt. Wenn der C-Wert kleiner ist als eine untere Grenze des vorgegebenen Bereiches, wird der C-Wert auf den unteren Grenzwert gesetzt, und wenn der C-Wert größer ist als eine obere Grenze des vorgegebenen Bereiches, wird er auf den oberen Grenzwert gesetzt, so daß eine übermäßig große Divergenz des C-Wertes verhindert wird.
Dann rückt das Programm zu Schritt 216 vor. In den Schritten 216-222 wird die Zeit gesteuert, wenn das Unterstützungsluftsteuerventil 16 geschlossen ist.
In Schritt 216 wird bestimmt, ob oder ob nicht der C-Wert einem vorgegebenen Wert (beispielsweise 200) entspricht oder größer als dieser ist, wobei dieser vorgegebene Wert einem Hochtemperaturzustand des Abgases und des Katalysators entspricht. Wenn bestimmt worden ist, daß der C-Wert geringer ist als der vorgegebene Wert, wird davon ausgegangen, daß die Abgastemperatur nicht hoch ist, und es wird eine übliche Kraftstoffeinspritzung ausgeführt.
Wenn in Schritt 216 bestimmt worden ist, daß der C-Wert dem vorgegebenen Wert entspricht oder größer als dieser ist, wird davon ausgegangen, daß die Abgastemperatur hoch ist, und das Programm rückt zu Schritt 218 vor. In Schritt 218 wird bestimmt, ob oder ob nicht der momentane Brennkraftmaschinenbetriebszustand (die momentane Motorlast Q/N und die momentane Motordrehzahl NE) im schraffierten Abschnitt der Figur 2 liegt. Wenn sich der Brennkraftmaschinenbetriebszustand außerhalb des schraffierten Bereiches befindet, rückt das Programm zu Schritt 222 vor, mit dem das Unterstützungsluftsteuerventil 16 geöffnet wird. Wenn der Brennkraftmaschinenbetriebszustand innerhalb des schraffierten Abschnittes liegt, rückt das Programm zu Schritt 220 vor, mit dem das Unterstützungsluftsteuerventil 16 geschlossen wird. Wenn daher der Brennkraftmaschinenbetriebszustand von der Hochtemperaturseite in den schraffierten Abschnitt der Figur 2 eindringt, rückt das Programm über die Schritte 216 und 218 zu Schritt 220 vor, so daß das Unterstützungsluftsteuerventil 16 in einer kurzen Zeitdauer geschlossen wird. Wenn im Gegensatz dazu der Brennkraftmaschinebetriebszustand in den schraffierten Abschnitt von der Niedertemperaturseite eindringt, rückt das Programm über Schritt 216 zu Schritt 222 vor, und das Unterstützungsluftsteuerventil 16 wird nicht geschlossen, bevor der C-Wert den vorgegebenen Wert erreicht hat, so daß das Schließen des Unterstützungsluftsteuerventils 16 verzögert wird.
Vorstehend verkörpern die Schritte 216 und 218 die Brennkraftmaschinenbetriebsbereichsbestimmungseinrichtungen der zweiten Ausführungsform zum Bestimmen, ob oder ob nicht der momentane Brennkraftmaschinenbetriebszustand innerhalb des Bereiches der unzureichenden HC-Menge liegt. Die Schritte 220 und 222 verkörpern die Unterstützungsluftmengensteuereinrichtungen der zweiten Ausführungsform zum Reduzieren der Unterstützungsluftmenge oder zum Stoppen der Zufuhr der Unterstützungsluft, wenn bestimmt wurde, daß der Brennkraftmaschinenbetriebszustand im Bereich der unzureichenden HC- Menge liegt. Daher verkörpern die Schritte 220 und 222 die HC-Mengensteuereinrichtungen der zweiten Ausführungsform zum momentanen Reduzieren der Zerstäubung des vom Kraftstoffeinspritzventil eingespritzten Kraftstoffs, um auf diese Weise die Menge der im Abgas von der Brennkraftmaschine enthaltenen Kohlenwasserstoffe zu erhöhen.
Es wird nunmehr die Funktionsweise der ersten und zweiten Ausführungsform erläutert.
Wenn bestimmt worden ist, daß der Brennkraftmaschinenbetriebszustand im Bereich der unzureichenden HC-Menge liegt, wird das Unterstützungsluftsteuerventil 16 geschlossen, so daß die Zufuhr von Unterstützungsluft gestoppt oder die Zufuhrmenge der Unterstützungsluft erniedrigt wird. Folglich wird die Zerstäubung des Kraftstoffes und die Verbrennung im Zylinder reduziert, und nicht verbrannter Kraftstoff wird abgegeben, um die im Abgas vorhandene HC-Menge zu erhöhen. Die erhöhte HC-Menge unterstützt den NOx-Magerkatalysator 18 beim Reduzieren von NOx, und der NOx-Reinigungsgrad des Katalysators 18 wird verbessert.
Wenn der Brennkraftmaschinenbetriebszustand nicht im Bereich der unzureichenden HC-Menge liegt, müssen die Zerstäubung des Kraftstoffs und die Verbrennung im Zylinder nicht reduziert werden. Daher wird Unterstützungsluft in üblicher Weise zugeführt.
Gemäß der ersten und zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die Unterstützungsluftzufuhr momentan gestoppt oder erniedrigt, wenn der Brennkraftmaschinenbetriebszustand im Bereich der unzureichenden HC-Menge liegt, so daß die im Abgas enthaltene HC-Menge durch Reduzierung der Zerstäubung des Kraftstoffs erhöht und der Reinigungsgrad des NOx-Magerkatalysators verbessert wird.

3. Ausführungsform

Die Figuren 12-25 entsprechen einer dritten Ausführungsform, bei der eine Brennkraftmaschine durch einen Zweitaktmotor mit Direkteinspritzung gebildet wird, der ein Druckluftkraftstoffeinspritzventil mit verändererlicher Kraftstoffeinspritzrate aufweist, wobei bei dieser Ausführungsform die HC-Menge erhöht wird, indem die Kraftstoffeinspritzrate des Druckluftkraftstoffeinspritzventils verändert wird.
Wie in Figur 23 gezeigt, umfaßt ein Abgasreinigungssystem für eine Brennkraftmaschine gemäß der dritten Ausführungsform einen Zweitaktmotor 2A mit direkter Kraftstoffeinspritzung mit einem Druckluftkraftstoffeinspritzventil 8A, das in einer Ansaugleitung 4A der Brennkraftmaschine 2A installiert ist, einen NOx-Magerkatalysator 18A, der in einer Auslaßleitung 6A der Brennkraftmaschine 2A montiert ist, Brennkraftmaschinenbetriebszustandserfassungseinrichtungen zum Erfassen eines momentanen Brennkraftmaschinenbetriebszustandes, Brennkraftmaschinenbetriebsbereichsbestimmungseinrichtungen zum Bestimmen, ob oder ob nicht der momentane Brennkraftmaschinenbetriebszustand in einen Bereich einer unzureichenden HC-Menge fällt, und Kraftstoffeinspritzratenveränderungseinrichtungen zum Verändern der Kraftstoffeinspritzrate des Druckluftkraftstoffeinspritzventils 8A auf eine Kraftstoffeinspritzrate, die die thermische Zersetzung des Kraftstoffs in einem Zylinder fördert, wenn die Brennkraftmaschinenbetriebsbereichsbestimmungseinrichtungen bestimmen, daß der Brennkraftmaschinenbetriebszustand im Bereich der unzureichenden HC-Menge liegt. Die Kraftstoffeinspritzratenveränderungseinrichtungen bilden die HC-Mengensteuereinrichtungen der dritten Ausführungsform.
Die Kraftstoffeinspritzung und die Luftinjektion des Druckluftkraftstoffeinspritzventils 8A werden durch eine elektronische Steuereinheit (hiernach als ECU bezeichnet) 10A gesteuert. Luft wird dem Druckluftkraftstoffeinspritzventil 8A über eine Unterstützungsluftleitung 14A von einem Abschnitt der Ansaugleitung 4A auf stromseitig einer Drosselklappe 12A zugeführt. Eine Luftpumpe 20A, ein Druckregler 22A und ein Unterstützungsluftsteuerventil 16A sind in der Unterstützungsluftleitung 14A installiert, so daß Luft durch die Luftpumpe 20A unter Druck gesetzt und durch den Druckregler 22A auf einen konstanten Druck geregelt wird. Wenn das Unterstützungsluftsteuerventil 16A eingeschaltet wird, wird Luft dem Druckluftkraftstoffeinspritzventil 8A zugeführt. Die Zufuhr der Unterstützungsluft und das Stoppen der Zufuhr werden durch die ECU 10A gesteuert.
Wie in Figur 24 gezeigt, umfaßt das Druckluftkraftstoffeinspritzventil 8A einen Kraftstoffeinspritzteil 82A und einen Luftinjektionsteil 84A. Der Luftinjektionsteil 84A besitzt ein Düsenloch 86A, eine Nadel 88A zum Öffnen und Schließen des Düsenlochs 86A, eine Druckfeder 90A zum Vorspannen der Nadel 88A in einer Ventilschließrichtung, ein Solenoid 92A und einen beweglichen Kern 94A zum Bewegen der Nadel 88A in einer Ventilöffnungsrichtung, wenn der Kern magnetisch erregt wird. Das Timing der Kraftstoffeinspritzung und der Unterstützungslufteinführung werden durch die ECU 10A gesteuert.
Der NOx-Magerkatalysator 18A benötigt HC zur Reduzierung von NOx. Die HC-Menge wird gesteuert, indem die Kraftstoffeinspritzrate oder das Kraftstoffeinspritzmuster des Druckluftkraftstoffeinspritzventils 8A verändert wird (Steuerung der Figuren 12-19), ohne eine spezielle HC-Zuführvorrichtung zu benötigen. Wenn das Kraftstoffeinspritzmuster auf ein erstes Einspritzmuster der Figur 16 verändert wird (ein A-Einspritzmuster mit einer A-Kraftstoffeinspritzrate), wobei zuerst Kraftstoff eingespritzt und dann Luft injiziert wird, wird die Zerstäubung des Kraftstoffs reduziert und Kraftstoff dringt in eine Verbrennungskammer ein, so daß er tief in das verbrannte Gas einströmt, das im Bodenabschnitt des Zylinders zurück bleibt, so daß der eingespritzte Kraftstoff nicht verbrannt, sondern durch Wärmeenergie des verbleibenden verbrannten Gases in HC-Moleküle mittlerer Größe aufgespalten und die Menge an HC (nicnt verbrannter Kraftstoff) im Abgas erhöht wird. Wenn im Gegensatz dazu das Kraftstoffeinspritzmuster auf ein zweites Einspritzmuster der Figur 17 verändert wird (ein B-Einspritzmuster mit einer B- Kraftstoffeinspritzrate), bei dem Kraftstoff und Luft zur gleichen Zeit eingeführt werden, wird die Zerstäubung des Kraftstoffs gefördert, so daß der eingespritzte Kraftstoff im wesentlichen vollständig verbrannt und die Menge an im Abgas enthaltenem HC erniedrigt wird. Da jedoch durch das A-Einspritzmuster der Kraftstoffverbrauch und die HC- Emissionen erhöht werden, sollte die Durchführung des A-Injektionsmusters auf eine Zeit begrenzt werden, in der der Brennkraftmaschinenbetriebszustand im Bereich einer unzureichenden HC-Menge liegt. Die Veränderung der Kraftstoffeinspritzrate wird durch das Steuern des Druckluftkraftstoffeinspritzventils 8A über die ECU 10A gesteuert.
Die ECU 10A umfaßt einen Mikrocomputer. Wie in Figur 25 dargestellt, besitzt die ECU 10A einen Eingang oder eine Eingangsschnittstelle 62A, einen Ausgang oder eine Ausgangsschnittstelle 64A, einen ROM 66A, einen RAM 68A und eine Zentraleinheit (CPU) 70A, die über eine Schaltung 72A gekoppelt sind. Analogsignale von einem Luftdurchflußmesser 24A, einem Ansaugdrucksensor 26A und einem Drosselklappensensor 28A werden über A/D-Wandler 74aA, 74bA und 74cA in Digitalsignale umgewandelt und dann dem Eingang 62A zugeführt. Digitalsignale von einem ersten Kurbelwinkelsensor 30A und einem zweiten Kurbelwinkelsesnsor 32A werden direkt dem Eingang 62A zugeführt. Eine Treiberschaltung 76aA zum Treiben des Unterstützungsluftsteuerventils 16A, eine Treiberschaltung 76bA zum Betreiben des Kraftstoffeinspritzteiles 82A des Druckluftkraftstoffeinspritzventils 8A und eine Treiberschaltung 76cA zum Betreiben des Luftinjektionsteiles 84A des Druckluftkraftstoffeinspritzventils 8A sind an den Ausgleich 64A angeschlossen. Mindestens einer der vorstehend beschriebenen Sensoren 24A, 26A, 28A, 30A und 32A bildet die Brennkraftmaschinenbetriebszustandserfassungseinrichtungen zum Erfassen des Betriebszustandes (beispielsweise der Motordrehzahl und der Motorlast) der Brennkraftmaschine 2A.
Die ECU 10A speichert Programme und Karten der Figuren 20-22 im ROM 66A. Diese werden von der CPU 70A abgerufen, wenn eine Berechnung durchgeführt wird.
Figur 21 zeigt ein Programm zum Errechnen des Operationstiming des Druckluftkraftstoffeinspritzventils 8A. Dieses Programm wird in Intervallen von vorgegebenen Perioden eingegeben. In Schritt 302A werden die Ansaugluftmenge Q (Ausgangssignal des Luftdurchflußmessers 24A), die Motordrehzahl NE (errechnet aus dem Ausgangssignal des Kurbelwinkelsensors 30A) und die Drosselklappenöffnungs- und Schließgeschwindigkeit Delta TA (errechnet aus dem Ausgangssignal des Drosselklappensensors 28A) eingegeben. Hierbei entspricht ein positiver Wert von Delta TA dem Öffnen der Drosselklappe 12A. Dann wird in Schritt 304A die Zeitdauer des geöffneten Zustandes des Kraftstoffeinspritzteiles 82A (Zeitdauer der Kraftstoffzufuhr) TAUF aus der folgenden Gleichung berechnet:
TAUF = KxQ/N
wobei K ein Modifikationsfaktor ist.
Dann wird in Schritt 306A die Zeitdauer der Kraftstoffzufuhr in einen Kraftstoffzufuhrkurbelwinkel θf umgeformt. In Schritt 308A wird dann die Düsenlochöffnungszeitdauer (Luftinjektionsperiode) TAUA aus dem Drosselklappenöffnungs- und Schließwert Delta TA unter Verwendung der Karte der Figur 22 berechnet. Wie in Figur 22 dargestellt, ist die Beziehung zwischen Delta TA und TAUA vorgegeben, so daß der Wert TAUA konstant ist, wenn Delta TA kleiner ist als ein vorgegebener Drosselklappenöffnungs- und Schließgeschwindigkeitswert Delta TAP. TAUA nimmt im wesentlichen linear zu, wenn der Wert Delta TA dem Wert Delta TAP entspricht oder größer als dieser ist, d.h. wenn der Motor beschleunigt.
In Schritt 310A wird die Luftinjektionsperiode TAUA in einen Luftinjektionskurbelwinkel θa umgeformt. Dann wird in Schritt 312A ein Kraftstoffzufuhrbeginnkurbelwinkel θ&sub1;&sub2; durch die folgende Gleichung errechnet:
θ&sub1; = θ&sub2; - θF
worin θ&sub2; ein Kraftstoffzufuhrstopkurbelwinkel ist, bei dem es sich um einen festen Winkel handelt, der für das A-Einspritzmuster und das B-Einspritzmuster konstant ist (siehe die Figuren 18 und 19).
Dann wird in Schritt 314A ein Düsenlochöffnungskurbelwinkel θ&sub3; durch die folgende Gleichung berechnet:
θ&sub3; = θ&sub4; - θa
worin θ&sub4; ein Düsenlochschließkurbelwinkel ist, bei dem es sich um einen festen Winkel handelt, der für das A-Einspritzmuster und das B-Einspritzmuster vorgegeben ist (siehe die Figuren 18 und 19).
Figur 20 zeigt ein Programm zum Steuern der Funktionsweise des Luftinjektionsteiles 84A des Druckluftkraftstoffeinspritzventiles 8A. Dieses Programm wird in Intervallen von vorgegebenen Perioden eingegeben, die über den Ausgang des zweiten Kurbelwinkelsensors 32A gezählt werden.
In Schritt 202A wird bestimmt, ob oder ob nicht der momentane Kurbelwinkel θ den Kraftstoffzufuhrbeginnkurbelwinkel θ&sub1; erreicht hat. Wenn θ den Wert θ&sub1; erreicht hat, rückt das Programm zu Schritt 204A vor, mit dem der Kraftstoffeinspritzteil 82A geöffnet wird. Dann wird in Schritt 206A bestimmt, ob oder ob nicht der momentane Kurbelwinkel θ den Kraftstoffzufuhrstopkurbelwinkel θ&sub2; erreicht hat. Wenn θ den Wert θ&sub2; erreicht hat, rückt das Programm zu Schritt 208A vor, mit dem der Kraftstoffeinspritzteil 82A geschlossen wird. Dann wird in Schritt 210A bestimmt, ob oder ob nicht der momentane Kurbelwinkel θ den Düsenlochöffnungskurbelwinkel θ&sub3; erreicht hat. Wenn θ den Wert θ&sub3; erreicht hat, rückt das Programm zu Schritt 212A vor, mit dem das Düsenloch 86A geöffnet und Luft injiziert wird, um den eingespritzten Kraftstoff in die Ansaugleitung der Verbrennungskammer der Brennkraftmaschine zu blasen. Dann wird in Schritt 214A bestimmt, ob oder ob nicht der momentane Kurbelwinkel θ den Düsenlochschließkurbelwinkel θ&sub4; erreicht hat. Wenn θ den Wert den Wert θ&sub4; erreicht hat, rückt das Programm zu Schritt 216A vor, mit dem das Düsenloch 86A geschlossen wird. Dann ist das Programm beendet.
Die Steuerung gemäß dem Programm der Figur 12 wird durchgeführt, so daß eine Kraftstoffeinspritzrate, die in bezug auf den momentanen Brennkraftmaschinenbetriebszustand optimal ist, ausgewählt wird, bevor die Steuerung gemäß den Programmen der Figuren 29 und 20 durchgeführt wird.
Das Programm der Figur 12 wird in Intervallen von vorgegebenen Perioden eingegeben. In Schritt 102A werden die momentanen Brennkraftmaschinenbetriebszustände einschließlich der Motorlast Q/N und der Motordrehzahl NE eingegeben. Dann wird in Schritt 104A unter Verwendung der Karte der Figur 13 bestimmt, ob oder ob nicht der momentane Brennkraftmaschinenbetriebszustand in dem Bereich der unzureichenden HC-Menge liegt. Ein Bereich einer mittleren Motorlast und einer mittleren Motordrehzahl ist ein typisches Beispiel eines solchen Bereiches einer unzureichenden AC-Menge. Schritt 104A verkörpert die Brennkrftmaschinenbetriebsbereichsbestimmungseinrichtungen.
Wenn in Schritt 104A bestimmt wird, daß der Brennkraftmaschinenbetriebszustand im Bereich der unzureichenden HC- Menge liegt, d.h. der Brennkraftmaschinenbetriebszustand in einem Bereich liegt, in dem die A-Einspritzung durchgeführt werden soll, rückt das Programm zu Schritt 108A vor. In Schritt 108A werden unter Verwendung der Karte der Figur 14 von EOIf (Ende der Einspritzung, Kraftstoff) und EOIa (Ende der Injektion, Luft) in Abhängigkeit von NE (Motordrehzahl) ein Kraftstoffeinspritzendzeitkurbelwinkel θ&sub2; und ein Luftinjektionsendzeitkurbelwinkel θ&sub4; entsprechend der momentanen Motordrehzahl NE berechnet, und diese Werte werden im RAM 68A gespeichert. Im A-Einspritzmuster wird der Kurbelwinkel θ&sub2; auf den Kurbelwinkel θ&sub4; vorgerückt, so daß die Kraftstoffeinspritzzeitdauer und die Luftinjektionszeitdauer einander nicht überlappen, wie in den Figuren 16 und 18 gezeigt. Wenn daher gemäß den Programmen der Figuren 21 und 20 eine Einspritzung durchgeführt wird, bleibt der vom Kraftstoffeinspritzteil 82A eingespritzte Kraftstoff in der Nachbarschaft der Nadel 88A und wird dann in den Zylinder in der Form eines Klumpens eingeführt, wenn das Düsenloch 86A geöffnet wird. Figur 16 zeigt das A-Einspritzmuster, gemäß dem ein Hauptteil des Kraftstoffs in der Form eines Klumpens in einem frühen Stadium der Einspritzzeitdauer eingespritzt wird. Da der eingespritzte Kraftstoff nicht zerstäubt wird, besitzt er ein starkes Penetrationsvermögen und fließt tief in einen unteren Endabschnitt des Zylinders, wo das verbrannte Gas des vorhergehenden Zyklus dazu neigt zu verbleiben. Der in den unteren Endabschnitt des Zylinders einströmende Kraftstoff wird erhitzt und thermisch aufgespalten, um HC-Moleküle mittlerer Größe zu bilden. Der Schritt 108A verkörpert somit eine Kraftstoffeinspritzratenveränderungseimrichtung, die den HC-Mengensteuereinrichtungen der dritten Ausführungsform entspricht.
Wenn in Schritt 104A bestimmt wird, daß der momentane Brennkraftmaschinenbetriebszustand nicht in dem Bereich liegt, in dem NOx erzeugt und abgegeben wird, d.h. in einem Bereich, in dem die B-Einspritzung durchgeführt werden soll, rückt das Programm zu Schritt 106A vor. In Schritt 106A werden eine Kraftstoffeinspritzendzeit O&sub2; und eine Luftinjektionsendzeit O&sub4; entsprechend der momentanen Motordrehzahl NE berechnet, und zwar auf der Basis einer Karte von EOIf und EOIa in Abhängigkeit von NE der Figur 15, und im RAM gespeichert. Bei der B-Einspritzung ist der Vorschub des Kurbelwinkels von O&sub2; zu O&sub4; gering, so daß daher die Kraftstoffeinspritzzeitdauer und die Luftinjektionszeitdauer einander überlappen, wie in den Figuren 17 und 19 gezeigt. Folglich ergibt die B-Einspritzung eine flache Kraftstoffeinspritzrate, wie in Figur 17 gezeigt. Bei einer solchen Kraftstoffeinspritzung wird die Zerstäubung des Kraftstoffs gefördert und Kraftstoff wird gut im Zylinder verbrannt, so daß die HC-Menge im Abgas erniedrigt wird. Da jedoch die B-Einspritzung durchgeführt wird, wenn die erzeugte NOx-Menge gering ist, tritt jedoch kein Problem in bezug auf die NOx-Reinigung auf. Bei der B-Einspritzung werden eine gute Verbrennung und ein guter Kraftstoffverbrauch erhalten.
Es wird nunmehr die Funktionsweise des Abgasreinigungssystems der dritten Ausführungsform erläutert. In dem Betriebsbereich, in dem wenig NOx erzeugt und abgegeben wird, kann der NOx-Magerkatalysator 18A auf glatte Weise NOx reduzieren, indem er blow-by-Kraftstoff (HC) verwendet, der insbesondere bei einem Zweitaktmotor erhalten wird. Wenn im Gegensatz dazu die Brennkraftmaschinenbetriebsbereichsbestimmungseinrichtungen in Schritt 104A bestimmen, daß der Brennkraftmaschinenbetriebszustand im Bereich der unzureichenden HC-Menge liegt, verändern die Kraftstoffeinspritzratenveränderungseinrichtungen (Schritt 108A) das momentane Kraftstoffeinspritzmuster zum A-Einspritzmuster. Im A-Einspritzmuster wird unter Ausnutzung des für einen Zweitaktmotor spezifischen Phänomens, daß verbranntes Gas dazu neigt, im unteren Abschnitt des Zylinders zu verbleiben, Kraftstoff in den unteren Abschnitt des Zylinders eingespritzt, wo der eingespritzte Kraftstoff thermisch in HC- Moleküle mittlerer Größe aufgespalten wird, ohne verbrannt zu werden. Diese HC-Moleküle mittlerer Größe sind besonders wirksam in bezug auf die Reduzierung von NOx.
Wenn bei der dritten Ausführungsform die Brennkraftmaschinenbetriebsbereichsbestimmungseinrichtungen 104A bestimmen, daß der momentane Brennkraftmaschinenbetriebszustand im Bereich der unzureichenden HC-Menge liegt, verändern die Kraftstoffeinspritzratenveränderungseinrichtungen 108A (die HC-Steuereinrichtungen der dritten Ausführungsform) die momentane Kraftstoffeinspritzrate auf die A-Kraftstoffeinspritzrate, so daß viel HC mittlerer Molekülgröße erzeugt wird, um den NOx-Reduktionsgrad des NOx-Magerkatalysators 18A zu verbessern.

4. bis 6. Ausführungsform

Die Figuren 26 bis 39 zeigen die 4. bis 6. Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der eine Brennkraftmaschine mit einem Kraftstoffeinspritzventil mit einer veränderlichen Kraftstoffeinspritzrate versehen ist und die HC-Menge erhöht wird, indem die Kraftstoffeinspritzrate zwingend auf eine hohe Kraftstoffeinspritzrate verändert wird. Figur 36 entspricht der 4. Ausführungsform, Figur 37 entspricht der 5. Ausführungsform und Figur 38 entspricht der 6. Ausführungsform. Die restlichen Figuren 26-35 und 39 sind auf jede der 4. und 6. Ausführungsform anwendbar. Figur 26 zeigt einen Fall, bei dem eine Brennkraftmaschine einen Benzinmotor umfaßt. Die Brennkraftmaschine kann jedoch auch einen Dieselmotor aufweisen.
Wie in Figur 26 gezeigt, umfaßt ein Abgasreinigungssystem für eine Brennkraftmaschine gemäß der 4. bis 6. Ausführungsform eine Brennkraftmaschine 2B, die eine Kraftstoffverbrennung bei mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnissen durchführen kann, einen NOx-Magerkatalysator 4B, der in einer Auslaßleitung der Brennkraftmaschine installiert ist, ein Kraftstoffeinspritzventil 6B, das in der Lage ist, seine Kraftstoffeinspritzrate zu verändern, eine Brennkraftmaschinenbetriebszustandserfassungseinrichtung zum Erfassen des Betriebszustandes der Brennkraftmaschine, eine Brennkraftmaschinenbetriebsbereichsbestimmungseinrichtung zum Bestimmen, ob der momentane Brennkraftmaschinenbetriebszustand im Bereich einer unzureichenden HC-Menge liegt, und eine Kraftstoffeinspritzratenveränderungseinrichtung zum zwingenden Verändern der Kraftstoffeinspritzrate des Kraftstoffeinspritzventils 6B auf eine hohe Kraftstoffeinspritzrate, wenn die Brennkraftmaschinenbetriebsbereichsbestimmungseinrichtungen bestimmen, daß der momentane Brennkraftmaschinenbetriebszustand im Bereich der unzureichenden HC-Menge liegt. Die Kraftstoffeinspritzratenveränderungs einrichtungen bilden die HC-Mengensteuereinrichtungen für die 4. bis 7. Ausführungsform.
Ferner sind in der Auslaßleitung ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 18B aufstromseitig des NOx-Materkatalysators 4B und ein Dreiwegekatalysator 22B oder Oxidationskatalysator abstromseitig des NOx-Magerkatalysators 4B installiert. In einer Ansaugleitung der Brennkraftmaschine 2B ist eine Drosselklappe 28B installiert. Der Öffnungsgrad der Drosselklappe 28B wird von einem Drosselklappensensor 30B erfaßt. In der Ansaugleitung ist ferner ein Ansaugdrucksensor 32B abstromseitig der Drosselklappe 28B installiert. In jedem Ansaugkanal, der mit jedem Zylinder der Brennkraftmaschine in Verbindung steht (im Falle eines Dieselmotors in jedem Zylinder) ist das Kraftstoffeinspritzventil 6B mit veränderlicher Kraftstoffeinspritzrate installiert. Im Falle eines fremdgezündeten Motors ist in jedem Zylinder eine Zündkerze 38B installiert. Die Bezugszeichen 40B und 24B zeigen eine Zündung und einen Verteiler zum Verteilen des elektrischen Stromes auf jede Zündkerze. Eine Drehwelle des Verteilers 24B ist mit einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine 2B verbunden, und ein Kurbelwinkelsensor 26B zum Berechnen der Motordrehzahl ist im Verteiler 24B untergebracht. Ferner ist ein Kühlwassererfassungssensor 34B an der Brennkraftmaschine 2B installiert.
Die Brennkraftmaschine 2B wird durch eine elektronische Steuereinheit (hiernach als ECU bezeichnet) 20B gesteuert, die einen Mikrocomputer umfaßt. Figur 27 zeigt den Aufbau der ECU 20B. Wie in Figur 27 gezeigt, besitzt die ECU 20B eine Zentraleinheit (CPU) 20aB zum Ausführen von Berechnungen, einen ROM 20bB, einen RAM 20cB, eine Eingangsschnittstelle 20dB für Analogsignale, einen Analog/Digital-Wandler 20eB zum Umwandeln von Analogsignalen in Digitalsignale, eine Eingangsschnittstelle 20fB für Digitalsignale, eine Ausgangsschnittstelle 20gB und eine Stromquelle 20hB.
Ausgangssignale der Brennkraftmaschinenbetriebserfassungseinrichtungen, die den Ansaugdrucksensor 32B, den Kühlwassertemperatursensor 34B und den Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 18B umfassen, werden der Eingangsschnittstelle 20dB zugeführt, und Ausgangssignale des Kurbelwinkelsensors 26B und des Drosselklappensensors (Digitalsensor) 30B werden der Eingangsschnittstelle 20fB zugeführt. Die Ausgangssignale der CPU 20aB werden über die Ausgangsschnittstelle 20gB den Kraftstoffeinspritzventilen 6B zugeführt, um Betätigungseinheiten hiervon anzutreiben.
Figur 28 zeigt Einzelheiten des Kraftstoffeinspritzventils 6B mit veränderlicher Kraftstoffeinspritzrate. Wie in Figur 28 gezeigt, besitzt ein Ventilhauptkörper 401B einen Flansch 402B zum Fixieren des Ventilhauptkörpers 401B an einem Zylinderkopf. Ein Düsenhalter 403B ist am Endabschnitt des Ventilhauptkörpers 401B fixiert, und ein Düsenloch 404B ist in einem Endabschnitt des Düsenhalters 403B ausgebildet. Ein Nadeleinsatzloch 405B ist im Düsenhalter 403B ausgebildet, und eine Nadel 406B ist gleitend in das Nadeleinsatzloch 405B eingesetzt. Ein konischer Ventilabschnitt 407b ist am Endabschnitt der Nadel 406B ausgebildet, und ein zylindrisch vorstehender Abschnitt 408B ist ferner in der Nadel 406B benachbart zum konischen Ventilabschnitt 407B ausgebildet. Eine spiralförmige Nut 409B ist in einem radial äußeren Abschnitt des zylindrisch vorstehenden Abschnittes 408B ausgeformt. Ein Anschlagelement 410B ist gleitend in einen Raum um die Nadel 406B herum eingesetzt, so daß das Anschlagelement 410B auf einer axial inneren Fläche des Düsenhalters 403B sitzen kann. Das Anschlagelement 410B umfaßt einen unteren Endabschnitt 410aB mit einem großen Durchmesser, einen mittleren Abschnitt 410bB mit einem mittleren Durchmesser, einen oberen Endabschnitt 410cB mit einem kleinen Durchmesser und einen zylindrischen Kernabschnitt 410dB, der koaxial zum oberen Endabschnitt 410cB angeordnet und am mittleren Abschnitt 410bB fixiert ist. Ein Federhalter 411B ist über den oberen Endabschnitt 410cB des Anschlagelementes 410B und um die Nadel 406B herum installiert. Ein Abstandshalter 412B und ein Sprengring 413B, der in eine in der Nadel 406B ausgebildete Nut eingepaßt ist, sind über dem Federhalter 411B installiert. Eine Druckfeder 414B ist zwischen einen vergrößerten Kopf 411aB des Federhalters 411B und den mittleren Abschnitt 410bB des Anschlagelementes 410B eingesetzt. Die Federkraft der Druckfeder 414B wird über den Federhalter 411B, den Abstandshalter 412B und den Sprengring 413B auf die Nadel 406B übertragen. Daher wird die Nadel 406B von der Federkraft der Druckfeder 414B konstant nach oben vorgespannt, so daß der Ventilabschnitt 407B der Nadel 406B das Düsenloch 404B schließt.
Ein beweglicher Kern 415B ist gleitend über einen oberen Endabschnitt der Nadel 406B eingesetzt und gegen den oberen Endabschnitt der Nadel 406B über eine Feder 416B gepreßt. Die Federkraft der Feder 416B ist kleiner als die Federkraft der Druckfeder 414B. Ein Antiverschleißelement 417B ist an einem unteren Endabschnitt des beweglichen Kernes 415B angebracht. Eine erste Erregerspule 418B, die eine erste Betätigungseinheit bildet, ist um den beweglichen Kern 415B herum installiert. Wenn die erste Erregerspule 418B magnetisch erregt wird, wird ein magnetischer Weg gebildet, der sich durch einen Statorabschnitt 419aB, einen Spalt 420B zwischen dem Statorabschnitt 419aB und dem beweglichen Kern 415B, den beweglichen Kern 415B und den Statorabschnitt 419bB erstreckt, so daß der bewegliche Kern 415B bewegt wird, um den Spalt 420B zu verringern. Ein Kraftstoffeinlaßkanal 421B ist über dem beweglichen Kern 415B ausgebildet und über ein Filter 422B an einen Kraftstoffeinlaß 423B angeschlossen.
Kraftstoff fließt über das Filter 422B in den Kraftstoffeinlaßkanal 421B und durch eine in einem radial äußeren Abschnitt des beweglichen Kernes 415B ausgebildete Kraftstoffnut 424B in einen Kraftstoffkanal 425B, der um die Nadel 406B herum ausgebildet ist. Dann fließt der Kraftstoff über ein Loch 426B, das im Abstandshalter 412B ausgebildet ist, in einen Raum, der zwischen der Nadel 406B und dem Federhalter 411B ausgebildet ist. Ein Abschnitt der Nadel 406B innerhalb des Federhalters 411B und das Anschlagelement 410B weisen einen dreieckförmigen Querschnitt auf, der drei ebene Seiten 406aB besitzt und einen Kraftstoffkanal 428B zwischen dem Nadelabschnitt und dem Federhalter 411B bildet. Der Kraftstoff fließt durch den Kraftstoffkanal 428B, dann durch einen ringförmigen Kraftstoffkanal 429B, der zwischen dem Nadeleinsatzloch 405B und der Nadel 406B ausgebildet ist, und dann durch die spiralförmige Nut 409B bis zu einem Raum hinter dem Ventilabschnitt 407B. Da sich der bewegliche Kern 415B bewegt, um den Spalt 420B zu verkleinern, wenn die erste Erregerspule 418B magnetisch erregt wird, wird die Nadel 406B abgesenkt, so daß der Ventilabschnitt 407B das Düsenloch 404B öffnen kann und Kraftstoff vom Düsenloch 404B eingespritzt wird.
Wie in Figur 28 gezeigt, ist ein Spalt 430B zwischen dem oberen Endabschnitt 410cB des Anschlagelementes 410B und dem unteren Endabschnitt des Federhalters 411B ausgebildet. Wenn die erste Erregerspule 418B magnetisch erregt wird, wird die Nadel 406B abgesenkt, so daß der untere Endabschnitt des Federhalters 411B mit dem oberen Endabschnitt 410cB des Anschlagelementes 410B in Kontakt tritt. Da der maximale Hub der Nadel 406B der Höhe des Spaltes 430B entspricht, kann der Nadelhub durch Veränderung der Höhe des Spaltes 430B eingestellt werden.
Eine zweite Erregerspule 431B, die eine zweite Betätigungseinheit bildet, ist um den zylindrischen Kernabschnitt 410dB des Anschlagelementes 410B herum installiert. Wenn dies zweite Erregerspule 431B erregt wird, wird ein magnetischer Weg gebildet, der sich durch einen Statorabschnitt 432aB, einen Spalt zwischen dem Statorabschnitt 432aB und dem Kernabschnitt 410dB, den Kernabschnitt 410dB und einen Statorabschnitt 432bB erstreckt, so daß der Kernabschnitt 410dB zur Verkleinerung des Spaltes 433B bewegt wird. Ein Positionierungsring 434B zum Einstellen der Bewegungsgröße des Anschlagelementes 410B ist zwischen den Ventilhauptkörper 401B und den Düsenhalter 403B gepaßt, und ein Spalt 435B ist zwischen dem Positionierungsring 434B und dem unteren Endabschnitt 410aB des Anschlagelementes 410B ausgebildet. Dieser Spalt 435b ist kleiner eingestellt als der Spalt 433B zwischen dem Statorabschnitt 422aB und dem Kernabschnitt 410dB und der Spalt 430B, der zwischen dem Federhalter 411B und dem Anschlagelement 410B ausgebildet ist. Da sich der Kernabschnitt 410dB so bewegt, daß der Spalt 433B verkleinert wird, wenn die zweite Erregerspule 431B erregt wird, bewegt sich das Anschlagelement 410B vom Düsenhalter 403B weg und nach oben, so daß der untere Endabschnitt 410aB schließlich mit dem Positionierungsring 434B in Kontakt tritt. Folglich wird der Spalt 430B zwischen dem Federhalter 411B und dem Anschlagelement 410B um einen Wert verringert, der dem Spalt 435B entspricht. Daher wird der maximale Hub der Nadel 406B hierbei verringert, wenn die erste Erregerspule 418B erregt wird.
Figur 29 gibt die Beziehung zwischen der Kraftstoffeinspritzmenge Q und einer Kraftstoffeinspritzperiode TAU für den Fall wieder, bei dem die maximale Hubposition der Nadel 406B durch Steuern des Anschlagelementes 410B verändert wird. In Figur 29 verkörpert die Linie c einen Fall, bei dem die zweite Erregerspule 431B nicht erregt ist, während die Linie D einen Fall verkörpert, bei dem die Erregerspule 431B erregt ist. Wenn der maximale Hub der Nadel 406B gering ist, ist die Kraftstoffeinspritzmenge pro Zeiteinheit gering. Daher ist die Einspritzmenge im Fall d geringer als im Fall c. Wenn gemäß Figur 29 die Kraftstoffeinspritzmenge Q geringer ist als eine erste vorgegebene Einspritzmenge Q0, wird die zweite Erregerspule 431B erregt und der maximale Hub der Nadel 406B erniedrigt. Wenn die Kraftstoffeinspritzmenge Q größer ist als eine zweite vorgegebene Einspritzmenge Q1, wird der maximale Hub der Nadel 406B erhöht. Folglich kann die Einspritzmenge über einen großen Bereich zwischen einer maximalen Einpritzmenge und einer minimalen Einspritzmenge in einer kurzen Zeitdauer verändert werden.
Figur 30 zeigt ein Programm für die Kraftstoffeinspritzsteuerung, das im ROM 20bB gespeichert ist und von der CPU 20aB abgerufen wird. Das Programm wird in Intervallen von vorgegebenen Kurbelwinkeln, beispielsweise Kurbelwinkelintervallen von 180º, eingegeben.
In Schritt 101B werden die momentane Motordrehzahl NE, die aus einem Ausgangssignal des Kurbelwinkelsensors 26B berechnet wurde, und der momentane Ansaugdruck PM, bei dem es sich um ein Ausgangssignal des Ansaugdrucksensors 32B handelt, eingegeben. Dann wird in Schritt 102B eine Basiskraftstoffeinspritzmenge QP aus den momentanen Werten PM und NE berechnet, so daß das berechnete Luft-Kraftstoff-Verhältnis dem theoretischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis entspricht.
Dann wird die Basiskraftstoffeinspritzmenge modifiziert. Genauer gesagt, in Schritt 102B wird die Motorkühlwassertemperatur THW, bei der es sich um ein Ausgangssignal des Kühlwassertemperatursensors 34B handelt, eingegeben. Dann wird in Schritt 104B ein Kühlwassertemperaturerhöhungsfaktor FWL unter Verwendung der Karte der Figur 31, die FWL in Abhängigkeit von THW zeigt, berechnet.
Die Basiskraftstoffeinspritzmenge QB sollte ebenfalls auf der Basis der Motordrehzahl NE und des Ansaugdrucks PM modifiziert werden. Genauer gesagt, in Schritt 105B wird ein Nagermodifikationsfaktor KLEANPM einer Kraftstoffeinspritzmenge gemäß einem Ansaugdruck unter Verwendung der Karte der Figur 32, die den Wert KLEANPM in Abhängigkeit von PM zeigt, berechnet. Ferner wird in Schritt 106B ein Magermodifikationsfaktor KLEANNE der Kraftstoffeinspritzmenge gemäß der Motordrehzahl unter Verwendung der Karte der Figur 33, die den Wert KLEANNE in Abhängigkeit von NE zeigt, berechnet. Dann wird in Schritt 107B ein Magermodifikationsfaktor KLEAN aus den Werten KLEANPM und KLEANNE berechnet.
Die Basiskraftstoffeinspritzmenge kann des weiteren in bezug auf einen Beschleunigungszeitanstieg, einen Zeitanstieg der voll geöffneten Drosselklappe und einen Katalysatorüberhitzungsschutzanstieg modifiziert werden. Genauer gesagt, in Schritt 108B wird der Beschleunigungszeitanstiegsfaktor FACC aus der Varianz Delta PM des Ansaugdrucks berechnet. In Schritt 109B wird der Anstiegsfaktor FPOWER der Zeit der voll geöffneten Drosselklappe aus einem Drosselklappenöffnungsgrad TA berechnet. Ferner wird in Schritt 110B der Katalysatorüberhitzungsschutzanstiegsfaktor OTP aus dem Ansaugdruck PM und der Motordrehzahl NE berechnet.
Dann wird in Schritt 111B die Kraftstoffeinspritzmenge Q aus der folgenden Gleichung berechnet:
Q = QP x KLEAN x FWL x (1 + FACC + FPOWER + OTP).
Dann wird das Programm der Figur 34 für die Kraftstoffeinspritzratensteuerung eingegeben. In Schritt 201B werden verschiedene Daten einschließlich der Kraftstoffeinspritzmenge Q, der Motordrehzahl NE und dem Ansaugdruck PM eingegeben. Dann wird in Schritt 202B bestimmt, ob oder ob nicht die Kraftstoffeinspritzmenge Q größer ist als eine vorgegebene Kraftstoffeinspritzmenge Q0. Wenn Q größer ist als Q0, rückt das Programm zu Schritt 206B vor, und die zweite Erregerspule wird ausgeschaltet, so daß die Kraftstoffeinspritzrate auf eine hohe Kraftstoffeinspritzrate verändert wird. Wenn Q in Schritt 202B gleich oder kleiner ist als Q0, rückt das Programm zu Schritt 203B vor, wo eine obere Grenze b und eine untere Grenze a zur Festlegung eines mittleren Brennkraftmaschinenbetriebslastbereiches entsprechend der momentanen Motordrehzahl aus einer Karte der Figur 39 berechnet werden. Dann rückt das Programm zu 204B vor, wo bestimmt wird, ob der momentane Wert PM zwischen den berechneten Werten a und b liegt oder nicht. Wenn PM zwischen a und b liegt, liegt der Brennkraftmaschinenbetriebszustand bei mittleren Motorlasten und, wovon ausgegangen wird, im Bereich einer unzureichenden HC-Menge. So rückt das Programm zu 206B vor, wo die zweite Erregerspule 431B ausgeschaltet wird, so daß die Kraftstoffeinspritzrate auf eine hohe Kraftstoffeinspritzrate verändert wird. Bei der hohen Kraftstoffeinspritzrate wird die Zerstäubung des eingespritzten Kraftstoffs reduziert, so daß die Menge des im Abgas enthaltenen HC erhöht wird, um den NOx-Reinigungsgrad des NOx-Magerkatalysators 4B zu erhöhen.
Wenn der Ansaugdruck PM in Schritt 204 nicht zwischen a und b liegt, rückt das Programm zu Schritt 205B vor, mit dem die zweite Erregerspule 431B auf "EIN" geschaltet wird, so daß die Kraftstoffeinspritzrate auf einen geringen Wert verändert wird. Im Falle eines Zweischritt-Hubeinspritzventiles des. Standes der Technik wird die Kraftstoffeinspritzrate auf einen hohen Wert gesetzt, wenn Q größer ist als Q0, und auf einen niedrigen Wert, wenn Q geringer ist als Q0. Im Gegensatz dazu werden bei der vierten bis sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Schritte 203B und 204B neu hinzugefügt, so daß die Kraftstoffeinspritzrate bei mittleren Motorlasten, die dem schraffierten Abschnitt der Figur 39 entsprechen, auf einen hohen Wert gesteuert wird. Das bedeutet, daß die Brennkraftmaschine im Brennkraftmaschinenbetriebslastbereich zwischen Q0 und Q1 der Figur 29 gemäß Linie c betrieben wird, wenn die Brennkraftmaschine unter mittlerer Last arbeitet, und gemäß Linie d, wenn sie nicht unter mittlerer Last arbeitet.
Bei dem Programm der Figur 34 verkörpert Schritt 204B die Brennkraftmaschinenbetriebsbereichsbestimmungseinrichtungen für die vierte bis sechste Ausführungsform, während Schritt 206B die Kraftstoffeinspritzratenveränderungseinrichtungen, d.h. die HC-Mengensteuereinrichtungen, für die vierte bis sechste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verkörpert.
Figur 35 zeigt ein Programm für die Kraftstoffeinspritzsteuerung. In Schritt 301B wird aus der Kraftstoffeinspritzmenge Q unter Verwendung der Karte der Figur 29 eine Kraftstoffeinspritzperiode TAU berechnet. Dann wird in Schritt 302B ein geeignetes Kraftstoffeinspritztiming berechnet, so daß die Kraftstoffeinspritzung in einem späteren Stadium eines Ansaughubes der Brennkraftmaschine durchgeführt wird. Dann wird in Schritt 303B bestimmt, ob oder ob nicht die Motorbetriebszeit das Kraftstoffeinspritztiming erreicht hat. Wenn die Motorbetriebszeit das Kraftstoffeinspritztiming erreicht hat, rückt das Programm zu Schritt 304 vor, mit dem die erste Erregerspule 418B für die TAU-Periode erregt wird, so daß eine Kraftstoffeinspritzung durchgeführt wird.
Figur 36 zeigt die Kraftstoffeinspritzrate in Abhängigkeit von der Kraftstoffeinspritzmenge bei der vorstehend beschriebenen Kraftstoffeinspritzung gemäß der vierten Ausführungsform. In Figur 36 ist mit einer durchgezogenen Linie die Charakteristik der vorliegenden Erfindung angedeutet, bei der die Einspritzrate auf einen hohen Wert zwischen Q1 und Q0 verändert wird, während eine gestrichelte Linie die Charakteristik des Standes der Technik als Bezugswert wiedergibt.
Figur 37 zeigt die Kraftstoffeinspritzrate in Abhängigkeit von der Kraftstoffeinspritzmenge gemäß der fünften Ausführungsform, bei der die Kraftstoffeinspritzrate nur bei mittleren Motorlasten auf einen hohen Wert verändert wird. Um eine solche Kraftstoffeinspritzcharakteristik zu erzielen, muß Schritt 202B aus dem Ablaufdiagramm der Figur 34 entfernt werden.
Figur 38 zeigt die Kraftstoffeinspritzrate in Abhängigkeit von der Kraftstoffeinspritzmenge bei der sechsten Ausführungsform, bei der die Kraftstoffeinspritzrate linear verändert werden kann und auf einen hohen Wert bei mittleren Motorlasten verändert wird.
Es wird nunmehr die Funktionsweise der vierten bis sechsten Ausführungsform erläutert.
Die Kraftstoffeinspritzrate wird zwingend auf einen hohen Wert bei mittleren Motorlasten verändert, wobei Kraftstoff in der Form eines "Klumpens" in einer kürzeren Zeitdauer als bei einer niedrigen Kraftstoffeinspritzrate eingespritzt wird. Folglich wird die Zerstäubung des eingespritzten Kraftstoffs reduziert, um nicht verbrannten Kraftstoff zu erzeugen, der in die Auslaßleitung zur Erzeugung von HC abgegeben wird. Dies unterstützt den NOx-Magerkatalysator bei der wirksamen Reduzierung von NOx.
Da bei der vierten bis sechsten Ausführungsform die Kraftstoffeinspritzratenveränderungseinrichtungen vorgesehen sind, wird in einem Zustand einer mittleren Motorlast die HC-Menge erhöht, um den NOx-Reinigungsgrad des NOx-Magerkatalysators zu verbessern.

7. und 8. Ausführungsform

Die Figuren 40-45 zeigen die 7. und 8. Ausführungsform, bei der ein Kühler zum Kühlen eines Ansauggases vorgesehen ist und die HC-Menge erhöht wird, indem man den Kühler das angesaugte Gas abkühlen läßt, um die Zerstäubung des eingespritzten Kraftstoffs zu reduzieren.
Wie in Figur 40 gezeigt, umfaßt das Abgasreinigungssystem für eine Brennkraftmaschine der 7. und 8. Ausführungsform eine Brennkraftmaschine 2C, mit der eine Kraftstoffverbrennung bei mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnissen durchgeführt werden kann, einen in einer Auslaßleitung 6C der Brennkraftmaschine installierten NOx-Magerkatalysator 4C, einen Kühler 10C, der einen Zwischenkühler zum Kühlen von Ansauggas umfaßt, welcher in einer Ansaugleitung 8C installiert ist, eine Bypass-Leitung 12C, die den Kühler 10C umgeht, und ein Schaltventil (Vakuumschaltventil) 14C zum Schalten des Ansauggasstromes zwischen dem Kühler 10C und der Bypass-Leitung 12C. Das Abgasreinigungssystem besitzt des weiteren Brennkraftmaschinenbetriebszustandserfassungseinrichtungen zum Erfassen des momentanen Brennkraftmaschinenbetriebszustandes, Brennkraftmaschinenbetriebsbereichsbestimmungseinrichtungen zum Bestimmen, ob oder ob nicht der momentane Brennkraftmaschinenbetriebszustand in einem Bereich einer unzureichenden HC-Menge liegt, und Schaltventilsteuereinrichtungen zum Umschalten des Schaltventils, damit Ansauggas durch den Kühler 10C strömen kann, wenn die Brennkraftmaschinenbetriebsbereichsbestimmungseinrichtungen bestimmen, daß der Brennkraftmaschinenbetriebszustand innerhalb des Bereiches der unzureichenden HC-Menge liegt. In diesem Fall bilden die Schaltventilsteuereinrichtungen die HC-Mengensteuereinrichtungen für die 7. und 8. Ausführungsform.
In der Auslaßleitung 6C kann ein Dreiwege-Katalysator 22C abstromseitig des NOx-Magerkatalysators 4C installiert sein. Ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor (oder ein O&sub2;-Sensor) 24C und/oder ein HC-Sensor 26C sind ebenfalls in der Auslaßleitung 6C installiert. Falls erforderlich, ist ein Abgastemperatursensor 28C in der Auslaßleitung 6C installiert, und ein Verbrennungsdrucksensor 34C ist in einer Verbrennungskammer 32C der Brennkraftmaschine 2C installiert. Ein Kurbelwinkelsensor 38C ist in einem Verteiler 36C untergebracht, der an der Brennkraftmaschine 2C vorgesehen ist.
Die Brennkraftmaschinenbetriebszustandserfassungseinrichtungen umfassen mindestens einen der nachfolgenden Sensoren: den Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 24C, den Abgastemperatursensor 28C, den Verbrennungsdrucksensor 34C und den HC-Sensor 26C. Der HC-Sensor 26C erfaßt direkt die HC-Menge des Abgases, während die anderen Sensoren die HCMenge indirekt erfassen.
Eine elektronische Steuereinheit (ECU) 40C ist zum Steuern der Brennkraftmaschine 2C vorgesehen. Die ECU 40C umfaßt eine Zentraleinheit (CPU) 40aC, einen ROM 40bC, einen RAM 40cC, einen A/D-Wandler 40dC, eine Eingangsschnittstelle 40eC und eine Ausgangsschnittstelle 40fC.
Die Programme der Figuren 41 und 44 werden im ROM 40bC gespeichert und von der CPU 40aC abgerufen, wenn eine Berechnung durchgeführt wird. Das Programm der Figur 41 entspricht der siebenten Ausführungsform, bei der die HC-Menge indirekt erfaßt und auf der Basis des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses und der Abgastemperatur bestimmt wird, während das Programm der Figur 44 der achten Ausführungsform entspricht, bei der die HC-Menge direkt vom HC-Sensor 26C erfaßt wird. Die Programme der Figuren 41 und 44 werden in Intervallen von vorgegebenen Kurbelwinkeln, beispielsweise Kurbelwinkelintervallen von 720º, eingegeben.
Bei der siebenten Ausführungsform, die in Figur 41 gezeigt wird, wird in Schritt 101C das momentane Luft-Kraftstoff- Verhältnis, bei dem es sich um ein Ausgangssignal des Luft- Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 24C handelt, eingegeben. Dann wird in Schritt 102C bestimmt, ob oder ob nicht das Luft- Kraftstoff-Verhältnis übermäßig mager ist, beispielsweise ob oder ob nicht der Wert A/F 20 entspricht oder größer ist. Wenn A/F 20 entspricht oder größer ist, ist die NOx-Erzeugungsmenge gering und die HC-Menge relativ groß, und es wird festgestellt, daß der Brennkraftmaschinenbetriebszustand nicht im Bereich der unzureichenden HC-Menge liegt. Wenn der Wert A/F kleiner als 20 ist, wird bestimmt, daß der Brennkraftmaschinenbetriebszustand im Bereich der unzureichenden AC-Menge liegt. Daher verkörpert Schritt 102C die Brennkraftmaschinenbetriebszustandsbestimmungseinrichtungen für die siebte Ausführungsform.
Wenn der Wert A/F 20 entspricht oder größer ist, rückt das Programm zu Schritt 103C vor. Es wird ein Bypass-Kennzeichen auf "1" gesetzt, was bedeutet, daß das Ansauggas durch die Bypass-Leitung strömt. Wenn der Wert A/F in Schritt 102C kleiner als 20 ist, rückt das Programm zu Schritt 104C vor, mit dem bestimmt wird, ob oder ob nicht der A/F-Wert kleiner ist als sein vorgegebenes Luft-Kraftstoff-Verhältnis (beispielsweise "19"), das kleiner ist als das in Schritt 102C verwendete Luft-Kraftstoff-Verhältnis ("20"). Wenn in Schritt 104C der Wert A/F dem Wert "19" entspricht oder kleiner als dieser ist, rückt das Programm zu Schritt 105C vor, mit dem das Bypass-Kennzeichen auf "0" gesetzt wird, was bedeutet, daß das Ansauggas durch den Kühler 10C strömt. Wenn der Wert A/F in Schritt 104C größer ist als "19", wird das Bypass-Kennzeichen auf "1" gehalten. Durch die Anordnung von Schritt 104 wird durch das Öffnen und Schließen des Schaltventils 14C eine Hystereseschleife gezogen, wie in Figur 42 dargestellt, und ein Jagen des Schaltventils 14C wird verhindert.
Selbst wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis außerhalb des Luft-Kraftstoff-Bereiches "19-20" liegt, gibt es einen Fall, bei dem bei hoher Abgastemperatur der im Abgas enthaltene Kohlenwasserstoff verbrannt wird, bevor er den NOx-Magerkatalysator 4C erreicht, so daß die HC-Menge für den NOx-Magerkatalysator zur Reduzierung von NOx unzureichend ist. Ein solcher Fall wird durch die Schritte 106C-112C ermittelt. Daher verkörpern die Schritte 102C-105C und 106C-112C die Brennkraftmaschinenbetriebsbereichsbestimmungseinrichtungen für die siebente Ausführungsform, um zu bestimmen, ob oder ob nicht der Brennkraftmaschinenbetriebszustand im Bereich der unzureichenden HC-Menge liegt.
In Schritt 106C wird bestimmt, ob oder ob nicht das Bypass- Kennzeichen "1" ist oder nicht. Wenn bestimmt wurde, daß das Bypass-Kennzeichen "1" beträgt, rückt das Programm zu Schritt 107C vor, mit dem die momentane Abgastemperatur TEX, bei der es sich um ein Ausgangssignal des Abgastemperatursensors 28C handelt, eingegeben wird. Dann wird in Schritt 108C bestimmt, ob oder ob nicht die momentane Abgastemperatur einer vorgegebenen Abgastemperatur G (beispielsweise 500ºC) entspricht oder höher als diese ist. Wenn der Wert TEX dem Wert G entspricht oder größer als dieser ist, wird die Abgastemperatur für übermäßig hoch gehalten, so daß die HC-Menge unzureichend ist. Dann rückt das Programm zu Schritt 109C vor, mit dem ein weiteres Bypass-Kennzeichen F2 auf "0" gesetzt wird, was bedeutet, daß das Ansauggas durch den Kühler 10C strömt. Wenn in Schritt 108C der Wert TEX kleiner ist als G, rückt das Programm zu Schritt 110C vor, mit dem bestimmt wird, ob die Abgastemperatur TEX einer anderen vorgegebenen Abgastemperatur A (beispielsweise 400ºC), die kleiner ist als G, entspricht oder geringer als diese ist. Wenn TEX dem Wert H entspricht oder geringer als dieser ist, wird die Oxidation des im Abgas enthaltenen HC nicht gefördert. Dann rückt das Programm zu Schritt 111C vor, mit dem das Bypass-Kennzeichen F2 auf "1" gesetzt wird, was bedeutet, daß das Ansauggas durch die Bypass-Leitung strömt. Wenn TEX in Schritt 110C größer ist als H, wird das Bypass-Kennzeichen F2 auf "0" gehalten. Durch den Schritt 110C wird durch das Öffnen und Schließen des Schaltventils 14C eine Hystereseschleife gezogen, wie in Figur 43 gezeigt, so daß ein Jagen des Ventils verhindert wird.
Das Programm rückt von einem der Schritte 109C, 110C und 111C weiter zu Schritt 112C. Mit Schritt 112C wird bestimmt, ob oder ob nicht das Bypass-Kennzeichen F2 "1" ist. Wenn in Schritt 112C bestimmt wurde, daß das Bypass-Kennzeichen F2 "1" ist, rückt das Programm zu Schritt 114C vor, mit dem das Schaltventil 14C auf "EIN" geschaltet wird, was dem Öffnen der Bypass-Leitung 12C entspricht, so daß das Ansauggas durch die Bypass-Leitung 12C strömt. Wenn in Schritt 112C bestimmt wurde, daß F2 "0" ist, rückt das Programm zu Schritt 113C vor, mit dem das Schaltventil 14C auf "AUS" geschaltet wird, was einem Öffnen der Kühlerleitung 8C entspricht, so daß das Ansauggas durch den Kühler 10C strömt. Wenn in Schritt 106C bestimmt wurde, daß das Bypass-Kennzeichen F1 nicht "1" ist, muß das Programm nicht die Schritte 107C-112C durchlaufen und rückt zu Schritt 113C vor, wo das Schaltventil 14C auf "AUS" gestellt wird. Wie vorstehend erläutert, verkörpern die Schritte 113C und 114C die Schaltventilsteuereinrichtungen, d.h. die HC-Mengensteuereinrichtungen der siebenten Ausführungsform.
Figur 44 zeigt ein Programm für die achte Ausführungsform. In Figur 44 wird mit Schritt 201C eine HC-Konzentration VHC, bei der es sich um ein Ausgangssignal des HC-Sensors 26C handelt, eingegeben. Dann rückt das Programm zu Schritt 202C vor, mit dem bestimmt wird, ob oder ob nicht die momentane HC-Konzentration VHC geringer ist als eine vorgegebene HC- Konzentration V0. In diesem Fall verkörpert Schritt 202C die Brennkraftmaschinenbetriebsbereichsbestimmungseinrichtungen für die achte Ausführungsform.
Wenn in Schritt 202C bestimmt wurde, daß VHC geringer ist als V0, d.h. wenn der Brennkraftmaschinenbetriebszustand im Bereich der unzureichenden HC-Menge liegt, rückt das Programm zu Schritt 203C vor, mit dem das Schaltventil 14C auf "AUS" geschaltet wird, so daß das Ansauggas durch den Kühler 10C strömt. Auch wenn bestimmt wurde, daß VHC dem Wert V0 entspricht oder größer als dieser ist, rückt das Programm zu Schritt 204C vor, mit dem das Schaltventil 14C auf "EIN" geschaltet wird, so daß das Ansauggas durch das Bypass-Ventil 12C strömt. In diesem Fall verkörpern die Schritte 203C und 204C die Schaltventilsteuereinrichtungen, d.h. die HC-Mengensteuereinrichtungen für die achte Ausführungsform.
Es wird nunmehr die Funktionsweise der siebten und achten Ausführungsform erläutert.
Bei niedrigen Motorlasten, wie normalen Motordrehzahlen oder einer langsamen Beschleunigungszeit, wird die Brennkraftmaschine normalerweise mit einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis von 20-24 betrieben. Bei einem solchen Betrieb wird wenig NOx und eine relativ große Menge von HC erzeugt. Daher liegt die Brennkraftmaschine nicht im Bereich der unzureichenden HC-Menge. In einem solchen Betrieb wird bei der siebenten Ausführungsform das Schaltventil 14C auf "EIN" geschaltet, so daß das Ansauggas durch die Bypass-Leitung 12C strömt und eine gute Verbrennung erhalten wird. Bei der achten Ausführungsform entspricht ein solcher Betrieb einem Bereich einer unzureichenden HC-Menge, und der Betrieb wird vom HC- Sensor erfaßt. Daher wird auch bei der achten Ausführungsform das Schaltventil 14C auf "EIN" geschaltet, so daß eine gute Verbrennung erhalten wird.
Bei mittleren und hohen Motorlasten, beispielsweise einer Beschleunigungszeit, wird die Brennkraftmaschine normalerweise mit einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis von 16-19 betrieben, um ein hohes Drehmoment zu erzielen. In einem solchen Zustand wird von der Brennkraftmaschine eine große Menge an NOx erzeugt, während die HC-Menge unzureichend ist. Bei der siebenten Ausführungsform wird das Schaltventil 14C auf "AUS" geschaltet, so daß das Ansauggas durch den Kühler 10C strömt und gekühlt wird. Da in einem solchen Zustand der Wert VHC kleiner ist als V0, wird auch bei der achten Ausführungsform das Schaltventil 10C auf "AUS" geschaltet und das Ansauggas gekühlt. Das gekühlte Ansauggas fördert nicht die Verdampfung des eingespritzten Kraftstoffs, so daß der eingespritzte Kraftstoff an der Wandfläche der Ansaugleitung und der Verbrennungskammer haftet. Die Zerstäubung und Verdampfung des Kraftstoffs wird somit reduziert, und es wird unverbrannter Kraftstoff (HC) erzeugt, um die Menge des im Abgas enthaltenen HC zu erhöhen und den NOx-Reinigungsgrad des NOx-Magerkatalysators 4C zu verbessern.
Bei extrem hohen Motorlasten wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis so gesteuert, das es unter 15 liegt, wird eine große Menge an HC erzeugt, und werden die HC-Emissionen durch den abstromseitig des NOx-Magerkatalysators 4C installierten Dreiwegekatalysators 22C gereinigt.
Gemäß der siebten und achten Ausführungsform wird das vom Kühler im Bereich der unzureichenden HC-Menge gekühlte Ansauggas gekühlt, so daß die Zerstäubung und Verdampfung des eingespritzten Kraftstoffs unterdrückt wird, um die HC-Menge zu erhöhen und die NOx-Reinigung des NOx-Magerkatalysators zu verbessern.

9. und 10. Ausführungsform

Die Figuren 46-53 zeigen die neunte und zehnte Ausführungsform der Erfindung, bei denen die Brennkraftmaschinentemperatur durch Steuerung des Motorkühlwasserdurchflusses gesteuert werden kann und die HC-Menge erhöht wird, indem die Motortemperatur stärker als üblich gekühlt wird, um die Zerstäubung des eingespritzten Kraftstoffs zu reduzieren.
Wie in Figur 46 gezeigt, umfaßt das Abgasreinigungssystem für eine Brennkraftmaschine gemäß der neunten und zehnten Ausführungsform eine Brennkraftmaschine 2D, die in der Lage ist, eine Kraftstoffverbrennung bei mageren Luft-Kraftstoff- Verhältnis sen durchzuführen, einen in einer Auslaßleitung 4D der Brennkraftmaschine 2D installierten NOx-Magerkatalysator 6D, einen Radiator 18D, eine Kühlwasserumwälzleitung 20D, die die Brennkraftmaschine 2D und den Radiator 18D miteinander verbindet, eine Bypass-Leitung 22D, die den Radiator 18D umgeht, ein Dreiwege-Solenoidventil 24D, das an einem Verbindungsabschnitt der Kühlwasserumwälzleitung 20D und der Bypass-Leitung 22D angeordnet ist, Brennkraftmaschinenbetriebszustandserfassungseinrichtungen zum Erfassen des momentanen Brennkraftmaschinenbetriebszustandes, Brennkraftmaschinenbetriebsbereichsbestimmungseinrichtungen zum Bestimmen, ob oder ob nicht der momentane Brennkraftmaschinenbetriebszustand in einem Bereich einer unzureichenden HC- Menge liegt, und Kühlwassertemperatursteuereinrichtungen zum Steuern der Kühlwassertemperatur auf einen Wert, der niedriger ist als die übliche Kühlwassertemperatur, wenn die Brennkraftmaschinenbetriebsbereichsbestimmungseinrichtungen bestimmen, daß der Brennkraftmaschinenbetriebszustand im Bereich der unzureichenden HC-Menge liegt. In diesem Fall bilden die Kühlwassertemperatursteuereinrichtungen die HC-Mengensteuereinrichtungen für die neunte und zehnte Ausführungsform.
Wie in Figur 46 gezeigt, sind ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 8D und ein Abgastemperatursensor 10D in der Abgasleitung 4D auf stromseitig des NOx-Magerkatalysators 6D installiert. Ein Ansaugdrucksensor 14D ist in einer Ansaugleitung 12D der Brennkraftmaschine installiert. Ferner ist ein Kurbelwinkelsensor 16D in einem Verteiler untergebracht, der an der Brennkraftmaschine vorgesehen ist. Ein Kühlwassertemperatursensor 28D ist in einer Wasserummantelung der Brennkraftmaschine angeordnet, um die Temperatur des Kühlwassers der Brennkraftmaschine zu erfassen. Diese Sensoren bilden die Brennkraftmaschinenbetriebszustandserfassungseinrichtungen.
Eine elektronische Steuereinheit (ECU) 30D ist der Brennkraftmaschine 2D zugeordnet, um deren Betrieb zu steuern. Die ECU 30D besitzt eine Zentraleinheit (CPU) 30aD, einen ROM 30bD, einen RAM 30cD, einen A/D-Wandler 30dD, eine Eingangsschnittstelle 30eD, eine Ausgangsschnittstelle 30fD und eine Verbindungsschaltung 30gD. Das Ausgangssignal des Kurbelwinkelsensors 16D wird der Eingangsschnittstelle 30eD zugeführt, und die Ausgangssignale des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 8D, des Abgastemperatursensors 10D, des Ansaugdrucksensors 14C und des Kühlwassertemperatursensors 28C werden dem A/D-Wandler 30dD zugeführt. Die Signale von der Ausgangsschnittstelle 30fD werden an das Dreiwege-Solenoidventil 24D gegeben.
Das Programm der Figur 47 entspricht der neunten Ausführungsform, gemäß der indirekt bestimmt wird, ob oder ob nicht der Brennkraftmaschinenbetriebszustand im Bereich der unzureichenden HC-Menge liegt. Das Programm der Figur 41 entspricht der zehnten Ausführungsform, bei der direkt bestimmt wird, ob oder ob nicht der Brennkraftmaschinenbetriebszustand im Bereich der unzureichenden HC-Menge liegt. Diese Programme werden durch den ROM 30bD gespeichert und von der CPU 30aD abgerufen, wenn Berechnungen in bestimmten Intervallen von vorgegebenen Perioden durchgeführt werden.
Bei der neunten Ausführungsform werden in den Schritten 101D und 102D die Brennkraftmaschinenbetriebszustände eingegeben. Genauer gesagt, in Schritt 101D wird das momentane Luft- Kraftstoff-Verhältnis APF, bei dem es sich um das Ausgangssignal des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 8D handelt, eingegeben, während in Schritt 102D die momentane Abgastemperatur TEX, bei der es sich um das Ausgangssignal des Abgastemperatursensors 10D handelt, eingegeben wird. Alternativ dazu kann die Abgastemperatur aus dem momentanen Ansaugdruck PM und der momentanen Motordrehzahl NE berechnet werden.
Dann rückt das Programm zu den Schritten 103D und 104D vor, mit denen bestimmt wird, ob oder ob nicht das momentane Luft-Kraftstoff-Verhältnis ABF zwischen einer unteren Grenze ABF1 und einer oberen Grenze ABF2 des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, d.h. innerhalb eines Bereiches einer kleinen HC- Menge zwischen ABF1 und ABF2 in Figur 50, liegt. Wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis innerhalb des Bereiches der kleinen HC-Menge liegt, rückt das Programm zu Schritt 105D vor, und wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis nicht innerhalb dieses Bereiches der kleinen HC-Menge liegt, rückt das Programm zu Schritt 106D vor.
Wenn das Programm zu Schritt 105D vorrückt, wird die Sollkühlwassertemperatur THW0 aus einer Karte berechnet, die die Sollkühlwassertemperatur THW0 in Abhängigkeit von der Abgastemperatur TEX und dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis ABF zeigt, wie in Figur 48 dargestellt. Die Sollkühlwassertemperatur ist so vorgegeben, daß sie niedriger ist als eine übliche Kühlwassertemperatur (beispielsweise 95ºC). Wenn daher die Kühlwassertemperatur THW so gesteuert wird, daß sie sich der Sollkühlwassertemperatur THW0 gemäß den Schritten 109D- 112D nähert, wird die Temperatur der Brennkraftmaschine 2D so gesteuert, daß sie niedrig ist.
Wenn das Programm zu Schritt 106D vorrückt, wird in Schritt 106D bestimmt, ob oder ob nicht die Abgastemperatur TEX höher ist als eine vorgegebene Abgastemperatur TEX1, die einer Temperatur entspricht, bei der der NOx-Reinigungsgrad plötzlich abfällt, wie in Figur 52 gezeigt. Wenn festgestellt wird, daß TEX größer ist als TEX1, wird angenommen, daß HC vollständig zu CO&sub2; und H&sub2;O oxidiert worden ist, wie in Figur 45 gezeigt. Somit rückt das Programm zu Schritt 107D vor, mit dem eine Sollkühlwassertemperatur THW0 aus einer Karte von THW0 in Abhängigkeit von TEX, wie in Figur 49 dargestellt, berechnet wird. In diesem Fall ist THW0 ebenfalls niedriger als die übliche Kühlwassertemperatur von 95ºC. Somit wird die Temperatur der Brennkraftmaschine 2D so gesteuert, daß sie niedrig ist.
Wenn in Schritt 106D festgestellt wurde, daß die Abgastemperatur TEX niedriger ist als TEX, ist die HC-Menge relativ ausreichend, und der Brennkraftmaschinenbetrieb liegt in einem Bereich, in dem eine direkte Oxidation von HC nicht gefördert wird. Daher rückt das Programm zu Schritt 108D vor, mit dem die Sollkühlwassertemperatur THW0 auf die übliche Kühlwassertemperatur gesetzt wird, beispielsweise 95ºC, bei der eine gute Verbrennung erhalten wird. Vorstehend verkörpern die Schritte 103D, 104D und 106D die Brennkraftmaschinenbetriebsbereichsbestimmungseinrichtungen für die neunte Ausführungsform.
Dann rückt das Programm von einem der Schritte 105D, 107D und 108D zu den Schritten 109D-112D vor, mit denen die momentane Brennkraftmaschinenkühlwassertemperatur THW auf die Sollkühlwassertemperatur THW0 gesteuert wird. Genauer gesagt, in Schritt 109D wird die momentane Kühlwassertemperatur THW, bei der es sich um ein Ausgangssignal des Kühlwassertemperatursensors 28D handelt, eingegeben. Dann rückt das Programm zu Schritt 110D vor, mit dem bestimmt wird, ob oder ob nicht die momentane Brennkraftmaschinenkühlwassertemperatur THW geringer ist als die Sollkühlwassertemperatur THW0. Wenn THW niedriger ist als THW0, rückt das Programm zu Schritt 112D vor, mit dem das Dreiwege-Solenoidventil 24D auf "AUS" geschaltet wird, so daß das Kühlwasser der Brennkraftmaschine den Radiator 18C umgeht und die Kühlwassertemperatur erhöht wird. Wenn THW nicht niedriger ist als THW0, rückt das Programm zu Schritt 111D vor, mit dem das Dreiwege-Solenoidventil 24D auf "EIN" geschaltet wird, so daß die Brennkraftmaschinenkühlwassertemperatur abgesenkt wird. Vorstehend verkörpern die Schritte 105D und 107D-112D die KÜhlwassertemperatursteuereinrichtungen für die neunte Ausführungs form.
Figur 51 zeigt ein Programm für die zehnte Ausführungsform. Bei der zehnten Ausführungsform sollte ein HC-Sensor 32D zum Erfassen der HC-Konzentration des Abgases in der Auslaßleitung installiert sein.
In Schritt 201D wird die momentane HC-Konzentration, bei der es sich um das Ausgangssignal des HC-Sensors 32D handelt, eingegeben. Dann wird in Schritt 202D bestimmt, ob oder ob nicht die momentane VHC geringer ist als eine vorgegebene HC-Konzentration V0. Wenn VHC geringer ist als V0, ist die HC-Menge nicht ausreichend, und das Programm rückt zu Schritt 203D vor, mit dem eine Sollbrennkraftmaschinenkühlwassertemperatur THW0 auf eine Temperatur, beispielsweise 70ºC, gesetzt wird, die geringer ist als eine übliche Kühlwassertemperatur von 95ºC. Wenn in Schritt 202D festgestellt wird, daß die VHC nicht geringer ist als V0, rückt das Programm zu Schritt 204D vor, mit dem eine Sollkühlwassertemperatur auf die übliche Kühlwassertemperatur von 95ºC gesetzt wird. In diesem Fall verkörpert Schritt 202D die Brennkraftmaschinenbetriebsbereichsbestimmungseinrichtungen für die zehnte Ausführungsform.
Dann rückt das Programm zu den Schritten 205D-208D vor, mit denen die momentane Brennkraftmaschinenkühlwassertemperatur THW auf die Sollbrennkraftmaschinenkühlwassertemperatur THW0 gesteuert wird. In diesem Fall verkörpern die Schritte 203D- 208D die Kühlwassertemperatursteuereinrichtungen, d.h. die HC-Mengensteuereinrichtungen für die zehnte Ausführungsform.
Es wird nunmehr die Funktionsweise der neunten und zehnten Ausführungsform erläutert.
Wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis ABF zwischen ABF1 und ABF2 liegt und auch dann, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis nicht zwischen ABF1 und ABF2 liegt, jedoch die Abgastemperatur TEX höher ist als TEX1 und wenn die HC-Konzentration VHC geringer ist als V0, wird davon ausgegangen, daß der Brennkraftmaschinenbetriebszustand im Bereich der unzureichenden HC-Menge liegt, so daß die Sollkühlwassertemperatur THW0 auf eine Temperatur gesetzt wird, die geringer ist als die übliche Kühlwassertemperatur, so daß die Kühlwassertemperatur der Brennkraftmaschine durch Öffnen und Schließen des Dreiweige-Solenoidventils 24C auf die niedrige Solltemperatur gesteuert wird.
Daher wird im Bereich der unzureichenden HC-Menge die Brennkraftmaschinentemperatur auf einen niedrigen Wert gesteuert. Folglich werden die Verdampfung und Zerstäubung des Kraftstoffs und die Verbrennung im Zylinder reduziert, um die Menge an nicht verbranntem Kraftstoff und somit die HC-Menge im Abgas zu erhöhen.
Wenn der Brennkraftmaschinenbetriebszustand nicht im Bereich der unzureichenden HC-Menge liegt, wird die Brennkraftmaschinenkühlwassertemperatur auf die übliche Temperatur gesteuert, so daß damit eine gute Verdampfung oder Zerstäubung des Kraftstoffs erhalten wird.
Gemäß der neunten und zehnten Ausführungsform wird daher im Bereich der unzureichenden HC-Menge die Brennkraftmaschinenkühlwassertemperatur auf einen niedrigen Wert gesteuert, so daß die Zerstäubung des Kraftstoffs unterdrückt wird, um die HC-Menge im Abgas zu erhöhen und den NOx-Reinigungsgrad des NOx-Magerkatalysators zu verbessern.

11. und 12. Ausführungsform

Die Figuren 54-59 zeigen die elfte und zwölfte Ausführungsform, bei der eine Wassereinspritzvorrichtung vorgesehen ist und die HC-Menge erhöht wird, indem man die Wassereinspritzvorrichtung Wasser in eine Ansaugleitung oder eine Verbrennungskammer einspritzen läßt, um die Zerstäubung des eingespritzten Kraftstoffs zu reduzieren.
Wie in Figur 54 gezeigt, umfaßt ein Abgasreinigungssystem für eine Brennkraftmaschine gemäß der elften und zwölften Ausführungsform eine Brennkraftmaschine 2E, einen NOx-Magerkatalysator 6E, der in einer Auslaßleitung 4E der Brennkraftmaschine installiert ist, eine Wassereinspritzvorrichtung zum Einspritzen von Wasser in eine Ansaugleitung 12E oder eine Verbrennungskammer der Brennkraftmaschine, die ein Wassereinspritzventil 18E aufweist, Brennkraftmaschinenbetriebszustandserfassungseinrichtungen zum Erfassen des momentanen Betriebszustandes der Brennkraftmaschine, Brennkraftmaschinenbetriebsbereichsbestimmungseinrichtungen zum Bestimmen, ob oder ob nicht der momentane Brennkraftmaschinenbetriebszustand im Bereich einer unzureichenden AC-Menge liegt, und Wassereinspritzsteuereinrichtungen, um zu bewirken, daß die Wassereinspritzvorrichtung Wasser einspritzt, wenn die Brennkraftmaschinenbetriebsbereichsbestimmungseinrichtungen bestimmen, daß der Brennkraftmaschinenbetriebszustand im Bereich dem unzureichenden HC- Menge liegt. Die Wassereinspritzsteuereinrichtungen verkörpern die HC-Mengensteuereinrichtungen für die elfte und zwölfte Ausführungsform.
Wie in Figur 54 gezeigt, sind ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 8E und ein Abgastemperatursensor 10E in der Auslaßleitung 4E der Brennkraftmaschine installiert. Ferner ist ein Ansaugdrucksensor 14E in der Ansaugleitung 12C der Brennkraftmaschine installiert. Ein Kurbelwinkelsensor 16E ist in einem Verteiler untergebracht, der mit einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine in Verbindung steht, und ein Motordrehzahlsignal wird vom Ausgangssignal des Kurbelwinkelsensors berechnet. Des weiteren ist ein Kühlwassertemperatursensor 28E zum Erfassen der Kühlwassertemperatur der Brennkraftmaschine dieser zugeordnet. Diese Sensoren verkörpern die Brennkraftmaschinenbetriebszustandserfassungseinrichtungen. Die Wassereinspritzvorrichtung umfaßt das Wassereinspritzventil 20E, eine Wasserpumpe 24E und eine Leitung 22E, die Wasser von der Wasserpumpe 24E zum Wassereinspritzventil 20E führt. Das Wassereinspritzventil 20E ist in der gleichen Weise wie ein herkömmlich ausgebildetes Kraftstoffeinspritzventil ausgebildet.
Wie in Figur 54 gezeigt, ist eine elektronische Steuereinheit (ECU) 30E vorgesehen, um die Funktionsweise der Brennkraftmaschine zu steuern. Die ECU 30E, die einen Mikrocomputer umfaßt, besitzt eine Zentraleinheit (CPU) 30aE, einen ROM 30bE, einen RAM 30cE, einen A/D-Wandler 30dE zum Umwandeln von Analogsignalen in Digitalsignale, eine Eingangsschnittstelle 30eE, eine Ausgangsschnittstelle 30fE und eine Verbindungsschaltung 30gE. Das Ausgangssignal des Kurbelwinkelsensors 16E wird der Eingangsschnittstelle 30eE zugeführt, und die Ausgangssignale des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 8E, des Abgastemperatursensors 10E, des Ansaugdrucksensors 14E und des Kühlwassertemperatursensors 28E werden dem A/D-Wandler 30dE zugeführt. Das Ausgangssignal von der Ausgangsschnittstelle 30fE wird dem Wassereinspritzventil 18E zugeführt.
Die Figuren 55 und 59 zeigen Wassereinspritzsteuerprogramme für die elfte und zwölfte Ausführungsform. Das Unterprogramm der Figur 56 ist sowohl für die elfte als auch für die zwölfte Ausführungsform geeignet. Bei der elften Ausführungsform wird auf der Basis des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses und der Abgastemperatur indirekt bestimmt, ob oder ob nicht der Brennkraftmaschinenbetriebszustand im Bereich der unzureichenden HC-Menge liegt. Bei der zwölften Ausführungsform wird der Brennkraftmaschinenbetriebszustand direkt auf der Basis der HC-Konzentration des Abgases bestimmt. Diese Programme werden im ROM 30bE gespeichert und von der CPU 30aE abgerufen, wenn eine Berechnung in Intervallen von vorgegebenen Perioden durchgeführt werden soll.
Wie in Figur 55 gezeigt, werden bei der elften Ausführungsform die momentanen Brennkraftmaschinenbetriebszustände in den Schritten 101E und 102E eingegeben. Genauer gesagt, in Schritt 101E wird das momentane Luft-Kraftstoff-Verhältnis ABF, bei dem es sich um ein Ausgangssignal des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 8E handelt, eingegeben, und in Schritt 102E wird die momentane Abgastemperatur TEX, bei der es sich um ein Ausgangssignal des Abgastemperatursensors 10E handelt, eingegeben. Alternativ dazu kann die Abgastemperatur aus dem Ansaugdruck PM und der Motordrehzahl NE berechnet werden.
Dann rückt das Programm zu den Schritten 103E und 104E vor, in denen bestimmt wird, ob oder ob nicht das Luft-Kraftstoff-Verhältnis ABF zwischen einer unteren Grenze ABF1 und einer oberen Grenze ABF2 des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses liegt, d.h. ob oder ob nicht das Luft-Kraftstoff-Verhältnis ABF in einem Bereich einer kleinen HC-Menge liegt (siehe Figur 50). Wenn ABF im Bereich der kleinen HC-Menge liegt, rückt das Programm zu Schritt 105E vor. Wenn ABF nicht im Bereich der kleinen Menge liegt, rückt das Programm zu Schritt 106E vor.
Wenn das Programm zu Schritt 105E vorrückt, wird eine Sollwassereinspritzzeitdauer TW berechnet, indem eine Karte verwendet wird, in der die Wassereinspritzzeitdauer TW in Abhängigkeit vom Luft-Kraftstoff-Verhältnis ABF und der Abgastemperatur TEX dargestellt ist, wie in Figur 57 gezeigt. Je größer in Figur 57 das Luft-Kraftstoff-Verhältnis ABF und je höher die Abgastemperatur TEX ist, desto länger ist die Wassereinspritzzeit TW.
Wenn das Programm zu Schritt 106E vorrückt, wird bestimmt, ob oder ob nicht die Abgastemperatur TEX höher ist als eine Abgastemperatur TEX1, bei der der NOx-Reinigungsgrad nicht merkbar abnimmt (siehe Figur 52). Wenn TEX größer ist als TEX1, wird davon ausgegangen, daß der Brennkraftmaschinenbetriebszustand im Bereich der unzureichenden HC-Menge liegt, da die direkte Oxidation von HC zu CO&sub2; und H&sub2;O gefördert wird (siehe Figur 45). Daher rückt das Programm zu Schritt 107E vor, mit dem eine Sollwassereinspritzzeitdauer TW unter Verwendung einer Karte berechnet wird, in der die Wassereinspritzzeitdauer TW in Abhängigkeit von der Abgastemperatur TEX dargestellt ist, wie in Figur 58 gezeigt. Je höher in Figur 58 die Abgastemperatur TEX ist, desto länger ist die Wassereinspritzzeitdauer TW. Vorstehend verkörpern die Schritte 103E, 104E und 106E die Brennkraftmaschinenbetriebsbereichsbestimmungseinrichtungen für die elfte Ausführungsform, um zu bestimmen, ob oder ob nicht der momentane Brennkraftmaschinenbetriebszustand im Bereich der unzureichenden HC-Menge liegt.
Dann rückt das Programm zu den Schriten 108E und 109E vor, mit denen Wasser über die Solleinspritzzeitdauer, die in den Schritten 103E-107E berechnet wurde, eingespritzt wird. Genauer gesagt, mit Schritt 108E wird das Wassereinspritzventil 18E auf "EIN" geschaltet, um mit dem Wassereinspritzen zu beginnen. Dann wird in Schritt 109E ein Wassereinspritzendzeitpunkt errechnet, indem die Solleinspritzzeitdauer TW zur momentanen Zeit addiert wird, und es wird ein Timer gesetzt. Figur 56 ist ein Unterprogramm, das eingegeben wird, wenn die Zeit den Wassereinspritzendzeitpunkt in Schritt 109E erreicht. Im Unterprogram wird in Schritt 301E das Wassereinspritzventil 18E auf "AUS" geschaltet, so daß die Wassereinspritzung beendet wird. Wenn Wasser eingespritzt wird, wird ein Teil der Verbrennungswärme für die Verdampfung des Wassers gebraucht, so daß die Verbrennungstemperatur abnimmt und eine vollständige Verbrennung unterdrückt wird, um nicht verbrannten Kraftstoff im Abgas zu erzeugen und die HC-Menge im Abgas zu erhöhen. Wenn im Gegensatz dazu die Wassereinspritzung gestoppt wird, nimmt die Verbrennungstemperatur zu.
Wenn die Abgastemperatur TEX in Schritt 106E einer vorgegebenen Abgastemperatur TEX1 entspricht oder niedriger als diese ist, wird keine Wassereinspritzung benötigt, da eine relativ große Menge an HC im Abgas vorhanden ist und die direkte Oxidation von HC nicht gefördert wird. Daher rückt das Programm zu einem Rückkehrschritt vor. Vorstehend verkörpern die Schritte 105E und 107E-109E die Wassereinspritzsteuereinrichtungen, d.h. die HC-Mengensteuereinrichtungen für die elfte Ausführungsform.
Figur 59 zeigt die zwölfte Ausführungsform. Bei der zwölften Ausführungsform sollte ein HC-Sensor 26E in der Auslaßleitung installiert sein, wie in Figur 54 gezeigt. Die Ausführungssignale des HC-Sensors 26E werden dem A/D-Wandler 30dE zugeführt.
Gemäß Figur 59 wird in Schritt 201E die HC-Konzentration, bei der es sich um ein Ausgangssignal des HC-Sensors 26E handelt, eingegeben. Dann wird in Schritt 202E bestimmt, ob oder ob nicht die momentane HC-Konzentration VHC geringer ist als eine vorgegebene HC-Konzentration V0. Wenn VHC geringer ist als V0, d.h. die HC-Menge unzureichend ist, rückt das Programm zu Schritt 203E vor, mit dem das Wassereinspritzventil 18E auf "EIN" geschaltet wird. Dann rückt das Programm zu Schritt 204E vor, wo der Timer für den Wassereinspritzendzeitpunkt gesetzt wird. Die Schritte 203E und 204E entsprechen den Schritten 108E und 109E der elften Ausführungsform. Wenn VHC in Schritt 202E nicht kleiner ist als V0, wird keine Wassereinspritzung benötigt, so daß das Programm zu einem Rückkehrschritt vorrückt. Bei der zwölften Ausführungsform verkörpert Schritt 202E die Brennkraftmaschinenbetriebsbereichsbestimmungseinrichtungen, während die Schritte 203E und 204E die Wassereinspritzsteuereinrichtungen oder die HC-Mengensteuereinrichtungen verkörpern.
Es wird nunmehr die Funktionsweise der elften und zwölften Ausführungsform erläutert.
Wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis ABF zwischen ABF1 (beispielsweise "16") und ABF2 (beispielsweise "19") liegt und wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis nicht zwischen ABF1 und ABF2 liegt, jedoch die Abgastemperatur TEX höher ist als TEX1, und wenn die HC-Konzentration VHC geringer ist als V0, wird davon ausgegangen, daß die HC-Menge unzureichend ist, und es wird eine Wassereinspritzung über eine vorgegebene Wassereinspritzzeitdauer durchgeführt. Durch die Wassereinspritzung wird die Verbrennungstemperatur der Brennkraftmaschine 2E erniedrigt, so daß nicht verbrannter Kraftstoff erzeugt wird und die Menge des im Abgas enthaltenen AC erhöht wird. Wenn im Gegensatz dazu die HC-Menge ausreichend ist, wird die Kraftstoffeinspritzung gestoppt, so daß eine gute Verbrennung erreicht wird.
Wenn bei der elften und zwölften Ausführungsform die HC- Menge im Abgas unzureichend ist, wird Wasser in die Ansaugleitung oder die Verbrennungskammer der Brennkraftmaschine eingespritzt, so daß nicht verbrannter Kraftstoff erzeugt wird, um die HC-Menge zu erhöhen und den NOx-Reinigungsgrad des NOx-Magerkatalysators zu verbessern.

Claims

1. Abgasreinigungssystem für eine Brennkraftmaschine mit:

einer Brennkraftmaschine (2, 2A, 2B, 2C, 2D, 2E), die in der Lage ist, eine Kraftstoffverbrennung bei mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnissen durchzuführen, und eine Verbrennungskammer, eine Einlaßleitung (4, 4A, 8C, 12D, 12E), eine Auslaßleitung (6, 6A, 6C, 4D, 4E) und ein Kraftstoffeinspritzventil (8, 8A, 6B) zum Einspritzen von Kraftstoff in die Einlaßieitung (4, 4A, 8C, 12D, 12E) oder die Verbrennungskammer aufweist;

einem in der Auslaßleitung (6, 6A, 6C, 4D, 4E) der Brennkraftmaschine installierten Katalysator (18, 18A, 4B, 4C, 6D, 6E), der aus Zeolith konstruiert ist, der mindestens eine Metallart trägt, die aus Übergangsmetallen und Edelmetallen ausgewählt ist, um die im Abgas der Brennkraftmaschine unter oxidierenden Bedingungen und in der Gegenwart von Kohlenwasserstoffen enthaltenen Stickoxide zu reduzieren;

Brennkraftmaschinenbetriebszustandserfassungseinrichtungen (24, 26, 28, 30, 32, 24A, 26A, 28A, 30A, 32A, 26B, 30B, 32B, 34B, 24C, 26C, 28C, 34C, 38C, 8D, 10D, 14D, 28D, 32D, 8E, 10E, 14E, 26E, 28E) zum Erfassen eines momentanen Betriebszustandes der Brennkraftmaschine (2, 2A, 2B, 2C, 2D, 2E); und

Brennkraftmaschinenbetriebsbereichsbestimmungseinrichtungen (104, 106, 216, 218, 104A, 204B, 102C-112C, 202C, 103D, 104D, 106D, 202D, 103E, 104E, 106E, 102E) zum Bestimmen, ob oder ob nicht der momentane, von den Brennkraftmaschinenbetriebszustandserfassungseinrichtungen (24, 26, 28, 30, 32, 24A, 26A, 28A, 30A, 32A, 26B, 30B, 32B, 34B, 24C, 26C, 28C, 34C, 38C, 8D, 10D, 14D, 28D, 32D, 8E, 10E, 14E, 26E, 28E) erfaßte Brennkraftmaschinenbetriebszustand innerhalb eines Bereiches einer nicht ausreichenden HC-Menge liegt, in dem eine im Abgas der Brennkraftmaschine befindliche und dem Katalysator zugeführte Menge an Kohlenwasserstoffen für den Katalysator (18, 18A, 4B, 4C, 6D, 6E) nicht ausreichend ist, um die im Abgas enthaltenen Stickoxide zu reduzieren;

gekennzeichnet durch:

HC-Mengen-Steuereinrichtungen (108, 110, 220, 222, 108A, 206B, 113C, 114C, 203C, 204C, 105D, 107D-112D, 105E, 107E-109E, 203E, 104E) zum momentanen Reduzieren der Zerstäubung des vom Kraftstoffeinspritzventil (8, 8A, 6B) eingespritzten Kraftstoffs, um auf diese Weise die im Abgas der Brennkraftmaschine enthaltene Menge an Kohlenwasserstoffen zu erhöhen, wenn die Brennkraftmaschinenbetriebsbereichsbestimmungseinrichtungen (104, 106, 216, 218, 104A, 204B, 102C-112C, 202C, 103D, 104D, 106D, 202D, 103E, 104E, 106E, 202E) bestimmen, daß der momentane Brennkraftmaschinenbetriebszustand innerhalb des Bereiches der nicht ausreichenden HC-Menge liegt.

2. Abgasreinigungssystem nach Anspruch 1, bei dem das Kraftstoffeinspritzventil (8) ein Kraftstoffeinspritzventil vom Luftunterstützungstyp und Einrichtungen zum Zuführen von Unterstützungsluft zum Kraftstoffeinspritzventil (8) umfaßt, wobei die Unterstützungsluftzuführeinrichtungen ein Unterstützungsluftsteuerventil (16) umfassen und die HC-Mengen-Steuereinrichtungen (108, 110, 220, 222) Unterstützungsluftmengensteuereinrichtungen besitzen, um die Menge an Unterstützungsluft zu erniedrigen oder die Zuführung der dem Kraftstoffeinspritzventil (8) vom Luftunterstützungstyp zugeführten Unterstützungsluft zu stoppen, wenn die Brennkraftmaschinenbetriebsbereichsbestimmungseinrichtungen (104, 106, 216, 218) bestimmen, daß der momentane Brennkraftmaschinenbetriebszustand innerhalb des Bereiches der nicht ausreichenden HC-Menge liegt.

3. Abgasreinigungssystem nach Anspruch 2, bei dem die Brennkraftmaschinenbetriebsbereichsbestimmungseinrichtungen (104, 106) Einrichtungen zum Bestimmen, ob der Brennkraftmaschinenbetriebszustand innerhalb des Bereiches der nicht ausreichenden HC-Menge liegt, wenn die Brennkraftmaschine unter mittleren Lasten und mittleren Drehzahlen läuft, umfassen.

4. Abgasreinigungssystem nach Anspruch 3, bei dem die Unterstützungsluftmengensteuereinrichtungen (220, 222) Verzögerungseinrichtungen (206, 216, 222) zur Verzögerung des Schließens des Unterstützungsluftsteuerventils (16) um eine vorgegebene Zeitdauer umfassen, wenn sich der Brennkraftmaschinenbetriebszustand zum Bereich der nicht ausreichenden HC-Menge von niedrigen Lasten und niedrigen Drehzahlen der Brennkraftmaschine ändert.

5. Abgasreinigungssystem nach Anspruch 2, bei dem die Brennkraftmaschine (2) des weiteren eine in der Einlaßleitung (4) installierte Drosselklappe (12) aufweist, das Kraftstoffeinspritzventil (8) vom Luftunterstützungstyp in der Einlaßleitung (4) abstromseitig der Drosselklappe (12) angeordnet ist und die Einrichtungen zur Zuführung von Unterstützungsluft des weiteren eine Unterstützungsluftleitung (14) umfassen, die ein aufstromseitiges Ende besitzen, das an einen Abschnitt der Einlaßleitung (4) aufstromseitig der Drosselklappe (12) angeschlossen ist, und ein abstromseitiges Ende, das an das Kraftstoffeinspritzventil (8) angeschlossen ist, wobei das Unterstützungsluftsteuerventil (16) in der Unterstützungsluftleitung (14) installiert ist.

6. Abgasreinigungssystem nach Anspruch 2, bei dem das Kraftstoffeinspritzventil (8) vom Luftunterstützungstyp einen Kraftstoffeinspritzabschnitt (82) und einen Luftinjektionsabschnitt (84) umfaßt und der Luftinjektionsabschnitt (84) ein Düsenloch (86), eine Nadel (88) zum Öffnen und Schließen des Düsenlochs (86), eine Feder (90) zum Vorspannen der Nadel (88) in Schließrichtung, ein Solenoid (92) und einen beweglichen Kern (94) zum Bewegen der Nadel (88) bei magnetischer Erregung in Öffnungsrichtung umfaßt.

7. Abgasreinigungssystem nach Anspruch 1, bei dem die Brennkraftmaschine (2A) einen Zweitaktmotor mit direkter Kraftstoffeinspritzung umfaßte das Kraftstoffeinspritzventil (8A) ein Druckluftkraftstoffeinspritzventil mit veränderlicher Kraftstoffeinspritzmenge aufweist und die HC-Mengen-Steuereinrichtungen (108A) Kraftstoffeinspritzmengenveränderungseinrichtungen zum Verändern der Kraftstoffeinspritzmenge des Druckluftkraftstoffeinspritzventils (8A) auf eine Kraftstoffeinspritzmenge, die das thermische Zersetzen des Kraftstoffs in einem Zylinder fördert, wenn die Brennkraftmaschinenbetriebsbereichsbestimmungseinrichtungen (104A) bestimmen, daß der Brennkraftmaschinenbetriebszustand innerhalb des Bereiches der nicht ausreichenden HC-Menge liegt, umfassen.

8. Abgasreinigungssystem nach Anspruch 7, bei dem die HC- Mengen-Steuereinrichtungen (108A) Einrichtungen zum wahlweisen Betätigen des Druckluftkraftstoffeinspritzventils (8A) gemäß einem ersten Einspritzmuster, bei dem zuerst Kraftstoff eingespritzt und dann Luft eingeblasen wird, oder einem zweiten Einspritzmuster, bei dem Kraftstoff und Luft zur gleichen Zeit eingespritzt werden, umfassen und die Kraftstoffeinspritzmengenveränderungseinrichtungen (108A) Einrichtungen zum Steuern der Betätigungseinrichtungen zum Umschalten des Einspritzmusters des Druckluftkraftstoffeinspritzventils (8A) zwischen dem ersten Einspritzmuster und dem zweiten Einspritzmuster aufweisen.

9. Abgasreinigungssystem nach Anspruch 8, bei dem die Einrichtungen zum Steuern der Betätigungseinrichtungen Einrichtungen zum Umschalten des Einspritzmusters des Druckluftkraftstoffeinspritzventils (8A) auf das erste Einspritzmuster, wenn die Brennkraftmaschinenbetriebsbereichsbestimmungseinrichtungen (104A) bestimmen, daß der Brennkraftmaschinenbetriebszustand innerhalb des Bereiches der nicht ausreichenden HC-Menge liegt, umfassen.

10. Abgasreinigungssystem nach Anspruch 7, bei dem die Brennkraftmaschinenbetriebsbereichsbestimmungseinrichtungen (104A) Einrichtungen zum Bestimmen, daß der Brennkraftmaschinenbetriebszustand innerhalb des Bereiches der nicht ausreichenden HC-Menge liegt, wenn der Zweitaktmotor (2A) unter mittleren Motorlasten und mittleren Motordrehzahlen läuft, aufweisen.

11. Abgasreinigungssystem nach Anspruch 7, bei dem das Druckluftkraftstoffeinspritzventil (8A) einen Kraftstoffeinspritzabschnitt (82A) und einen Drucklufteinführabschnitt (84A) aufweist und der Drucklufteinführabschnitt (84A) ein Düsenloch (86A), eine Nadel (88A) zum Öffnen und Schließen des Düsenlochs (86A), eine Feder (90A) zum Vorspannen der Nadel (88A) in eine Schließrichtung, ein Solenoid (92A) und einen beweglichen Kern (94A) zum Bewegen der Nadel (88A) in Schließrichtung bei magnetischer Erregung umfaßt.

12. Abgasreinigungssystem nach Anspruch 1, bei dem das Kraftstoffeinspritzventil (6B) eine veränderliche Kraftstoffeinspritzmenge aufweist und die HC-Mengen- Steuereinrichtungen (206B) Kraftstoffeinspritzmengenveränderungseinrichtungen zum Verändern der Kraftstoffeinspritzmenge des Kraftstoffeinspritzventils (6B) auf eine hohe Kraftstoffeinspritzmenge, wenn die Brennkraftmaschinenbetriebsbereichsbestimmungseinrichtungen (204B) bestimmen, daß sich der Brennkraftmaschinenbetriebszustand im Bereich der nicht ausreichenden HC- Menge befindet, aufweisen.

13. Abgasreinigungssystem nach Anspruch 12, bei dem das Kraftstoffeinspritzventil (6B) ein Zweistufen-Kraftstoffeinspritzventil aufweist, das eine erste Erregerspule (418B) und eine zweite Erregerspule (431B) umfaßt, wobei die erste Erregerspule (418B) eine Kraftstoffeinspritzung bei "EIN" bewirkt und die Kraftstoffeinspritzung bei "AUS" stoppt und die zweite Erregerspule (431B) bewirkt, daß die Kraftstoffeinspritzmenge bei "EIN" niedrig und bei "AUS" hoch ist.

14. Abgasreinigungssystem nach Anspruch 12, bei dem die Brennkraftmaschinenbetriebsbereichsbestimmungseinrichtungen (204B) Einrichtungen zum Bestimmen, daß der Brennkraftmaschinenbetriebszustand im Bereich der nicht ausreichenden HC-Menge liegt, wenn die Brennkraftmaschine (2B) unter mittleren Lasten läuft, umfassen.

15. Abgasreinigungssystem nach Anspruch 12, bei dem die Kraftstoffeinspritzmengenveränderungseinrichtungen (206B) Einrichtungen zum Steuern der Kraftstoffeinspritzmenge derart, daß die Kraftstoffeinspritzmenge bei mittleren und hohen Lasten der Brennkraftmaschine hoch und bei niedrigen Lasten der Brennkraftmaschine niedrig ist, aufweisen.

16. Abgasreinigungssystem nach Anspruch 12, bei dem die Kraftstoffeinspritzmengenveränderungseinrichtungen (206B) Einrichtungen zum Steuern der Kraftstoffeinspritzmenge derart, daß die Kraftstoffeinspritzmenge bei mittleren Lasten der Brennkraftmaschine hoch und bei niedrigen und hohen Lasten der Brennkraftmaschine niedrig ist, umfassen.

17. Abgasreinigungssystem nach Anspruch 1, das des weiteren einen Kühler (10C), der in der Einlaßleitung (8C) der Brennkraftmaschine (2C) installiert ist, eine Bypass- Leitung (12C), die den Kühler (10C) umgeht, und ein Umschaltventil (14C) zum Umschalten des Einlaßgasstromes zwischen dem Kühler (10C) und der Bypass-Leitung (12C) umfaßt und bei dem die HC-Mengen-Steuereinrichtungen (113C, 114C, 203C, 204C) Umschaltventilsteuereinrichtungen zum Umschalten des Umschaltventils (14C) aufweisen, damit eingeführtes Gas durch den Kühler (10C) strömt, wenn die Brennkraftmaschinenbetriebsbereichsbestimmungseinrichtungen (102C-112C, 202C) bestimmen, daß der Brennkraftmaschinenbetriebszustand in dem Bereich der nicht ausreichenden HC-Menge liegt.

18. Abgasreinigungssystem nach Anspruch 17, bei dem die Brennkraftmaschinenbetriebsbereichsbestimmungseinrichtungen (102C-112C) Einrichtungen zum Bestimmen, daß der Brennkraftmaschinenbetriebszustand innerhalb des Bereiches der nicht ausreichenden HC-Menge liegt, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis kleiner ist als ein vorgebegenes Luft-Kraftstoff-Verhältnis und wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis dem vorgegebenen Luft-Kraftstoff-Verhältnis entspricht oder größer als dieses ist und die Abgastemperatur höher ist als eine vorgegebene Abgastemperatur, umfassen.

19. Abgasreinigungssystem nach Anspruch 18, bei dem das vorgegebene Luft-Kraftstoff-Verhältnis in einem Fall, in dem das Luft-Kraftstoff-Verhältnis ansteigt, sich von dem vorgegebenen Luft-Kraftstoff-Verhältnis in einem Fall, in dem das Luft-Kraftstoff-Verhältnis abfällt, unterscheidet und daß die vorgegebene Abgastemperatur in einem Fall, in dem die Abgastemperatur ansteigt, sich von der vorgegebenen Abgastemperatur in einem Fall, in dem die Abgastemperatur abfällt, unterscheidet.

20. Abgasreinigungssystem nach Anspruch 17, bei dem die Brennkraftmaschinenbetriebsbereichsbestimmungseinrichtungen (202C) Einrichtungen zum Bestimmen, daß der Brennkraftmaschinenbetriebszustand innerhalb des Bereiches der nicht ausreichenden HC-Menge liegt, wenn die HC-Konzentration des Abgases geringer ist als eine vorgegebene HC-Konzentration, umfassen.

21. Abgasreinigungssystem nach Anspruch 17, bei dem die Brennkraftmaschine (2C) des weiteren eine in der Einlaßleitung (8C) installierte Drosselklappe (30C) aufweist und der Kühler (10C) einen luftgekühlten Zwischenkühler umfaßt, der in der Einlaßleitung (8C) aufstromseitig der Drosselklappe (30C) installiert ist.

22. Abgasreinigungssystem nach Anspruch 1, das des weiteren einen Radiator (18D), eine Kühlwasserzirkulationsleitung (20D), die die Brennkraftmaschine (2D) und den Radiator (18D) miteinander verbindet, eine Bypass- Leitung (22D), die den Radiator (18D) umgeht, und ein Dreiwege-Solenoidventil (24D), das an einem Verbindungsabschnitt der Kühlwasserzirkulationsleitung (20D) und der Bypass-Leitung (22D) angeordnet ist, umfaßt und bei dem die HC-Mengen-Steuereinrichtungen (105D, 107D- 112D) Kühlwassertemperatursteuereinrichtungen zum Steuern des Dreiwege-Solenoidventiles (24D) zum Absenken der Kühlwassertemperatur auf eine Temperatur unter einer üblichen Kühlwassertemperatur, wenn die Brennkraftmaschinenbetriebsbereichsbestimmungseinrichtungen (103D, 104D, 106D, 202D) bestimmen, daß der Brennkraftmaschinenbetriebszustand im Bereich der nicht ausreichenden HC-Menge liegt, umfassen.

23. Abgasreinigungssystem nach Anspruch 22, bei dem die Brennkraftmaschinenbetriebsbereichsbestimmungseinrichtungen (103D, 104D, 106D) Einrichtungen zum Bestimmen, daß der Brennkraftmaschinenbetriebszustand in dem Bereich der nicht ausreichenden HC-Menge liegt, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis innerhalb eines vorgegebenen Luft-Kraftstoff-Verhältnisbereiches liegt, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis außerhalb des vorgegebenen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses liegt, jedoch die Abgastemperatur einer vorgegebenen Abgastemperatur entspricht oder höher als diese ist, und wenn die Kühlwassertemperatursteuereinrichtungen (105D, 107D-112D) eine Objektkühlwassertemperatur auf eine niedrige Temperatur einstellen und das Öffnen und Schließen des Dreiwege- Solenoidventiles (24D) so steuern, daß die Kühlwassertemperatur auf die Objekttemperatur eingestellt wird, wenn die Brennkraftmaschinenbetriebsbereichsbestimmungseinrichtungen (103D, 104D, 106D) bestimmen, daß der Brennkraftmaschinenbetriebszustand in dem Bereich der nicht ausreichenden HC-Menge liegt, umfassen.

24. Abgasreinigungssystem nach Anspruch 22, bei dem die Brennkraftmaschinenbetriebsbereichsbestimmungseinrichtungen (202D) Einrichtungen zum Bestimmen, daß der Brennkraftmaschinenbetriebszustand in dem Bereich der nicht ausreichenden HC-Menge liegt, wenn die HC-Konzentration des Abgases geringer ist als eine vorgegebene HC-Konzentration, umfassen und bei dem die Kühlwassertemperatursteuereinrichtungen (203D, 208D) eine Objekt kühlwassertemperatur auf eine niedrige Temperatur einstellen und das Öffnen und Schließen des Dreiwege-Solenoidventils (24D) derart steuern, daß die Kühlwassertemperatur auf die Objekttemperatur eingestellt wird, wenn die Brennkraftmaschinenbetriebsbereichsbestimmungseinrichtungen (202D) bestimmen, daß der Brennkraftmaschinenbetriebszustand innerhalb des Bereiches der nicht ausreichenden HC-Menge liegt.

25. Abgasreinigungssystem nach Anspruch 1, das des weiteren eine Wassereinspritzvorrichtung (18E-24E) zum Einspritzen von Wasser in die Einlaßleitung (12E) oder die Verbrennungskammer der Brennkraftmaschine aufweist und bei dem die HC-Mengen-Steuereinrichtungen (105E, 107E- 109E) Wassereinspritzsteuereinrichtungen umfassen, die bewirken, daß die Wassereinspritzvorrichtung (18E-24E) Wasser einspritzt, wenn die Brennkraftmaschinenbetriebsbereichsbestimmungseinrichtungen (103E, 104E, 106E, 202E) bestimmen, daß der Brennkraftmaschinenbetriebszustand in dem Bereich der nicht ausreichenden HC-Menge liegt.

26. Abgasreinigungssystem nach Anspruch 25, bei dem die Brennkraftmaschinenbetriebsbereichsbestimmungseinrichtungen (103E, 104E, 106E) Einrichtungen zum Bestimmen, daß der Brennkraftmaschinenbetriebszustand in dem Bereich der nicht ausreichenden HC-Menge liegt, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis innerhalb eines vorgegebenen Luft-Kraftstoff-Verhältnisbereiches liegt und wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis außerhalb des vorgegebenen Luft-Kraftstoff-Verhältnisbereiches liegt und die Abgastemperatur höher ist als eine vorgegebene Abgastemperatur, umfassen.

27. Abgasreinigungssystem nach Anspruch 25, bei dem die Brennkraftmaschinenbetriebsbereichsbestimmungseinrichtungen (202E) Einrichtungen zum Bestimmen, daß der Brennkraftmaschinenbetriebszustand innerhalb des Bereiches der nicht-ausreichenden HC-Menge liegt, wenn die HC-Konzentration im Abgas geringer ist als eine vorgegebene HC-Konzentration, aufweisen.