DE69433853T2 - Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine - Google Patents

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Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • GEBIET DER ERFINDUNG
  • Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf eine fremdgezündete Brennkraftmaschine und insbesondere auf eine Vorrichtung für und ein Verfahren zum Steuern einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine von dem Typ, bei dem Kraftstoff direkt in einen Zylinder eingespritzt wird.
  • VERWANDTES GEBIET
  • Es ist ein herkömmliches System (ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung Nr. 2-153257) bekannt, bei dem Kraftstoff unter Verwendung des Luftdrucks direkt in einen Zylinder eingespritzt wird. Ein herkömmlicher Dieselmotor verwendet eine Schichtladungsverbrennung, so daß die maximale Leistungsabgabe oder Leistung niedrig ist, obgleich der Kraftstoffverbrauch bei Teillast erhöht ist. Andererseits besitzt ein herkömmlicher Benzinmotor den Nachteil, daß, obgleich die maximale Leistungsabgabe oder Leistung wegen einer Vorgemischverbrennung hoch ist, der Kraftstoffverbrauch bei Teillast wegen eines Pumpverlusts verschlechtert ist.
  • EP-A-539.921 offenbart eine Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine, in der eine Kraftstoffzufuhreinheit einen Teil einer einzuspritzenden Kraftstoffmenge während eines Einlaßhubs zuführt, um ein Luft/Kraftstoff-Vorgemisch zu bilden. Der verbleibende Teil der einzuspritzenden Kraftstoffmenge wird während eines Verdichtungstakts zugeführt, um für die Zündung um die Zündkerze ein Luft/Kraftstoff-Gemisch zu bilden.
  • EP-A-0 547 817 zeigt ein Steuersystem für einen Motor und für ein Automatikgetriebe zum Verhindern irgendeiner Verschlechterung der Schaltstöße, die durch ein Automatikgetriebe bei sich ändernden Motortemperaturen verursacht werden. Je nach Referenztemperatur wird der Laufzustand des Motors zwischen der Magerverbrennung und der stöchiometrischen Verbrennung umgeschaltet.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Eine Aufgabe dieser Erfindung ist es, eine Brennkraftmaschine zu schaffen, in der der Kraftstoffverbrauch verringert wird, während eine hohe Leistungsabgabe beibehalten und eine verbesserte Abgasreinigungswirkung erreicht wird.
  • Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Die abhängigen Ansprüche zeigen vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung.
  • Um das obige Problem des Standes der Technik zu lösen, ist bei Teillast in der Nähe eines Kraftstoff-Einspritzventils eine Zündquelle vorgesehen, wobei das Gemisch, nachdem der Kraftstoff eingespritzt worden ist, gezündet wird, wobei durch einen Sprühnebel des Kraftstoffs, der sich in einem Zylinder ausbreitet, eine Flamme hervorgerufen wird, die eine Schichtladungsverbrennung bewirkt. Wenn andererseits die Last steigt, so daß in der Schichtladungsverbrennung Ruß usw. erzeugt werden, wird die Kraftstoffeinspritzung mehrmals auf unterteilte Weise ausgeführt, wobei in dem Zylinder durch die Einspritzung der ersten Hälfte ein Vorgemisch erzeugt wird, während in den Zylinder eine durch die Einspritzung der letzten Hälfte erzeugte Flamme eingespritzt wird, um dieses Vorgemisch zu verbrennen. Somit wird das Vorgemisch in kurzer Zeitdauer verbrannt. Vorteilhaft wird die Kraftstoffmenge beim Ändern des Übersetzungsverhältnisses eines Schaltgetriebes geändert, so daß sich im Drehmoment keine Stufe entwickelt.
  • Wenn die Einspritzmenge des Kraftstoffs wie in einem Teillastbetrieb klein ist, können der Beginn der Einspritzung und der Zündzeitpunkt verhältnismäßig nahe beieinander liegen, so daß sich der Kraftstoff nicht so stark in dem Zylinder ausbreitet und die Verbrennung (Schichtladungsverbrennung) in einem verhältnismäßig schmalen Bereich stattfindet. Bei steigender Last erfolgt der Beginn der Einspritzung früher, so daß der Bereich der Bildung des Gemischs (Vorgemischs) steigt und eine Vorgemischverbrennung stattfindet, wodurch das erzeugte Drehmoment steigt.
  • Der Kraftstoff wird in die Brennkammer des Motors durch ein Kraftstoffeinspritzventil mit eine Öffnung (Mündung) darin eingespritzt, so daß sich der Kraftstoff nicht am Ansaugkrümmer und anderen Teilen absetzt, wenn die Geschwindigkeit des Einströmens des Kraftstoffes hoch ist, wobei das Motordrehmoment mit guter Reaktion gesteuert werden kann. Das Luft/Kraftstoff-Verhältnis kann auf einen hohen Wert eingestellt werden, so daß ein Drosselklappen-Öffnungsgrad erhöht werden kann, um einen Pumpverlust zu verringern und dadurch einen Kraftstoffverbrauch zu verbessern. Da das Luft/Kraftstoff-Verhältnis erhöht werden kann, kann außerdem die CO- und HC-Menge im Abgas verringert werden.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
  • 1 ist eine Ansicht eines Steuersystems gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
  • 2 ist eine vertikale Querschnittsansicht einer Brennkammer;
  • 3 ist ein Diagramm, das die Korrelation zwischen dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis L/K und dem HC im Abgas sowie die Beziehung zwischen dem L/K und dem NOx im Abgas zeigt;
  • 4 ist eine vertikale Querschnittsansicht einer Brennkammer wie in 2, zeigt aber ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung;
  • 5 ist ein Diagramm, das einen Kraftstoffeinspritz-Zeitpunkt zeigt;
  • 6 ist ein Ablaufplan zur Berechnung eines Kraftstoffeinspritz-Zeitpunkts;
  • 7 ist ein Blockschaltplan einer Kraftstoffdruck-Steuervorrichtung;
  • 8 ist eine Ansicht, die ein AGR-Steuersystem zeigt;
  • 9 ist ein Diagramm, das eine Konstruktion zur Steuerung des Luftstroms zeigt;
  • 10 ist ein Zeitablaufplan, der den Betrieb eines Einlaßventils zeigt;
  • 11 ist eine perspektivische Ansicht, die die Kipphebel zeigt;
  • 12 ist ein Kennfelddiagramm zur Auswahl eines Nockens in Verbindung mit der Beziehung zwischen einer Motordrehzahl und einem Fahrpedalniederdrückungsgrad;
  • 13 ist ein Kennfelddiagramm zur Auswahl eines Nockens in Verbindung mit der Beziehung zwischen der Motordrehzahl und einem Motordrehmoment;
  • 14 ist ein Diagramm, das die Korrelation zwischen einem Luft/Kraftstoff-Verhältnis L/K und einem Motordrehmoment zeigt;
  • 15 ist ein Diagramm, das die Korrelation zwischen der Kraftstoffmenge und dem Motordrehmoment zeigt;
  • 16 ist ein Blockschaltplan der Vorrichtung zum Steuern der Kraftstoffeinspritzmenge;
  • 17 ist ein Blockschaltplan einer Steuerung für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis;
  • 18 ist ein Kennfelddiagramm, das die Beziehung zwischen dem Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis und dem Motordrehmoment zeigt;
  • 19 ist ein Diagramm, das die Korrelation eines Drosselklappen-Öffnungsgrads mit der Motordrehzahl und der Einlaßluftmenge zeigt;
  • 20 ist ein Blockschaltplan der ein Steuersystem zeigt, wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis über einem besonderen Verhältnis liegt;
  • 21 ist ein Blockschaltplan, der ein weiteres Steuersystem zeigt, wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis über einem vorgegebenen Verhältnis liegt;
  • 22 ist eine Draufsicht, die die Konstruktion einer Zylinderdichtung eines Motors gemäß der Erfindung zeigt;
  • 23 ist eine vertikale Querschnittsansicht der Konstruktion aus 22;
  • 24 ist eine Ansicht, die die Verwendung der Erfindung mit einem Katalysator und einer Aufladeeinrichtung zeigt;
  • 25 ist ein Diagramm, das die Korrelation zwischen einem Soll-Drehmoment und einem Motordrehmoment zeigt;
  • 26 ist ein Diagramm, das die Korrelation zwischen einem Drosselklappen-Öffnungsgrad und dem Soll-Drehmoment zeigt;
  • 27 ist ein Diagramm, das die Korrelation zwischen dem Soll-Antriebsdrehmoment und der Getriebestellung zeigt;
  • 28 ist ein Diagramm, das die Korrelation zwischen einer Fahrgeschwindigkeit und dem Motordrehmoment zeigt;
  • 29 ist ein Ablaufplan zur Steuerung eines Schaltgetriebes und des Motors;
  • 30 ist ein Diagramm, das die Korrelation zwischen einem Fahrpedalniederdrückungsgrad und dem Soll-Antriebsdrehmoment zeigt;
  • 31 ist ein Diagramm, das die Korrelation zwischen dem Fahrpedalniederdrückungsgrad und der Fahrgeschwindigkeit zeigt;
  • 32 ist ein Diagramm, das die Korrelation zwischen der Motordrehzahl und dem Motordrehmoment zeigt;
  • 33 ist ein Diagramm, das die Korrelation zwischen der Motordrehzahl und dem Motordrehmoment zeigt;
  • 34 ist ein Zeitablaufplan, der die Änderung des Motordrehmoments und des Drosselklappen-Öffnungsgrads mit der Zeit zeigt;
  • 35 ist ein Steuerblockschaltplan, der in dieser Erfindung verwendet werden kann;
  • 36 ist ein Zeitablaufplan, der die Änderung der Kraftstoffmenge und des Fahrzeuggases mit der Zeit zeigt; und
  • 37 ist ein Zeitablaufplan, der die Änderung der Luftmenge, der Kraftstoffmenge und der Fahrzeugbeschleungigung mit der Zeit zeigt.
  • BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • 1 zeigt die Konstruktion eines Steuersystems gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Der Kraftstoff wird von einem Kraftstofftank 1 einer Kraftstoffpumpe 2 zugeführt, wobei der Kraftstoff durch diese Pumpe 2 mit Druck beaufschlagt wird. Ein Drucksensor 3 erfaßt den Druck des mit Druck beaufschlagten Kraftstoffs und führt einer Steuerschaltung 5 ein Drucksignal zu. Die Steuerschaltung 5 vergleicht den Kraftstoffdruck mit einem vorgegebenen Sollwert, wobei dann, wenn der Kraftstoffdruck höher als sein vorgegebener Wert ist, ein Überströmventil 4 der Kraftstoffpumpe 2 geöffnet wird, um den Kraftstoffdruck auf den Solldruck zu steuern. Der mit Druck beaufschlagte Kraftstoff wird einem Kraftstoff-Einspritzventil 13 zugeführt. Von einem Fahrpedal 19 wird der Steuerschaltung 5 ein für den Fahrer bestimmtes Signal (Drehmomentsignal) zugeführt. Als Antwort auf dieses Signal berechnet die Steuerschaltung 5 eine Einspritzmenge, wobei sie ein Signal von einem Motordrehzahlsensor 10 berücksichtigt und einem Einspritzventil-Antriebsteil 20 des Kraftstoffeinspritzventils 13 ein Signal zuführt. Im Ergebnis wird das Kraftstoff-Einspritzventil 13 geöffnet, um den Kraftstoff in eine Brennkammer 7 einzuspritzen. Der Zeitpunkt des Einspritzens des Kraftstoffs und die Einspritzmenge (Einspritzzeit) zu dieser Zeit werden optimal durch eine Steuerschaltung 5 bestimmt. Zu einem optimalen Zeitpunkt wird einer Zündschaltung 22 ein Signal von der Steuerschaltung 5 zugeführt, wobei durch die Zündschaltung 22 eine Hochspannung erzeugt wird, die einer Zündkerze 14 zugeführt wird, so daß die Zündkerze 14 einen Funken zum Zünden des in die Brennkammer 7 eingespritzten Kraftstoffs erzeugt. Der Druck in der Brennkammer 7 steigt und wirkt auf einen Kolben 9, der auf eine Kurbelwelle 16 eine Drehkraft ausübt, wobei über ein Schaltgetriebe 15 und ein Differentialgetriebe 17 die Reifen 18a und 18b angetrieben werden, was bewirkt, daß sich ein Fahrzeug bewegt. In bezug auf das durch einen Motor 6 erzeugte Drehmoment wird der Verbrennungsdruck in der Brennkammer 7 durch einen Drucksensor 8 erfaßt und der Steuerschaltung 5 zugeführt und mit dem von dem Fahrer beabsichtigten Signal des Fahrpedals 19 verglichen. Das Ergebnis dieses Vergleichs wird bei der nächsten oder nachfolgenden Kraftstoffeinspritzung in den Zylinder verwendet. Eine Luftmenge in den Motor 6 wird durch einen Luftmengensensor gemessen, wobei die Durchflußmenge der Luft durch eine Drosselklappe gesteuert wird. Außerdem wird die Luft durch ein in einem Ansaugkrümmer 27 vorgesehenes Wirbelsteuerventil 28 gesteuert, so daß in dem Zylinder eine geeignete Wirbelströmung gebildet werden kann. Ein Ventilhub eines Einlaßventils 12 wird durch eine Ventilhub-Steuervorrichtung 11 gesteuert. Das Abgas wird aus einem Auslaßventil 21 ausgestoßen.
  • Das erste Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf 2 beschrieben, die eine vertikale Querschnittsansicht der Brennkammer ist. Das Kraftstoffeinspritzventil 13 und die Zündkerze 14 sind in einer in dem Motorkopf 25 ausgebildeten Hilfsbrennkammer 23 vorgesehen. Mit Bezug auf die Lagebeziehung zwischen dem Kraftstoffeinspritzventil 13 und der Zündkerze 14 liegt die Zündkerze 14 vorzugsweise stromabwärts des von dem Kraftstoff-Einspritzventil 13 abgegebenen Sprühnebels. Bei dieser Anordnung wird ein durch die Zündkerze 14 erzeugter Flammenkern einem Besprühen mit dem Sprühnebel in die Brennkammer 7 und in einen in dem Kolben 9 ausgebildeten Hohlraum 24 ausgesetzt. Wenn die Zündkerze 14 allerdings zu nah an dem Sprühnebel liegt, wird die Zündkerze 14 mit dem Sprühnebel befeuchtet, so daß eine unvollständige Zündung verursacht werden kann. Somit ist es wichtig, die obengenannte Lagebeziehung richtig zu bestimmen. Durch Drosseln eines Auslaßteils 26 der Hilfsbrennkammer 23 kann die Geschwindigkeit des Einspritzens oder Ausstrahlens des Flammenkerns eingestellt werden. Wenn die Drosselung übermäßig ist, entwickelt sich in diesem Fall ein Druckverlust, so daß der Wärmewirkungsgrad gesenkt wird.
  • 3 zeigt die Beziehung zwischen einem Luft/Kraftstoff-Verhältnis L/K und dem Abgas (HC, NOx). Wenn der Kraftstoff-Einspritzzeitpunkt bei einem Kurbelwinkel von 90° liegt, wird der Spitzenwert des NOx bei einem L/K von fast 16 erhalten. Bei einer solchen Änderung der NOx-Ausstoßmenge besteht die Neigung, daß sie in einem gleichförmigen Gemisch sichtbar ist. Der Grund besteht darin, daß sich der Einspritzsprühnebel, wenn der Kraftstoff-Einspritzzeitpunkt bei einem Kurbelwinkel von 90° oder bis zu einem Zwischenstadium des Einlaßhubs liegt, wegen der durch die Bewegung des Kolbens und durch die Ansaugoperation verursachten Luftströme in dem Zylinder über den gesamten Bereich in den Zylinder ausbreitet. Wenn der durch den Kurbelwinkel definierte Einspritzzeitpunkt größer wird, wird das Luft/Kraftstoff-Verhältnis, bei dem der Spitzenwert von NOx erhalten wird, größer. Gleichzeitig wird die Erzeugung von NOx mäßig. Außerdem schwankt die HC-Ausstoßmenge. Beim Vergleich des Einspritzzeitpunkts von 90° mit dem Einspritzzeitpunkt von 180° ist die HC-Menge beim Einspritzzeitpunkt von 90° bei einem L/K von fast 15 gleich 3800 ppmC, während die HC-Menge beim Einspritzzeitpunkt von 180° bei einem L/K von fast 15 gleich 6500 ppmC ist. Der Grund dafür, warum sich somit die Menge des HC bei dem gleichen Luft/Kraftstoff-Verhältnis unterscheidet, besteht darin, daß das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in dem Gebiet, in dem die Verbrennung ausgeführt wird, verschieden ist. Das heißt, das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in dem Gebiet, in dem die Verbrennung bei einem Einspritzzeitpunkt von 180° tatsächlich ausgeführt wird, ist kleiner. Somit findet, wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis steigt, bei dem Einspritzzeitpunkt von 90° bei dem kleineren Luft/Kraftstoff-Verhältnis ein Verbrennungsfehler (Löschung oder Brennschluß) statt. Der Grund, warum das Luft/Kraftstoff-Verhältnis, das eine stabile Verbrennung ermöglicht (die HC-Menge steigt nicht), mit steigendem Einspritzzeitpunkt steigt, besteht darin, daß sich der erhöhte Kraftstoff-Einspritzzeitpunkt dem Zündzeitpunkt annähert, so daß der Kraftstoff weniger dazu neigt, sich auszubreiten und somit das geschichtete Gemisch erzeugt. Somit können durch Auswahl des Einspritzzeitpunkts das gleichförmige Gemisch und das geschichtete Gemisch ungehindert ausgebildet werden. Somit wird der Einspritzzeitpunkt, wenn das Motordrehmoment klein ist, erhöht und damit in die Nähe des Zündzeitpunkts gebracht. Wenn das Drehmoment steigt, sinkt der Einspritzzeitpunkt, um das Gemisch nahezu gleichförmig zu machen.
  • 4 zeigt eine vertikale Querschnittsansicht einer Brennkammer eines zweiten Ausführungsbeispiels. In diesem Ausführungsbeispiel steht ein Kraftstoff-Einspritzventil 13 in die Brennkammer 7 vor, während eine Einspritzöffnung so ausgebildet ist, daß der Kraftstoff weit in einen Zylinder gesprüht werden kann. Wenn der Kraftstoff in diesem Fall eingespritzt wird, wenn sich ein Kolben zu einem Punkt in der Nähe eines unteren Totpunkts senkt, trifft der Kraftstoff direkt auf eine Wandfläche des Zylinders auf, um einen Wandstrom zu bilden. In diesem Zustand ist keine gute Verbrennung zu erwarten. Somit muß der Kraftstoff, wenn das Einspritzventil einen breiten Sprühnebel einspritzt, zu dem Zeitpunkt eingespritzt werden, zu dem ein Hohlraum 24 in der Nähe eines oberen Totpunkts liegt, und zu dem der Kraftstoff in den Hohlraum 24 eingeblasen werden kann. Wie in 5 gezeigt ist, kann die Einspritzung des Kraftstoffs beispielsweise mehrmals auf verteilte Weise ausgeführt werden. Bei einem Kurbelwinkel von fast 0° wird eine frühe Einspritzung ausgeführt, bei der ein gleichförmiges Gemisch gebildet wird. Durch eine späte Einspritzung, die zu einem Zeitpunkt in der Nähe des Zündzeitpunkts ausgeführt wird, wird ein Verbrennungsauslöser erzeugt, wodurch das durch die frühe Einspritzung erzeugte gleichförmige Gemisch schnell verbrannt wird. Die Einspritzmenge kann entweder durch die späte Einspritzung oder durch die frühe Einspritzung eingestellt werden, so daß die Einspritzung in dem optimalen Zustand ausgeführt werden kann. Falls die Einspritzung somit in die zwei Einspritzungen (d. h. in die frühe Einspritzung und in die späte Einspritzung) unterteilt wird, kann die Wirkung auch mit dem Einspritzventil (2) mit einem kleinen Einspritzwinkel erhalten werden.
  • 6 zeigt einen Ablaufplan zur Berechnung der Kraftstoff-Einspritzzeit in dem Fall, daß die frühe Einspritzung und die späte Einspritzung ausgeführt werden. In Schritt 101 werden ein Fahrpedalniederdrückungsgrad α und eine Motordrehzahl Ne gelesen. Wenn zu diesem Zeitpunkt die Luftmenge gemessen wird, kann auch die Luftmenge Qa gelesen werden. In Schritt 102 wird die Kraftstoffmenge Qf berechnet. In Schritt 103 wird Qf > Qf1 beurteilt. Wenn das Beurteilungsergebnis "NEIN" ist, geht das Programm zu Schritt 109 über, in dem durch Addieren einer gültigen Einspritzmenge Qx zu Qf der Einspritzzeitpunkt Tp2 berechnet wird. In Schritt 110 wird der Kraftstoff für Tp2 zum Zeitpunkt der späten Einspritzung eingespritzt und das Programm abgeschlossen. Falls das Beurteilungsergebnis in Schritt 103 "JA" ist, geht das Programm zu Schritt 104 über, in dem durch Subtraktion eines minimalen Einspritzbetrags Qf0 von Qf Of2 berechnet wird. In Schritt 105 wird durch Addition des gültigen Einspritzbetrags Qx zu Qf2 der Einspritzzeitpunkt Tp1 berechnet. Der Kraftstoff für Tp1 wird zum Zeitpunkt der frühen Einspritzung eingespritzt. In Schritt 107 wird durch Addition von Qx zu Qf0 Tp2 berechnet und der Kraftstoff für Tp2 zum Zeitpunkt der späten Einspritzung eingespritzt. Somit muß sowohl für frühe als auch für späte Einspritzungen die ungültige Einspritzungsmenge Qx addiert werden.
  • 7 zeigt ein Steuersystem zum Steuern des Kraftstoffdrucks. Der Kraftstoff für die Kraftstoffpumpe 2 wird aus dem Kraftstofftank 1 zugeführt. Die Kraftstoffpumpe 2 wird durch einen Elektromotor 30 angetrieben und der mit Druck beaufschlagte Kraftstoff einer Druckrohrleitung 34 zugeführt. An der Druckrohrleitung 34 sind die Einspritzventile 13a bis 13d, ein Druckspeicher 33, der Kraftstoffdrucksensor 3 und ein Entlastungsventil 32 angebracht. In dem Entlastungsventil 33 ist Gas als Dämpfer abgedichtet, wobei der Kraftstoff, wenn der Kraftstoffdruck steigt, in den Druckspeicher 33 strömt. Wenn der Druck sinkt, stößt der Druckspeicher 33 den Kraftstoff in die Druckrohrleitung 34 aus. Wenn der Kraftstoffdruck übermäßig hoch wird, ermöglicht das Entlastungsventil 32, daß der Kraftstoff hindurchfließt, und verhindert dadurch, daß der Druck steigt. Der Kraftstoff-Drucksensor 3 führt der Steuerschaltung 5 ein Signal zu, das proportional dem Druck ist, wobei die Steuerschaltung 5 als Antwort auf dieses Signal der elektromagnetischen Überströmvorrichtung 4 ein Signal zum Steuern des Ausstoßbetrags der Kraftstoffpumpe 2 zuführt und dadurch den Kraftstoffdruck steuert. Außerdem führt die Steuerschaltung 5 als Antwort auf das Signal von dem Drucksensor 3 einem Controller 31 des Elektromotors 30 ein Signal zum Steuern der Drehzahl der Kraftstoffpumpe 30 zu, um dadurch den Kraftstoffdruck zu steuern. Obgleich in dieser Ausführungsform sowohl die elektromagnetische Überlaufvorrichtung 4 als auch der Controller 31 vorgesehen ist, kann der Kraftstoffdruck durch eine von ihnen gesteuert werden. Falls die Kraftstoffpumpe 2 durch den Motor angetrieben wird, wird aber für diesen Zweck, da der Elektromotor 30 nicht vorgesehen ist, nur die elektromagnetische Überströmvorrichtung 4 verwendet.
  • 8 zeigt ein Steuersystemdiagramm des AGR. Die Luft tritt durch einen Luftdurchflußmengenmesser 35, eine Drosselklappe 37 und den Ansaugkrümmer 27 in den Motor 6 ein und wird als Abgas in das Ausströmrohr 41 ausgestoßen. In dem Ausströmrohr 41 ist ein Katalysator 39 vorgesehen. Wenn eine AGR erforderlich wird, führt die Steuervorrichtung 5 hier einem AGR-Ventil 38 ein Signal zu, um es zu öffnen. Außerdem führt die Steuervorrichtung 5 einem Drosselklappen-Stellglied 36 ein Signal zum Schließen der Drosselklappe 37 zu, um dadurch den Druck des Ansaugkrümmers 27 auf ein niedrigeres Niveau als den Luftdruck zu senken. Im Ergebnis strömt das Abgas im Verhältnis zu dem Unterdruck des Ansaugkrümmers aus dem Ausströmrohr 41 über das AGR-Ventil 38 in den Ansaugkrümmer 27. Die Durchflußmenge des Abgases ist zu diesem Zeitpunkt proportional zu dem Unterdruck des Ansaugkrümmers, so daß durch einen Ansaugkrümmer-Drucksensor 40 der Druck des Ansaugkrümmers erfaßt wird, von diesem Sensor 40 der Steuervorrichtung 5 ein Signal zugeführt wird und durch das Drosselklappen-Stellglied 36 der Öffnungsgrad der Drosselklappe 37 eingestellt wird. Der Druck des Ansaugkrümmers 27 kann durch Steuern des Öffnungsgrads der Drosselklappe 37 gesteuert werden, wobei die AGR-Menge durch eine Rückkopplungssteuerung genau gesteuert werden kann.
  • 9 zeigt die Vorrichtung zum Steuern des Luftstroms. Die Luft wird durch eine Drosselklappe 213 gesteuert und über einen Ansaugkrümmer 214 in einen Motor angesaugt. Durch Umschalten der verschieden geformten Nocken 203 kann ein Hub des Einlaßventils 208 geändert werden. Das Umschalten der Nocken 203 wird durch Umschalten der Kipphebel 210 mit einem hydraulischen Steuerventil 202 ausgeführt. Das hydraulische Steuerventil 202 wird beispielsweise durch einen Elektromagneten betätigt. Der Öffnungsgrad der Drosselklappe 213 wird durch einen Elektromotor 212 gesteuert. An der Brennkraftmaschine ist ein Sensor 220 zum Erfassen eines Drucks in einem Zylinder angebracht. An dem Motor ist ein Einspritzventil 204 zum Einspritzen des Kraftstoffs direkt in den Zylinder angebracht. An einem Ausströmrohr ist ein Sensor 205 zum Erfassen des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses des Abgases angebracht. In dem Ausströmrohr ist außerdem ein Katalysator vorgesehen. Vorzugsweise ist der Katalysator von einem Typ, der NOx selbst dann entfernen kann, wenn eine übermäßige Sauerstoffmenge vorhanden ist. Außerdem wird unter der Bedingung eines stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnisses die Funktion eines Dreiwegekatalysators benötigt, der HC, CO und NOx gleichzeitig entfernen kann. Ein Teil des Abgases wird durch die Ventile 215 und 218 gesteuert, die die Durchflußmenge in dem Ausströmrohr steuern. Bei dieser Anordnung wird die Verbrennungstemperatur gesenkt und dadurch die NOx-Menge verringert. Diese Steuerventile werden durch eine Steuervorrichtung 201 gesteuert. Zum Verringern des Kraftstoffverbrauchs wird vorzugsweise der Druck in dem Ansaugkrümmer auf einen Pegel in der Nähe des Luftdrucks verringert und dadurch ein Pumpverlust verringert. Zu diesem Zweck wird die Drosselklappe 213 soweit wie möglich vollständig geöffnet. Falls das Abgas durch ein Rohr 216 rückgeführt wird, ist es aber erforderlich, daß der Druck in dem Ansaugkrümmer niedriger als der Druck in dem Ausströmrohr und die Drosselklappe somit geschlossen ist.
  • 10 zeigt den Betrieb des dritten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung. Gemäß den Betriebsbedingungen wird der Hub des Einlaßventils geändert, wie in 10 gezeigt wird. Wenn eine große Luftmenge benötigt wird, wird der Hub des Einlaßventils wie bei A eingestellt. Wenn die Luftmenge klein ist, wird der Hub des Einlaßventils auf einen Hub B oder einen Hub C geändert. Durch Ändern des Hubs wird auch die Überlappung mit einem Auslaßventil geändert. Während eines Betriebs mit hoher Leistungsabgabe oder Hochleistungsbetriebs wird die Dauer der Überlappung zwischen dem Auslaßventil und dem Einlaßventil größer gemacht. Bei dieser Anordnung kann die Luftmenge durch den Hub des Einlaßventils geändert werden.
  • 11 zeigt ein Beispiel der Konstruktion der Kipphebel 221, 223 und 224 und der Nocken 225, 226 und 227. Der Kipphebel 223 und der Nocken 225 treiben das Einlaßventil in Gegenbewegung ein. Der Kipphebel 226 und der Nocken 224 sind nicht aneinander befestigt und sind in einem freien Zustand. Beim Umschalten der Nocken treiben der Kipphebel 224 und der Nocken 226 das Einlaßventil zur Gegenbewegung an. Der Kipphebel 223 und der Nocken 225 sind nicht aneinander befestigt und in einem freien Zustand. Bei dieser Konstruktion können die Nocken umgeschaltet werden. Obgleich in diesem Beispiel der Hub des Nockens geändert wird, kann die Form des Nockens geändert werden, so daß der Ventilöffnungszeitpunkt und der Ventilschließzeitpunkt gleichzeitig gesteuert werden.
  • 12 zeigt ein Kennfeld zur Auswahl des Nockens in Verbindung mit dem Fahrpedalöffnungsgrad und der Motordrehzahl. In diesem Beispiel kann die Nockenumschaltung auf stufige Weise ausgeführt werden. Wenn die Motordrehzahl niedrig ist, während der Fahrpedalniederdrückungsgrad niedrig gehalten wird, wird ein Nocken A für einen kleinen Hub gewählt. Während die Motordrehzahl und der Fahrpedalniederdrückungsgrad steigen, wird der Nocken aufeinanderfolgend zu jenen umgeschaltet, die einen größeren Hub liefern.
  • 13 zeigt ein Kennfeld zur Auswahl des Nockens in Verbindung mit dem Motordrehmoment und der Motordrehzahl. Auf diese Weise kann die Nockenumschaltung auf dreistufige Weise ausgeführt werden. Das Motordrehmoment besitzt in bezug auf den Fahrpedalniederdrückungsgrad vorgegebene Soll-Drehmomentwerte. Wenn die Motordrehzahl niedrig ist, während das Motordrehmoment klein gehalten wird, wird ein Nocken A für einen kleinen Hub gewählt. Während die Motordrehzahl und das Motordrehmoment steigen, wird der Nocken aufeinanderfolgend zu jenen umgeschaltet, die einen größeren Hub liefern.
  • 14 zeigt ein Verfahren zum Steuern der Einlaßluftmenge beim Umschalten des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses L/K. Wenn für einen großen Hub die Vollöffnung der Drosselklappe oder des Nockens gewählt wird, steigt mit sinkendem Luft/Kraftstoff-Verhältnis die Kraftstoffmenge, so daß das Motordrehmoment (Ausgangsdrehmoment) steigt. Bei dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis von etwa 16 besitzt die NOx-Ausstoßmenge die Neigung zu Steigen, so daß das Luft/Kraftstoff-Verhältnis von 18 bis 15 übersprungen wird. Gleichzeitig steigt, wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf 15 umgeschaltet wird, während die Luftmenge ungestört gehalten wird, die Kraftstoffmenge, so daß das Motordrehmoment wie bei C steigt. Dies vermittelt eine Vorstellung von dem Unterschied oder ein Gefühl für die physikalische Störung. Somit wird beim Umschalten des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses die Luftmenge verringert, um das Steigen der Kraftstoffmenge zu verhindern, und das Motordrehmoment von A auf B geändert (14) und dadurch ein Stoß verringert. Die Luftmenge wird durch die Drosselklappe oder durch Umschalten des Nockens eingestellt. Wenn es durch die Drosselklappe ausgeführt wird, wird der Druck in dem Ansaugkrümmer gesenkt und dadurch der Pumpverlust erhöht. Somit erfolgt dies vorzugsweise soweit wie möglich durch Umschalten des Nockens. Außerdem wird die Luftmenge, wenn das Motordrehmoment auf einen Pegel sinkt, bei dem das Soll- Drehmoment selbst dann nicht erreicht wird, wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis nicht kleiner als 70 ist, durch den Nocken oder die Drosselklappe eingestellt.
  • 15 zeigt die Beziehung zwischen der Kraftstoffmenge und dem Motordrehmoment (Ausgangsdrehmoment). Das Motordrehmoment kann durch Erhöhen der Kraftstoffmenge erhöht werden, so daß das Motordrehmoment durch die Kraftstoffmenge gesteuert werden kann. In 16 wird die Menge Qf der Kraftstoffeinspritzung durch einen Motorzustands-Erfassungsabschnitt 301 (der die Zustände eines Motors wie etwa einen Fahrpedalniederdrückungsgrad α und eine Motordrehzahl N erfaßt) und durch einen Kraftstoffeinspritzmengen-Berechnungsabschnitt 302 bestimmt, der die Menge Qf der Kraftstoffeinspritzung berechnet. In Übereinstimmung mit dem Füllwirkungsgrad-Kennfeld 303 wird in einem Abschnitt 304 die Luftmenge des Motors berechnet und die Luftmenge durch jeden Nocken bestimmt und somit das Luft/Kraftstoff-Verhältnis berechnet. In einem Abschnitt 305 wird beurteilt, ob das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in einem Verbrennungsbereich liegt oder nicht. In einem Abschnitt 306 wird der Nocken gewählt und in einem Abschnitt 307 der Öffnungsgrad der Drosselklappe bestimmt. Wenn die Luftmenge übermäßig ist, wird das Gemisch zu mager, so daß der Nocken auf einen Nocken umgeschaltet wird, der einen kleineren Hub liefert. Da bei der Einspritzung in den Zylinder das Gemisch in dem Zylinder direkt gesteuert wird, kann die Grenze des mageren Gemischs im Vergleich zu einem herkömmlichen Einlaßöffnungs-Einspritzsystem erweitert werden, so daß der Bereich des Motordrehmoments, der durch die Kraftstoffmenge gesteuert werden kann, breiter ist. Somit kann das Motordrehmoment wie in dem herkömmlichen System ohne die Notwendigkeit zur Feinsteuerung der Luftmenge durch die Kraft stoffmenge gesteuert werden.
  • Mit Bezug auf 17 wird ein Fahrpedalniederdrückungsgrad durch ein Erfassungsmittel 311 erfaßt, während ein Soll-Drehmoment durch ein Rechenmittel 312 erfaßt wird. Durch ein Kraftstoffmengen-Berechnungsmittel 313 wird eine Kraftstoffmenge in Übereinstimmung mit dem Soll-Drehmoment bestimmt. Falls das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in bezug auf das Motordrehmoment (Ausgangsdrehmoment) T in einem Abschnitt 314 vorgegeben ist, kann die Luftmenge Qa abgeleitet werden. Das Luft/Kraftstoff-Verhältnis wird durch ein Beurteilungsmittel 316 beurteilt. Falls das Luft/Kraftstoff-Verhältnis nicht kleiner als 18 ist, wird in einem Abschnitt 318 eine Drosselklappe vollständig geöffnet, d. h. ihr Öffnungsgrad von 0 → θmax geändert, und durch ein Drehmomenterfassungsmittel 319 das Drehmoment des Motors erfaßt und die Kraftstoffeinspritzmenge so gesteuert, daß das Soll-Drehmoment erhalten werden kann. Wenn andererseits das Luft/Kraftstoff-Verhältnis kleiner als 18 ist, wird die Luftmenge durch die Drosselklappe 321 so gesteuert, daß das Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis erreicht werden kann. Die Luftmenge wird beispielsweise durch den Drosselklappen-Öffnungsgrad θ oder durch den Hub durch einen Nocken gesteuert. Um die Luftmenge auf ihren Sollwert zu steuern, kann die Luftmenge hier durch einen Luftmengensensor 322 erfaßt werden.
  • 18 zeigt ein Kennfeld des Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnisses. Das Luft/Kraftstoff-Verhältnis wird mit steigendem Motordrehmoment (Ausgangsdrehmoment) T verringert. Allerdings wird das Luft/Kraftstoff-Verhältnis im Punkt B auf eine Weise zu einem Punkt C umgeschaltet, bei der der Luft/Kraftstoff-Verhältniswert 16 übersprungen wird. Für weiter steigendes Drehmoment wird das Luft/Kraftstoff- Verhältnis zu einem Punkt D verringert. Wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis weiter verringert wird, wird das Gemisch zu fett. Somit wird vorzugsweise in diesem Gebiet die Luftmenge erfaßt und das Luft/Kraftstoff-Verhältnis gesteuert.
  • 19 zeigt das Verhältnis des Drosselklappen-Öffnungsgrads θ zu der Motordrehzahl N und der Einlaßluftmenge Qa. Der Drosselklappen-Öffnungsgrad wird zum Steuern der Luftmenge durch die Drosselklappe aus einem Kennfeld für die Einlaßluftmenge gefunden. Um eine genauere Steuerung oder Feinsteuerung auszuführen, wird die Luftmenge erfaßt und eine Rückkopplung ausgeführt.
  • Die 20 und 21 zeigen jeweils Steueranordnungen, wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis nicht kleiner als 18 und das Gemisch so mager ist, daß das Antriebsverhalten und die Auspuffreinigungswirkung verschlechtert werden können. Somit werden eine Verbrennungsänderung erfaßt und ein Drosselklappen-Öffnungsgrad oder ein Nockenhub so eingestellt, daß die Luftmenge verringert wird.
  • In 22 ist eine Elektrode oder ein Anschluß 234 in eine Zylinderdichtung 231 eines Motors eingebettet, wobei daran eine Hochspannung von einer Elektrode oder einem Anschluß 232 angelegt wird. In der Dichtung sind die Schraubenbohrungen 233 ausgebildet.
  • 23 ist eine vertikale Querschnittsansicht des Abschnitts aus 22. Über die Elektroden 238 und 239 wird eine Hochspannung von einer Zündspule angelegt und dadurch eine Funkenentladung erzeugt. Bei dieser Anordnung wird das Gemisch an einem Punkt in der Nähe einer Zylinderwandoberfläche und außerdem an anderen Punkten gezündet, so daß die Verbrennungsgeschwindigkeit steigt.
  • Da die Verbrennung in der Nähe der Wandoberfläche beginnt, wird außerdem ein sogenanntes Löschgebiet in der Nähe der Wandoberfläche verringert, so daß eine Menge an unverbranntem Kohlenwasserstoff verringert wird und außerdem unwahrscheinlicher ein Klopfen auftritt. An der Ober- bzw. Unterseite der Dichtung sind die Isolierschichten 235 und 237 vorgesehen. Falls die Elektrode 239 eine Erd- oder Masseelektrode ist, kann die Isolierschicht 237 weggelassen sein.
  • Mit Bezug auf 24 wird nun eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die Einlaßluftmenge wird durch einen an einem Ansaugkrümmer angebrachten Luftdurchflußmengenmesser 501 gemessen. Eine Motorgeschwindigkeit wird durch einen Kurbelwinkelsensor 509 erfaßt. Die Kraftstoffmenge wird in Übereinstimmung mit der Menge der Einlaßluft in einen Zylinder sowie der Motordrehzahl bestimmt und der Kraftstoff durch ein Kraftstoffeinspritzventil 502 in den Zylinder eingespritzt. Die Luftmenge wird durch eine mit einem Fahrpedaldraht angeschlossene Drosselklappe 551 und durch eine durch einen Elektromotor gesteuerte Drosselklappe 550 gesteuert. Die Luftmenge kann lediglich durch die Drosselklappe 550 gesteuert werden; wobei die Luftmenge aber dann, wenn die mit dem Fahrpedaldraht verbundene Drosselklappe 551 vorgesehen ist, selbst im Fall eines anomalen Betriebs der Drosselklappe 550 nicht übermäßig wird. In einem Ausströmrohr 512 ist ein Katalysator 506 vorgesehen, der in einer oxidierenden Atmosphäre CO und HC oxidieren und NOx reduzieren kann. Somit kann das NOx selbst dann verringert werden, wenn wie bei einer mageren Verbrennung in dem Abgas Sauerstoff vorhanden ist. Das Luft/Kraftstoff-Verhältnis wird durch einen mit dem Auspuffrohr verbundenen Luft/Kraftstoff-Verhältnissensor erfaßt, und es wird untersucht, ob ein Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis erreicht wird oder nicht. Wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis magerer als der Sollwert ist, wird die Kraftstoffmenge erhöht. Das HC wird zum Reduzieren des NOx in einer oxidierenden Atmosphäre benötigt, wobei die Temperatur des Katalysators so gesteuert wird, daß eine maximale Reinigungswirkung des Katalysators erreicht werden kann. Somit wird die Temperatur des Katalysators durch einen Temperatursensor 528 erfaßt und die Kraftstoffeinspritzmenge und der Zündzeitpunkt so gesteuert, daß die Soll-Katalysatortemperatur und das Soll-HC erhalten werden können. Eine Fülloperation eines Füllmittels 514 kann durch eine Steuervorrichtung 508 von außen gesteuert werden. Die Fülloperation wird während einer Verzögerung ausgeführt, wodurch Verzögerungsenergie rückgewonnen wird. Die Menge der Einlaßluft in den Motor kann durch einen Kompressor 511 erhöht werden. Der Betrieb des Katalysators wird außerdem durch die Sauerstoffkonzentration im Abgas beeinflußt, so daß an einem Einlaß des Katalysators ein Lufteinführungsdurchgang 534 vorgesehen ist, wobei die Luftmenge durch ein Steuerventil 534 gesteuert wird. Die Luft kann durch eine Luftpumpe 535 zugeführt werden. Wenn die Luftmenge erhöht wird, wird der Katalysator durch die Luft gekühlt, so daß die Luft zum Steuern der Temperatur des Katalysators verwendet werden kann.
  • 25 zeigt die Beziehung zwischen einem Soll-Drehmoment Tv und dem Motordrehmoment Te. Die Beschreibung wird mit Bezug auf ein Beispiel gegeben, in dem ein Schaltgetriebe (Getriebe) ein Fünfstufen-Übersetzungsverhältnis (Fünfgang-Übersetzungsverhältnis) besitzt. In einem vollständig geöffneten Zustand der Drosselklappe wird die Kraftstoffmenge geändert. Wenn das Soll-Drehmoment Tv klein ist, wird ein 5-ter Gang (5-te Übersetzung) mit einem kleinen oder niedrigen Übersetzungsverhältnis gewählt. Wenn das Soll-Drehmoment Tv größer wird, wird die Kraftstoffmenge erhöht, um das Motordrehmoment Te zu erhöhen. Um eine stabile Verbrennung zu erreichen, liegt die Kraftstoffmenge gleichzeitig in einem Magerverbrennungsgrenzwert, wobei das Luft/Kraftstoff-Verhältnis im Bereich von 30 bis 20 geändert wird, so daß die NOx-Menge kleingehalten werden kann. Angesichts der Reinigungs- oder Entfernungseigenschaft des NOx-Katalysators kann der Bereich des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses aber geändert werden. Außerdem kann das Luft/Kraftstoff-Verhältnis, wenn der Grenzwert für eine stabile Verbrennung zuläßt, daß das Luft/Kraftstoff-Verhältnis weiter erhöht wird, mehr als 30 betragen. Wenn der Betrieb mit einem hohen Luft/Kraftstoff-Verhältnis ausgeführt wird, wird ein Pumpverlust verringert und der Kraftstoffverbrauch verbessert. Wenn das Soll-Drehmoment Tv noch größer wird, wird das Übersetzungsverhältnis auf einen 4-ten Gang erhöht. Wenn zu diesem Zeitpunkt der Gang geändert wird, während das Luft/Kraftstoff-Verhältnis bei 20 gehalten wird, wird das Antriebsdrehmoment übermäßig, so daß sich eine Stufe im Drehmoment entwickelt, die sich nachteilig auf das Antriebsverhalten auswirkt. Somit wird die Kraftstoffmenge verringert, um das zu erzeugende Drehmoment zu senken, wodurch eine stufenweise Änderung des Antriebsdrehmoments verhindert wird. Ähnlich wird, während das Soll-Drehmoment erhöht wird, aufeinanderfolgend der Gang geändert. Das Antriebsdrehmoment kann wie folgt erhalten werden: (Antriebsdrehmoment) = (Motordrehmoment) × (Übersetzungsverhältnis)
  • Das heißt, das Antriebsdrehmoment wird um so größer, je größer das Übersetzungsverhältnis wird. Wenn der Luft/Kraftstoff-Verhältnisbereich zwischen 20 und 30 fest gewählt ist, wird das Übersetzungsver hältnis so gewählt, daß sich keine Drehmomentstufe entwickelt. Unter der Annahme, daß das Luft/Kraftstoff-Verhältnis 20 beträgt, wird das Luft/Kraftstoff-Verhältnis im 1-ten Gang, wenn ein größeres Drehmoment als dieses gefordert ist, weiter gesenkt. Das Soll-Drehmoment Tv wird beispielsweise durch den Fahrpedalniederdrückungsgrad bestimmt. Wenn der Fahrpedalniederdrückungsgrad groß ist, ist das Soll-Drehmoment Tv groß.
  • 26 zeigt die Beziehung zwischen dem Grad θ der Öffnung der Drosselklappe und dem Soll-Drehmoment Tv. Wenn das Soll-Drehmoment Tv klein ist, wird der Drosselklappen-Öffnungsgrad θ verringert, um das Motordrehmoment zu senken. Wenn das Soll-Drehmoment größer wird, wird der Drosselklappen-Öffnungsgrad θ vollständig erhöht und aufeinanderfolgend das Übersetzungsverhältnis geändert. Im 1-ten Gang wird das Luft/Kraftstoff-Verhältnis angesichts der Menge der NOx-Erzeugung übersprungen, so daß sich eine Drehmomentstufe entwickelt. Somit wird die Drosselklappenöffnung in Schließrichtung gesteuert, um eine Drehmomentstufe zu minimieren. Der Drosselklappenöffnungsgrad wird durch einen Elektromotor oder dergleichen gesteuert. Da die Steuerung der Drosselklappe lediglich in Schließrichtung des Ventils vorgenommen werden kann, steigt das Motordrehmoment nicht gegen den Willen des Fahrers. Bevorzugt wird die Drosselklappe vollständig geöffnet, wobei aber dann, wenn wegen der Leistung des Motors der Betrieb in dem vollständig geöffneten Zustand ausgeführt werden kann, der Betrieb mit so weit wie möglich geöffneter Drosselklappe ausgeführt wird.
  • 27 zeigt die Beziehung zwischen dem Soll-Drehmoment Tv und der Getriebestellung V für die Fahrgeschwindigkeit. Die Getriebestellung V wird gemäß der Fahrgeschwindigkeit geschaltet. Die Getriebestellung V wird mit steigender Fahrgeschwindigkeit erhöht. Wenn die Getriebestellung V verringert wird, kann das Antriebsdrehmoment erhöht werden. Die Beschreibung wird mit Bezug auf ein Beispiel gegeben, in dem die Fahrgeschwindigkeit mit vollständig geöffneter Drosselklappe von niedriger Geschwindigkeit erhöht wird. Wenn die Fahrgeschwindigkeit von dem 1-ten Gang (1-Übersetzung) zur unteren Grenze des 2-ten Gangs erhöht wird, ändert sich das Luft/Kraftstoff-Verhältnis von 30 auf 20, wodurch eine Drehmomentstufe minimiert oder vermieden wird. Wenn das Soll-Drehmoment sinkt, wird das Luft/Kraftstoff-Verhältnis von 20 auf 30 geändert. Wenn die Fahrgeschwindigkeit weiter steigt, wird die Übersetzung auf den 3-ten Gang geändert, wobei das Luft/Kraftstoff-Verhältnis diesmal auf 20 geändert wird, wodurch eine Drehmomentstufe vermieden wird. Eine ähnliche Operation wird bis zum 5-ten Gang wiederholt. Wenn das Soll-Drehmoment auf den 1-ten Gang geändert wird, wird das Luft/Kraftstoff-Verhältnis im vollständig geöffneten Zustand der Drosselklappe auf 30 gebracht. Wenn das Drehmoment weiter erhöht werden muß, wird die Kraftstoffmenge erhöht, um das Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf 20 zu ändern. Wenn das Drehmoment klein ist, wird der Drosselklappen-Öffnungsgrad verkleinert, um die Luftmenge zu verringern. Wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis konstant ist, sinkt die Kraftstoffmenge mit sinkender Luftmenge, so daß das Drehmoment verringert wird. Wenn das Soll-Drehmoment klein, aber größer als das der unteren Grenzfahrgeschwindigkeit des 5-ten Gangs ist, wird der 5-te Gang gewählt. Wenn die Fahrgeschwindigkeit niedriger als die untere Grenzfahrgeschwindigkeit des 5-ten Gangs gemacht wird, wird die Motordrehzahl zu niedrig. Wenn im 5-ten Gang in dem voll geöffneten Zustand ein größeres Drehmoment benötigt wird als das, das mit dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis von 20 erhalten wird, wird, wenn die Fahrgeschwindigkeit höher als die untere Grenze des 4-ten Gangs ist, der 4-te Gang gewählt. Zu diesem Zeitpunkt wird das Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf 30 geändert, wodurch eine Drehmomentstufe vermieden wird. Wenn das Drehmoment im 4-ten Gang im vollständig geöffneten Zustand kleiner als das mit dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis von 30 erhaltene gemacht werden soll, wird die Drosselklappe geschlossen. Ähnlich wird die Übersetzung auf den 3-ten Gang geändert, wenn das Soll-Drehmoment erhöht werden soll. Auf ähnliche Weise wird das Drehmoment durch aufeinanderfolgendes Ändern der Übersetzung auf den 1-ten Gang gesteuert.
  • 28 zeigt die Beziehung zwischen der Fahrgeschwindigkeit, die niedriger als die untere Grenzfahrgeschwindigkeit des 1-ten Gangs ist, und dem Motordrehmoment Te an einem Ausgang eines Drehmomentwandlers. Wenn die Übersetzung (das Getriebe) im Eingriffzustand gehalten wird, wird die Motordrehzahl unter der unteren Grenzfahrgeschwindigkeit zu niedrig und im äußersten Fall der Motor angehalten. In diesem Drehzahlbereich wird eine sogenannte Überbrückung (durch die das Getriebe und der Motor direkt miteinander verbunden sind) gelöst und die Übersetzung über den Drehmomentwandler mit dem Motor verbunden. Wenn die Fahrgeschwindigkeit sinkt, entwickelt sich ein Schlupfgebiet, in dem es eine Drehzahldifferenz zwischen dem Eingang und dem Ausgang des Drehmomentwandlers gibt. In dem Schlupfgebiet wird das Drehmoment erhöht und das Motordrehmoment am Ausgang des Drehmomentwandlers erhöht. Das Motordrehmoment kann über das Luft/Kraftstoff-Verhältnis geändert werden. Die Überbrückung wird beispielsweise gelöst, wenn das Motordrehmoment nicht höher als 800 min–1 ist. Wenn der Drehmomentwandler einen Schlupf enthält, erzeugt der Drehmomentwandler aber einen Verlust der Energieübertragung, so daß sich der Kraftstoffverbrauch verschlechtert.
  • 29 zeigt einen Ablaufplan der Steuerung der Übertragung und des Motors. Die Motordrehzahl wird aus dem Fahrpedalniederdrückungsgrad und der Fahrgeschwindigkeit berechnet, wobei die Anzahl der Getriebestellungen r = 5 ist. Wenn die Motordrehzahl beispielsweise nicht höher als 800 min–1 ist, wird die Getriebestellung um einen Gang (eine Übersetzung) heruntergeschaltet, so daß die Motordrehzahl nicht unter 800 min–1 liegt. Obgleich die Getriebestellung in dem Ablaufplan aufeinanderfolgend heruntergeschaltet wird, kann die Getriebestellung gemäß der minimal zulässigen Motordrehzahl und Fahrgeschwindigkeit bestimmt werden. Wenn die Getriebestellung größer als der 1-te Gang (1-te Übersetzung) ist, wird die Überbrückung ausgeführt. Wenn die Getriebestellung der 1-te Gang ist, kann die Getriebestellung selbst dann, wenn die Motordrehzahl niedriger als die minimal zulässige Motordrehzahl ist, nicht weiter heruntergeschaltet werden, so daß die Überbrückung gelöst wird. Nachdem die Getriebestellung bestimmt ist, wird das Sollmotordrehmoment (Soll-Drehmoment) für das vom Fahrer geforderte Antriebsdrehmoment berechnet. Aus dem Soll-Drehmoment wird die Kraftstoffmenge berechnet und wird das Luft/Kraftstoff-Verhältnis bei vollständig geöffneter Drosselklappe berechnet. Wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis nicht niedriger als 30 ist, wird die Verbrennung instabil, so daß der Drosselklappen-Öffnungsgrad durch Berechnung so bestimmt wird, daß das Luft/Kraftstoff-Verhältnis 30 wird. Die zugeordneten Stellglieder (das Kraftstoffeinspritzventil, die Drosselklappe und das Schaltgetriebe) werden so gesteuert, daß die Kraftstoffmenge, der Drosselklappen-Öffnungsgrad und die Getriebestellung, die somit bestimmt wurden, erhalten werden können. Wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis andererseits nicht größer als 20 ist, wird die Getriebestellung als (r – 1) bestimmt und die Motordrehzahl erneut berechnet. Zu diesem Zeitpunkt wird die Kraftstoffmenge so gesteuert, daß keine Antriebsdrehmomentstufe erzeugt wird. Außerdem kann die Getriebestellung, wenn die Getriebestellung der 1-te Gang (1-te Übersetzung) ist, nicht weiter heruntergeschaltet werden, so daß das Luft/Kraftstoff-Verhältnis von 12 auf 15 geändert wird. Da das Luft/Kraftstoff-Verhältnis zu diesem Zeitpunkt übersprungen wird, um die NOx-Ausstoßmenge zu verringern, wird der Drosselklappen-Öffnungsgrad durch Berechnen so bestimmt, daß sich keine Antriebsdrehmomentstufe entwickelt, wobei die Stellglieder gesteuert werden.
  • 30 zeigt die Beziehung zwischen dem Fahrpedalniederdrückungsgrad und dem Soll-Antriebsdrehmoment. Während der Fahrpedalniederdrückungsgrad sinkt, sinkt das Soll-Antriebsdrehmoment. Bei dem gleichen Fahrpedalniederdrückungsgrad sinkt das Soll-Antriebsdrehmoment, während die Fahrgeschwindigkeit steigt. Daß das Soll-Drehmoment einen negativen Wert haben kann, bedeutet eine Motorbremse. Je höher bei dem gleichen Fahrpedalniederdrückungsgrad die Fahrgeschwindigkeit ist, desto wirksamer wirkt die Motorbremse.
  • Das Soll-Antriebsdrehmoment für den Fahrpedalniederdrückungsgrad und die Fahrgeschwindigkeit wird wie in 31 gezeigt bestimmt. Diese Werte sind für Steuerzwecke als Kennfeld in einem Speicher eines Computers gespeichert. Beispielsweise ist der Fahrpedalniederdrückungsgrad sowie die Fahrgeschwindigkeit in 16 unterteilt, wobei 256 Werte des Soll-Antriebsdrehmoments gespeichert sind.
  • 32 zeigt die Beziehung zwischen der Motordrehzahl und dem Motordrehmoment. Je größer bei gleicher Motordrehzahl der Drosselklappen-Öffnungsgrad ist, desto größer ist das Drehmoment. Das Motordrehmoment kann durch Steuern des Drosselklappen-Öffnungsgrads gesteuert werden. Da sich das Motordrehmoment je nach Luft/Kraftstoff-Verhältnis ändert, wird das Drehmoment außerdem durch Ändern des Drosselklappen-Öffnungsgrads und der Kraftstoffmenge geändert.
  • In bezug auf weitere vorteilhafte Wirkungen der vorliegenden Erfindung ist die Menge der Einlaßluft unter Verwendung der Kompression höher als ohne Verwendung der Kompression, wobei das Motordrehmoment, wie in 33 gezeigt ist, steigt. Wenn als Kompressionsmittel ein Abgasturbolader verwendet wird, sind die Drehmomentkennlinien mit Kompression unabhängig vom Willen des Fahrers durch eine Kurve (a) dargestellt, während die Drehmomentkennlinien ohne Kompression durch eine Kurve (b) dargestellt sind. Somit wird die Leistungsabgabe oder Leistung beim Ausführen der Beschleunigung plötzlich erhöht, wobei dies eine Vorstellung für den Unterschied oder ein Gefühl einer physikalischen Störung vermittelt.
  • 34 ist ein Zeitablaufplan, der die Änderung des Motordrehmoments und des Drosselklappen-Öffnungsgrads mit der Zeit zeigt. Wenn ein Fahrpedal niedergedrückt wird, wird die Luftmenge erhöht, so daß die Kraftstoffeinspritzmenge erhöht wird. Wenn die Kompression ausgeführt wird, wird die Luftmenge plötzlich erhöht, wobei, wie durch (b) aus 34 gezeigt ist, unabhängig vom Willen des Fahrers das Drehmoment erhöht wird, wobei dies eine Vorstellung für den Unterschied vermittelt. Wenn die Kompression nicht ausgeführt wird, ist die zeitabhängige Änderung des Motordrehmoments mit Bezug auf eine zeitabhängige Änderung des Drosselklappen-Öffnungsgrads in
  • 34 durch (a) dargestellt. Somit ist wegen der Massenkraft eine bestimmte Zeitdauer erforderlich, bevor die Geschwindigkeit durch die Kompression hoch wird, so daß die Kompression in der Mitte während der Beschleunigung wirksam wird.
  • 35 zeigt einen Steuerblockschaltplan, in dem die Beschleunigung der Fahrzeugkarosserie mit einem Beschleunigungssensor erfaßt wird, wobei das Übersetzungsverhältnis (Übertragungsverhältnis) des Motors geändert wird, wenn ein gewünschtes Drehmoment nicht erhalten wird.
  • 36 zeigt die Änderung der Kraftstoffmenge und der Fahrzeugkarosseriebeschleunigung mit der Zeit. Zur Bestimmung der Soll-Beschleunigung für den wie in dieser Figur gezeigten Fahrpedalniederdrückungsgrad wird die Kraftstoffmenge erhöht, um das Motordrehmoment zu erhöhen. Bei der Einspritzung in einen Zylinder kann der Kraftstoff direkt in den Zylinder eingespritzt werden, so daß sich der Kraftstoff nicht an einem Ansaugkrümmer und dergleichen absetzt, wobei das Drehmoment mit guter Reaktion gesteuert werden kann. Die Beschleunigung wird erfaßt und die Kraftstoffmenge so gesteuert, daß die Soll-Beschleunigung erreicht werden kann.
  • 37 zeigt die Änderung der Einlaßluftmenge, der Kraftstoffmenge und der Fahrzeugkarosseriebeschleunigung mit der Zeit. Um, wie in dieser Figur gezeigt ist, die Soll-Beschleunigung für den Fahrpedalniederdrückungsgrad zu bestimmen, werden die Kraftstoffmenge und die Einlaßluftmenge erhöht, um das Motordrehmoment zu erhöhen. Die Einlaßluftmenge wird durch den Drosselklappen-Öffnungsgrad gesteuert, wobei aber wegen eines Volumens des Ansaugkrümmers eine Verzögerung auftritt, so daß das Drehmoment nicht mit guter Reaktion gesteuert werden kann. Somit wird eine große Änderung des Motordrehmoments durch die Luftmenge gesteuert, während die Steuerung für kleine Änderungen durch die Kraftstoffmenge ausgeführt wird. Bei einer solchen Steuerung kann der Änderungsbereich des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses vermindert werden und außerdem das Motordrehmoment über einen breiten Bereich gesteuert werden.
  • Da in der vorliegenden Erfindung stark das Gebiet mit vollständig offener Drosselklappe verwendet wird, neigt die Motorbremse weniger dazu, zum Zeitpunkt der Verzögerung wirksam zu wirken. Somit wird zum Zeitpunkt der Verzögerung das elektrische Ladegerät betätigt und dadurch eine elektrische Ladesteuerung ausgeführt. Dadurch kann die Motorbremse zum Zeitpunkt der Verzögerung erreicht werden und außerdem zum Zeitpunkt der Verzögerung die Energie rückgewonnen werden. Wenn in bezug auf den verzögerten Zustand ein Einspritzimpuls Tp beispielsweise nicht größer als ein vorgegebener Wert Tpc ist, der Drosselklappen-Öffnungsgrad nicht größer als ein vorgegebener Wert ist und die Motordrehzahl Ne nicht kleiner als ein vorgegebener Wert ist, wird entschieden, daß die Beschleunigung stattfindet, und wird die elektrische Ladeoperation ausgeführt. Wenn der Fahrpedalöffnungsgrad nicht niedriger als ein vorgegebener Wert ist, wird die Ladeoperation außerdem unabhängig davon ausgeführt, ob der Einspritzimpuls unter dem vorgegebenen Wert liegt oder nicht. Außerdem wird während der Ladeoperation die Soll-Ladespannung erhöht, um eine Ladelast zu erhöhen. Als Ladelast kann eine andere Last wie etwa ein Kraftstoffwärmer verwendet werden. Wenn die Drosselklappe verwendet wird, wird die Drosselklappe während der Verzögerung geschlossen.
  • In der vorliegenden Erfindung werden die Brennzeit verkürzt, das Klopfen verhindert, das Kompressionsverhältnis des Motors erhöht, der Wärmewirkungsgrad verbessert und der Kraftstoffverbrauch verbessert. Durch das geschichtete Ansaugen kann die Erzeugung von unverbranntem Kohlenwasserstoff verhindert werden. Durch die Kraftstoffeinspritzung in den Zylinder wird die Reaktion auf den Kraftstoff verbessert. Die Motor-Leistungsabgabe oder -Leistung kann ohne Erhöhung des Pumpverlusts mit guter Reaktion gesteuert werden, wodurch das Antriebsverhalten verbessert wird.

Claims (12)

  1. Fremdgezündete Brennkraftmaschine mit: einer Brennkammer (7); einem Kraftstoffeinspritzmittel (13) zum Einspritzen von Kraftstoff; einem Luftmengensteuermittel (28) zum Steuern der Einlassluftmenge in eine Brennkammer (7); einem Zündmittel (14) zum Zünden eines Luft-/Kraftstoff-Gemisches in der Brennkammer (7); und einem Motorsteuermittel (5), das mit dem Kraftstoffeinspritzmittel (13), dem Luftmengensteuermittel (28) und dem Zündmittel (14) verbunden ist, wobei das Motorsteuermittel (5) einen ersten Steuermodus aufweist, in dem ein Motordrehmoment geändert wird, wenn ein Luft-/Kraftstoff-Verhältnis verändert wird, und einen zweiten Steuermodus aufweist, in dem das Motordrehmoment geändert wird, indem eine Drosselklappe (22) gesteuert wird, während ein im Wesentlichen unverändertes Luft-/Kraftstoff-Verhältnis beibehalten wird, wobei das Motordrehmoment in dem zweiten Steuermodus kleiner als ein vorbestimmter Wert ist und das Motordrehmoment in dem ersten Modus größer als der vorbestimmte Wert ist, wobei die Motorsteuereinrichtung bewirkt, dass ein Luft-/Kraftstoff-Verhältnis von 18 bis 15 übersprungen wird.
  2. Fremdgezündete Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, wobei das Motorsteuermittel (5) den ersten Steuermodus aufweist, in welchem ein Motordrehmoment geändert wird, wenn das Luft-/Kraftstoff-Verhältnis verändert wird, und einen dritten Steuermodus aufweist, in welchem das Motordrehmoment geändert wird, während ein im Wesentlichen unverändertes Luft-/Kraftstoff-Verhältnis beibehalten wird, und das Motordrehmoment in dem ersten Steuermodus kleiner als in dem dritten Steuermodus ist.
  3. Fremdgezündete Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, wobei eine Einspritzöffnung des Kraftstoffeinspritzmittels (13) im Inneren der Brennkammer (7) angeordnet ist.
  4. Fremdgezündete Brennkraftmaschine nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei ein Motordrehmoment durch ein Verändern des Luft-/Kraftstoff-Verhältnisses in dem ersten Steuermodus gesteuert wird.
  5. Fremdgezündete Brennkraftmaschine nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei ein Motordrehmoment durch ein Verändern eines Luft-/Kraftstoff-Verhältnisses innerhalb eines Bereichs größer als ein stöchiometrisches Verhältnis gesteuert wird, um das Motordrehmoment in einem ersten Steuermodus zu steuern.
  6. Fremdgezündete Brennkraftmaschine nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der erste und der zweite Steuermodus gewählt werden, um die durch Verbrennung entstehende NOx-Menge klein zu halten.
  7. Verfahren zum Steuern einer Brennkraftmaschine, das aufweist: Steuern eines Luft-/Kraftstoff-Verhältnisses durch Steuern von einer von einem Kraftstoffeinspritzmittel (13) eingespritzten Kraftstoffmenge und/oder einer von einer Drosselklappe (22) gesteuerten Luftmenge derart, dass, wenn ein Motordrehmoment kleiner als ein vorbestimmter Wert ist, die Drosselklappe (22) gesteuert wird, während das Luft-/Kraftstoff-Verhältnis im allgemeinen konstant gehalten wird, und, wenn das Motordrehmoment größer als der vorbestimmte Wert ist, das Luft-/Kraftstoff-Verhältnis so gesteuert wird, dass es sich verändert, wobei das Luft-/Kraftstoff-Verhältnis gesteuert wird, das Luft-/Kraftstoff-Verhältnis zwischen 15 und 18 zu überspringen.
  8. Verfahren zum Steuern einer Brennkraftmaschine nach Anspruch 7, wobei das Motorsteuermittel (5) den ersten Steuermodus aufweist, in welchem ein Motordrehmoment geändert wird, wenn das Luft-/Kraftstoff-Verhältnis verändert wird, und einen dritten Steuermodus aufweist, in welchem das Motordrehmoment geändert wird, während ein im Wesentlichen unverändertes Luft-/Kraftstoff-Verhältnis beibehalten wird, und das Motordrehmoment in dem ersten Steuermodus kleiner als in dem dritten Steuermodus ist.
  9. Verfahren zum Steuern einer Brennkraftmaschine nach Anspruch 7 oder 8, wobei das Kraftstoffeinspritzmittel (13) einen Kraftstoff direkt in eine Brennkammer (7) einspritzt.
  10. Verfahren zum Steuern einer Brennkraftmaschine nach zumindest einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei, wenn das Motordrehmoment groß ist, das Luft-/Kraftstoff-Verhältnis derart gesteuert wird, dass es sich innerhalb eines Bereichs verändert, um das Motordrehmoment zu steuern.
  11. Verfahren zum Steuern einer Brennkraftmaschine nach zumindest einem der Ansprüche 7 bis 10, wobei, wenn das Motordrehmoment groß ist, das Luft-/Kraftstoff-Verhältnis derart gesteuert wird, dass es sich innerhalb eines Bereichs verändert, der größer als ein stöchiometrisches Verhältnis ist, um das Motordrehmoment zu steuern.
  12. Verfahren zum Steuern einer Brennkraftmaschine nach zumindest einem der Ansprüche 7 bis 11, wobei das Luft-/Kraftstoff-Verhältnis gesteuert wird, um die durch Verbrennung entstehende NOx-Menge klein zu halten.
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