DE69819651T2

DE69819651T2 - Selbstzündende Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE69819651T2
Application number: DE69819651T
Authority: DE
Inventors: Shizuo Toyota-shi Aichi-ken Sasaki; Satoshi Toyota-shi Aichi-ken Iguchi; Takekazu Toyota-shi Aichi-ken Ito; Tsukasa Toyota-shi Aichi-ken Abe
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1997-09-16
Filing date: 1998-09-14
Publication date: 2004-09-30
Anticipated expiration: 2018-09-15
Also published as: EP0907013A3; EP0907013B1; US5890360A; JP3094974B2; DE69819651D1; JPH11153049A; EP0907013A2

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen selbstzündenden Motor.
2. Beschreibung des zugehörigen Standes der Technik
In der Vergangenheit ist bei einem Verbrennungsmotor wie beispielsweise einem Dieselmotor die Herstellung von NOx unterdrückt worden, indem der Abgaskanal des Motors und der Einlasskanal des Motors durch einen Abgasrezirkultionskanal (EGR-Kanal) verbunden wurde, so dass eine Rezirkulation des Abgases, d. h. des EGR-Gases, in den Motoreinlasskanal durch den EGR-Kanal bewirkt wurde. In diesem Fall hat das EGR-Gas eine relativ hohe spezifische Wärme und kann daher eine große Menge an Wärme absorbieren, wobei gilt, dass, je größer die Menge an EGR-Gas ist d. h. je höher die EGR-Rate (Menge an EGR-Gas/ (Menge an EGR-Gas + Menge an Ansaugluft)) ist, desto geringer ist die Verbrennungstemperatur in dem Motoreinlasskanal. Wenn die Verbrennungstemperatur abfällt, sinkt die Menge an erzeugtem NOx, und daher gilt, je höher die EGR-Rate ist, desto geringer ist die Menge an erzeugtem NOx.
In dieser Weise galt in der Vergangenheit, dass, je höher die EGR-Rate ist, desto geringer kann die Menge an erzeugtem NOx werden. Wenn die EGR-Rate zunimmt, beginnt jedoch die Menge an erzeugtem Ruß d. h. der Rauch deutlich anzusteigen, wenn die EGR-Rate einen bestimmten Grenzwert passiert. An diesem Punkt wurde in der Vergangenheit angenommen, dass, wenn die EGR-Rate erhöht worden ist, der Rauch ohne Grenzwert zunehmen würde. Daher wurde angenommen, dass die EGR-Rate, bei der der Rauch deutlich zuzunehmen begann, der maximale zulässige Grenzwert der EGR-Rate war.
Daher wurde in der Vergangenheit die EGR-Rate innerhalb eines Bereiches eingestellt, die den maximal zulässigen Grenzwert nicht überschritt (siehe beispielsweise die nicht geprüfte japanische Patentveröffentlichung (Kokai) Nr. 4-334 750). Der maximale zulässige Grenzwert der EGR-Rate unterschied sich erheblich gemäß der Art des Motors und des Kraftstoffes, betrug jedoch von 30 Prozent bis 50 Prozent oder dergleichen. Demgemäß wurde bei herkömmlichen Dieselmotoren die EGR-Rate auf 30 bis 50 Prozent als Maximum unterdrückt.
Da in der Vergangenheit angenommen wurde, dass es einen maximalen zulässigen Grenzwert bei der EGR-Rate gibt, ist in der Vergangenheit die EGR-Rate so eingestellt worden, dass die Menge an NOx und der erzeugte Rauch so gering wie möglich innerhalb eines Bereiches wird, der den maximalen zulässigen Grenzwert nicht überschreitet. Selbst wenn die EGR-Rate in dieser Weise so eingestellt wird, dass die Menge an NOx und an erzeugtem Rauch so gering wie möglich wird, gibt es dennoch Grenzwerte bei der Verringerung der Herstellmenge an NOx und an der Menge des Rauches. In der Praxis wird daher weiterhin eine erhebliche Menge an NOx und Rauch erzeugt.
Bei einem in der Druckschrift DE-A-43 33 424 offenbarten Dieselmotor wird die Rußerzeugung verhindert unter Verwendung einer hohen EGR-Rate und einem Einspritzvoreilen; wobei dadurch eine Erzeugung von nicht verbranntem HC bewirkt wird, die wiederum durch einen Katalysator in dem Abgaskanal behandelt werden.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung entdeckten jedoch im Verlauf von Untersuchungen bei der Verbrennung bei Dieselmotoren, dass, wenn die EGR-Rate größer als der maximale zulässige Grenzwert gestaltet wird, der Rauch außerordentlich zunimmt, wie dies vorstehend erläutert worden ist, jedoch ein Spitzenwert bei der Menge an erzeugtem Rauch vorhanden ist, und wenn dieser Spitzenwert einmal passiert worden ist, beginnt, wenn die EGR-Rate weiter größer gestaltet wird, der Rauch deutlich abzunehmen, und dass, wenn die EGR-Rate bei zumindest 70 Prozent während des Motorleerlaufs gestaltet wird oder wenn das EGR-Gas zwangsweise gekühlt wird und die EGR-Rate bei zumindest 55 Prozent oder dergleichen gestaltet wird, der Rauch annähernd gänzlich verschwindet, d. h. annähernd kein Ruß erzeugt wird. Des Weiteren fanden die Erfinder der vorliegenden Erfindung heraus, dass die Menge an erzeugtem NOx zu diesem Zeitpunkt außerordentlich war. Die Erfinder der vorliegenden Erfindung engagierten sich in weiteren Untersuchungen daraufhin auf der Grundlage dieser Entdeckung, um die Gründe zu bestimmen, weshalb Ruß nicht erzeugt worden ist, und konstruierten als ein Ergebnis davon ein neues Verbrennungssystem, das dazu in der Lage ist, gleichzeitig Ruß und NOx in stärkerem Maße als jemals zuvor zu verringern. Dieses neue Verbrennungssystem ist nachstehend detailliert erläutert, wobei es kurz gesagt auf die Idee des Anhaltens des Anwachsens von Kohlenwasserstoffen Ruß bei einer Stufe, bevor die Kohlenwasserstoffe zu Ruß anwachsen, basiert.
Des heißt es wurde aus wiederholten Versuchen und aus Forschungen herausgefunden, dass das Anwachsen von Kohlenwasserstoffen zu Ruß bei einer Stufe anhält, bevor dies geschieht, wenn die Temperaturen des Kraftstoffes und des um den Kraftstoff herum befindlichen Gases zum Zeitpunkt der Verbrennung in der Verbrennungskammer geringer als eine bestimmte Temperatur sind, und die Kohlenwasserstoffe zu Ruß sämtlich auf einmal anwachsen, wenn die Temperaturen des Kraftstoffes und des um den Kraftstoff herum befindlichen Gas höher als eine bestimmte Temperatur werden. In diesem Fall werden die Temperaturen des Kraftstoffes und des um den Kraftstoff herum befindlichen Gases durch den Wärmeabsorbiervorgang des um den Kraftstoff herum befindlichen Gases zum Zeitpunkt der Verbrennung des Kraftstoffes außerordentlich beeinflusst. Durch ein Einstellen der Wärmemenge, die durch das um den Kraftstoff herum befindliche Gas absorbiert wird, in Übereinstimmung mit der zum Zeitpunkt der Verbrennung des Kraftstoffes erzeugten Wärmemenge ist es möglich, die Temperaturen des Kraftstoffes und des um den Kraftstoff herum befindlichen Gases zu steuern.
Daher wird, wenn die Temperaturen des Kraftstoffes und des um den Kraftstoff herum befindlichen Gases zum Zeitpunkt der Verbrennung in der Verbrennungskammer auf weniger als die Temperaturen unterdrückt werden, bei der das Anwachsen der Kohlenwasserstoffe in der Mitte anhält, Ruß nicht länger erzeugt. Die Temperaturen des Kraftstoffes und des um den Kraftstoff herum befindlichen Gases zum Zeitpunkt der Verbrennung in der Verbrennungskammer können auf weniger als die Temperatur unterdrückt werden, bei der das Anwachsen der Kohlenwasserstoffe in der Mitte anhält, indem die durch das um dem Kraftstoff herum befindliche Gas absorbierte Wärmemenge eingestellt wird. Andererseits kann das Anwachsen der Kohlenwasserstoffe in der Mitte, bevor sie zu Ruß werden, mit Leichtigkeit durch eine Nachbehandlung unter Verwendung eines Oxidationskatalysators und dergleichen entfernt werden. Dies ist der Grundgedanken hinter diesem neuen Verbrennungssystem.
Dieses neue Verbrennungssystem ist jedoch auf die Idee des Entfernens von Kohlenwasserstoffen und dergleichen gegründet, deren Anwachsen in der Mitte angehalten worden ist, bevor sie zu Ruß werden, unter Verwendung eines Oxidationskatalysators und dergleichen, und bei dem, wenn der Oxidationskatalysator und dergleichen nicht aktiviert worden ist, es nicht möglich ist, diese neue Verbrennung auszuführen. Des Weiteren tritt diese neue Art an Verbrennung nicht auf, wenn nicht sämtliche Bedingungen dafür erfüllt sind, wobei daher, nur weil der Oxidationskatalysator und dergleichen betätigt wird, dies nicht bedeutet, dass diese neue Verbrennung stets ausgeführt wird.
D. h. bei diesem neuen Verbrennungssystem ist es erforderlich, geeignet zu bestimmen, wann diese neue Verbrennung ausgeführt wird. Des Weiteren ermöglicht die Anwendung dieser neuen Verbrennung eine gleichzeitige Verringerung von Ruß und NOx. Daher ist es erwünscht, diese neue Verbrennung so umfangreich wie möglich anzuwenden.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen selbstzündenden Motor zu schaffen, der eine Verbrennung bei niedriger Temperatur ausführen kann, während das Abgeben von unverbrannten Kohlenwasserstoffen zu der Außenluft verhindert wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein selbstzündender Motor geschaffen, bei dem die Erzeugungsmenge an Ruß allmählich zunimmt und dann einen Spitzenwert einnimmt, wenn die Menge an Inertgas in einer Verbrennungskammer zunimmt, und bei dem eine weitere Zunahme der Menge an Inertgas in der Verbrennungskammer dazu führt, dass die Temperatur des Kraftstoffs und des umgebenden Gases zum Zeitpunkt der Verbrennung in der Verbrennungskammer geringer als die Rußerzeugungstemperatur wird, und daher fast keine Erzeugung von Ruß mehr stattfindet, wobei der Motor folgendes aufweist: eine Schalteinrichtung zum wahlweisen Schalten zwischen einer ersten Verbrennung, bei der die Menge an Inertgas in der Verbrennungskammer größer als die Menge an Inertgas ist, bei der die Rußerzeugungsmenge eine Spitzenwert einnimmt und annähernd kein Ruß erzeugt wird, und einer zweiten Verbrennung, bei der die Menge an Inertgas in der Verbrennungskammer geringer als die Menge an Inertgas ist, bei der die Rußerzeugungsmenge einen Spitzenwert einnimmt; einen Katalysator mit einer Oxidationsfunktion, der in einem Abgaskanal des Motors angeordnet ist; und eine Betätigungsbeurteilungseinrichtung zum Beurteilen, ob der Katalysator betätigt wird oder nicht; wobei die Schalteinrichtung dafür sorgt, dass die zweite Verbrennung ausgeführt und die erste Verbrennung nicht ausgeführt wird, wenn der Katalysator nicht betätigt wird.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorliegende Erfindung ist anhand der nachstehend dargelegten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung zusammen mit den beigefügten Zeichnungen besser verständlich.
1 zeigt eine Gesamtansicht eines selbstzündenden Motors.
2 zeigt eine Ansicht der Erzeugungsmenge von Rauch und NOx.
Die 3A und 3B zeigen Ansichten des Verbrennungsdrucks.
4 zeigt eine Ansicht eines Kraftstoffmoleküls.
5 zeigt eine Ansicht der Beziehung zwischen der Menge an Rauch und der EGR-Rate.
6 zeigt eine Ansicht der Beziehung zwischen der Menge an eingespritzten Kraftstoff und der Menge an Mischgas.
7 zeigt eine Ansicht eines ersten Betriebsbereichs I und eines zweiten Betriebsbereichs II.
8 zeigt eine Ansicht der Beziehung zwischen ΔL(N) und der Motordrehzahl N.
9 zeigt eine Ansicht des Abgabesignals des Luft-Kraftstoff-Sensors und dergleichen.
10 zeigt eine Ansicht des Öffnungsgrades eines Drosselventils und dergleichen.
11 zeigt eine Ansicht zur Erläuterung des Verfahrens zum Steuern einer ersten Grenze X(N).
Die 12A bis 12C zeigen Ansichten von K(T)₁, K(T)₂ und K(N).
Die 13A und 13B zeigen Ansichten des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses bei dem ersten Betriebsbereich I.
Die 14A bis 14D zeigen Ansichten einer Tabelle eines Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses.
Die 15A bis 15D zeigen Ansichten einer Tabelle eines Zielöffnungsgrades eines Drosselventils.
Die 16A bis 16D zeigen Ansichten eines Zielbasisöffnungsgrades eines EGR-Steuerventils.
17 zeigt eine Ansicht eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses bei einer zweiten Verbrennung etc.
Die 18A und 18B zeigen Ansichten eines Zielöffnungsgrades eines Drosselventils und dergleichen.
19 zeigt eine Ansicht eines Verbrennungsdrucks und dergleichen.
Die 20A bis 20C zeigen Ansichten eines oberen Grenzwertes α.
21 zeigt eine Ansicht einer Kurbelwinkelunterbrechungsroutine.
22 zeigt ein Flussdiagramm der Steuerung eines Niedrigtemperaturverbrennungsbereiches.
Die 23 und 24 zeigen Flussdiagramme der Steuerung des Motorbetriebs.
Die 25 und 26 zeigen Flussdiagramme eines anderen Ausführungsbeispiels für eine Steuerung des Motorbetriebs.
Die 27A und 27B zeigen Ansichten von Tabellen einer Zieleinspritzstartzeit und dergleichen.
28 zeigt eine Gesamtansicht eines selbstzündenden Motors.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
1 zeigt eine Ansicht des Anwendungsfalls der vorliegenden Erfindung auf einen selbstzündenden Vier-Takt-Motor. Unter Bezugnahme auf 1 ist mit dem Bezugszeichen 1 ein Motorkörper gezeigt, ist mit dem Bezugszeichen 2 ein Zylinderblock gezeigt, ist mit dem Bezugszeichen 3 ein Zylinderkopf gezeigt, ist mit dem Bezugszeichen 4 ein Kolben gezeigt, ist mit dem Bezugszeichen 5 eine Verbrennungskammer gezeigt, ist mit dem Bezugszeichen 6 eine elektronisch gesteuerte Kraftstoffeinspritzeinrichtung gezeigt, ist mit dem Bezugszeichen 7 ein Einlassventil gezeigt, ist mit dem Bezugszeichen 8 eine Einlassöffnung gezeigt, ist mit dem Bezugszeichen 9 ein Auslassventil gezeigt und ist mit dem Bezugszeichen 10 eine Auslassöffnung gezeigt. Die Einlassöffnung 8 ist über ein entsprechendes Einlassrohr 11 mit dem Ausgleichsbehälter 12 verbunden. Der Ausgleichsbehälter 12 ist über einen Einlasskanal 13 mit einer Luftreinigungseinrichtung 14 verbunden. Ein Drosselventil 16, das durch einen Elektromotor 15 angetrieben wird, ist in dem Einlasskanal 13 angeordnet. Andererseits ist die Auslassöffnung 10 über einen Auslasskrümmer 17 und ein Auslassrohr oder Abgasrohr 18 mit einem katalytischen Wandler 20 verbunden, in dem ein Katalysator 19 mit einer Oxidationswirkung untergebracht ist. Ein Luft-Kraftstoff- Verhältnis-Sensor 21 ist in dem Abgaskrümmer oder Auslasskrümmer 17 angeordnet.
Der Abgaskrümmer 17 und der Ausgleichsbehälter 12 sind miteinander über einen EGR-Kanal 22 verbunden. Ein elektrisch gesteuertes EGR-Steuerventil 23 ist in einem EGR-Kanal 22 angeordnet. Des Weiteren ist ein Kühlgerät 24 zum Kühlen des durch den EGR-Kanal 22 strömenden EGR-Gases um den EGR-Kanal 22 herum vorgesehen. Bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel wird das Motorkühlwasser zu dem Kühlgerät 24 geführt, bei dem das Motorkühlwasser zum Kühlen des EGR-Gases verwendet wird.
Andererseits ist jede Kraftstoffeinspritzeinrichtung 6 über ein Kraftstofflieferrohr 25 mit dem Kraftstoffbehälter d. h. einer Common-Rail 26 verbunden. Der Kraftstoff wird zu der Common-Rail 26 von einer elektrisch gesteuerten Kraftstoffpumpe 27 mit variabler Abgabe geliefert. Der in die Common-Rail 26 gelieferte Kraftstoff wird durch jedes Kraftstofflieferrohr 25 zu den Kraftstoffeinspritzeinrichtungen 6 geliefert. Ein Kraftstoffdrucksensor 28 zum Erfassen des Kraftstoffdrucks in der Common-Rail 26 ist an der Common-Rail 26 angebracht. Die Abgabemenge der Kraftstoffpumpe 27 wird auf der Grundlage des Abgabesignals des Kraftstoffdrucksensors 28 so gesteuert, dass der Kraftstoffdruck in der Common-Rail 26 zu dem Zielkraftstoffdruck wird.
Die elektronische Steuereinheit 70 besteht aus einem digitalem Computer und ist mit einem ROM (Festspeicher) 32, einem RAM (wahlfreier Zugriffsspeicher) 33, einer CPU (Mikroprozessor) 34, einem Eingangsanschluss 35 und einem Ausgangsanschluss 36 versehen, die miteinander durch einen bidirektionalen Bus 31 verbunden sind. Das Abgabesignal des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 21 wird über einen entsprechenden AD-Wandler 37 zu dem Eingangsanschluss 35 eingegeben. Des Weiteren wird das Abgabesignal des Kraftstoffdrucksensors 28 über einen entsprechenden AD-Wandler 37 zu dem Eingangsanschluss 35 eingegeben. Der Motorkörper 1 ist mit einem Temperatursensor 29 zum Erfassen der Motorkühlwassertemperatur versehen. Das Abgabesignal von diesem Temperatursensor 29 wird über einen entsprechenden AD-Wandler 37 zu dem Eingangsanschluss 35 eingegeben. Des Weiteren ist ein Temperatursensor 43 zum Erfassen der Temperatur des Mischgases aus der Ansaugluft und dem EGR-Gas in zumindest einem der Einlassrohre 11 montiert. Das Abgabesignal des Temperatursensors 43 wird über einen entsprechenden AD-Wandler 37 zu dem Eingangsanschluss 35 eingegeben.
Des Weiteren ist ein Temperatursensor 45 für ein Erfassen der Temperatur des durch den Katalysator 19 tretenden Abgases in dem Abgasrohr 44 stromabwärtig von dem Katalysator 19 angeordnet. Das Abgabesignal des Temperatursensors 45 wird über einen entsprechenden AD-Wandler 37 zu dem Eingabeanschluss 35 eingegeben. Ein Verbrennungsdrucksensor 46 zum Erfassen des Drucks innerhalb der Verbrennungskammer 5 ist in der Verbrennungskammer 5 angeordnet. Das Abgabesignal des Verbrennungsdrucksensors 46 ist mit dem Eingangsanschluss I einer Spitzenwert-Halte-Schaltung 47 verbunden. Der Ausgangsanschluss O der Spitzenwert-Halte-Schaltung 47 ist über einen entsprechenden AD-Wandler 37 mit dem Eingangsanschluss 35 verbunden.
Mit dem Gaspedal 40 ist ein Lastsensor 41 zum Erzeugen einer Abgabespannung verbunden, die proportional zu dem Betrag des Niederdrückens L des Gaspedals 40 ist. Die Abgabespannung des Lastsensors 41 wird über einen entsprechenden AD-Wandler 37 zu dem Eingabeanschluss 35 eingegeben. Des Weiteren ist der Eingabeanschluss 35 mit einem Kurbelwinkelsensor 42 verbunden, der einen Abgabeimpuls jedes Mal dann erzeugt, wenn die Kurbelwelle sich um beispielsweise 30° dreht. Andererseits ist der Abgabeanschluss 36 über eine entsprechende Treiberschaltung 38 mit der Kraftstoffeinspritzeinrichtung 6, dem Elektromotor 15, dem EGR-Steuerventil 23, der Kraftstoffpumpe 27 und einem Löscheingabeanschluss R der Spitzenwert-Halte-Schaltung 47 verbunden.
2 zeigt ein Beispiel eines Versuchs, wobei die Änderungen des Abgabemomentes und die Änderungen bei der Menge an Rauch, HC, CO und NOx gezeigt sind, die abgegeben werden, wenn sich das Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F ändert (Abszisse in 2), indem der Öffnungsgrad des Drosselventils 16 und die EGR-Rate sich zum Zeitpunkt eines Motorniedriglastbetriebs ändern. Wie dies aus 2 hervorgeht, wird bei diesem Versuch die EGR-Rate größer, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F kleiner wird. Unterhalb des stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses (= 14,6) wird die EGR-Rate größer als 65 Prozent.
Wenn gemäß 2 die EGR-Rate zum Verringern des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses A/F bei einer nahe zu 40 Prozent werdenden EGR-Rate und einem nahe zu 30 Prozent oder dergleichen werdenden Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F zunimmt, beginnt die Menge an erzeugtem Rauch zuzunehmen. Danach nimmt, wenn die EGR-Rate weiter zunimmt und das Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F kleiner gestaltet wird, die Menge an erzeugtem Rauch deutlich zu und wird zu einem Spitzenwert. Anschließend verringert sich, wenn die ERG-Rate weiter erhöht wird und das Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F kleiner gestaltet wird, der Rauch deutlich. Wenn die EGR-Rate über 65 Prozent gestaltet wird und das Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F nahezu 15,0 wird, wird der erzeugte Rauch zu im Wesentlichen 0. D. h. dass annähernd kein Ruß mehr erzeugt wird. Zu diesem Zeitpunkt fällt das Abgabemoment des Motors etwas ab und die Menge an erzeugtem NOx wird erheblich geringer. Andererseits beginnt zu diesem Zeitpunkt die erzeugte Menge an HC und CO zuzunehmen.
3A zeigt die Änderungen bei dem Kompressionsdruck in der Verbrennungskammer 5, wenn die Menge an erzeugtem Rauch am größten in der Nähe eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses A/F von 21 ist. 3B zeigt die Änderungen bei dem Kompressionsdruck in der Verbrennungskammer 5, wenn die Menge an erzeugtem Rauch im Wesentlichen 0 in der Nähe eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses A/F von 18 ist. Wie dies aus dem Vergleich der 3A und 3B verständlich ist, ist der Verbrennungsdruck in dem in 3B gezeigten Fall niedriger, bei dem die Menge an erzeugtem Rauch im Wesentlich 0 ist, gegenüber dem in 3A gezeigten Fall, bei dem die Menge an erzeugtem Rauch groß ist.
Aus den in den 2 und 3A und 3B gezeigten Versuchsergebnissen kann wie folgt geschlussfolgert werden. D. h. zunächst wird, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F kleiner als 15,0 ist und die Menge an erzeugtem Rauch im Wesentlichen 0 ist, die Menge an erzeugtem NOx erheblich abfallen, wie dies in 2 gezeigt ist. Der Umstand, dass die erzeugte Menge an NOx abfällt, bedeutet, dass die Verbrennungstemperatur in der Verbrennungskammer 5 abfällt. Daher kann gesagt werden, dass, wenn annähernd kein Ruß erzeugt wird, die Verbrennungstemperatur in der Verbrennungskammer 5 niedriger wird. Das gleiche kann von 3B gesagt werden. D. h. in dem in 3B gezeigten Zustand, bei dem annähernd kein Ruß erzeugt wird, wird der Verbrennungsdruck niedriger, wobei daher die Verbrennungstemperatur in der Verbrennungskammer 5 zu diesem Zeitpunkt niedriger wird.
Außerdem nehmen, wenn die Menge an erzeugtem Rauch d. h. die Menge an erzeugtem Ruß im Wesentlichen 0 wird, wie dies in 2 gezeigt ist, die Abgabemengen an HC und CO zu. Das bedeutet, dass die Kohlenwasserstoffe abgegeben werden, ohne dass sie zu Ruß anwachsen. D. h. die Kohlenwasserstoffe mit geraden Ketten und die aromatischen Kohlenwasserstoffe, die in dem Kraftstoff enthalten sind und in 4 gezeigt sind, zersetzen sich, wenn die Temperatur in dem an Sauerstoff armen Zustand angehoben wird, was zu einem Ausbilden eines Russvorläufers führt. Außerdem wird Ruß, der hauptsächlich aus festen Massen von Kohlenstoffaromen besteht, erzeugt. In diesem Fall ist der eigentliche Prozess der Herstellung von Ruß kompliziert. Wie der Russvorläufer ausgebildet wird, ist nicht klar, jedoch wachsen unabhängig davon die in 4 gezeigten Kohlenwasserstoffe über den Russvorläufer zu Ruß an. Daher nimmt, wie dies vorstehend erläutert ist, wenn die Herstellmenge an Ruß im Wesentlichen zu 0 wird, die Abgabemenge von HC und CO zu, wie dies in 2 gezeigt ist, jedoch ist HC zu diesem Zeitpunkt ein Russvorläufer oder ein Zustand von Kohlenwasserstoffen vor diesem.
Als Zusammenfassung dieser Betrachtungen auf der Grundlage der in den 2 und 3A und 3B gezeigten Versuchsergebnisse kann gesagt werden, dass, wenn die Verbrennungstemperatur in der Verbrennungskammer 5 gering ist, die Menge an erzeugtem Ruß im Wesentlichen zu 0 wird. Zu diesem Zeitpunkt wird ein Russvorläufer oder ein Zustand von Kohlenwasserstoffen vor diesem aus der Verbrennungskammer 5 abgegeben. Detailliertere Versuche und Untersuchungen wurden darüber durchgeführt. Als ein Ergebnis wurde erkannt, dass, wenn die Temperaturen des Kraftstoffs und des um den Kraftstoff herum befindlichen Gases der Verbrennungskammer 5 unterhalb einer bestimmten Temperatur sind, der Prozess des Anwachsens des Rußes in der Mitte anhält, d. h. überhaupt kein Ruß erzeugt wird, und dass wenn die Temperatur des Kraftstoffes und seiner Umgebung in der Verbrennungskammer 5 höher als eine bestimmte Temperatur wird, Ruß erzeugt wird.
Die Temperatur des Kraftstoffs und seiner Umgebung beim Anhalten des Herstellprozesses der Kohlenwasserstoffe bei einem Zustand des Russvorläufers d. h. bei der vorstehend erwähnten bestimmten Temperatur ändert sich in Abhängigkeit von verschiedenen Faktoren wie beispielsweise die Art des Kraftstoffes, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis und das Kompressionsverhältnis, wobei also nicht gesagt werden kann, wieviel Grad sie beträgt, jedoch steht diese bestimmte Temperatur in enger Beziehung zu der Menge an erzeugtem NOx. Daher kann diese bestimmte Temperatur als ein bestimmter Grad der Menge an erzeugtem NOx definiert werden.
D. h., je größer die EGR-Rate ist, desto geringer wird die Temperatur des Kraftstoffs und des diesen umgebenden Gases zum Zeitpunkt der Verbrennung und desto geringer ist die Menge an erzeugtem NOx. Wenn zu diesem Zeitpunkt die Menge an erzeugtem NOx zu ungefähr 10 ppm oder weniger wird, wird annähernd kein Ruß mehr erzeugt. Daher stimmt die vorstehend erwähnte bestimmte Temperatur im Wesentlichen mit der Temperatur überein, bei der die Menge an erzeugtem NOx zu 10 ppm oder weniger wird.
Wenn Ruß einmal erzeugt worden ist, ist es nicht möglich, diesen durch eine Nachbehandlung unter Verwendung eines Oxidationskatalysators und dergleichen zu entfernen. Im Gegensatz dazu kann ein Russvorläufer oder ein Zustand von Kohlenwasserstoff vor diesem mit Leichtigkeit durch eine Nachbehandlung unter Verwendung eines Oxydationskatalysators und dergleichen entfernt werden. Im Hinblick auf die Nachbehandlung durch einen Oxydationskatalysator und dergleichen besteht ein außerordentlicher großer Unterschied zwischen dem Fall, bei dem die Kohlenwasserstoffe zur Verbrennungskammer 5 in der Form eines Russvorläufers oder eines Zustandes vor diesem abgegeben werden, oder dem Fall, bei dem sie aus der Verbrennungskammer 5 in der Form von Ruß abgegeben werden. Das bei der vorliegenden Erfindung verwendete neue Verbrennungssystem ist auf die Idee eines Abgebens der Kohlenwasserstoffe aus der Verbrennungskammer 5 in der Form eines Russvorläufers oder eines Zustandes vor diesem gegründet, ohne dass die Erzeugung von Ruß in der Verbrennungskammer 5 gestattet wird, und dass bewirkt wird, dass die Kohlenwasserstoffe durch einen Oxydationskatalysator und dergleichen oxydieren.
Nunmehr ist es zum Anhalten des Anwachsens der Kohlenwasserstoffe in dem Zustand vor der Erzeugung des Rußes erforderlich, die Temperaturen des Kraftstoffes und des um diesen herum befindlichen Gases zum Zeitpunkt der Verbrennung in der Verbrennungskammer 5 auf eine Temperatur zu senken, die niedriger als die Temperatur ist, bei der Ruß erzeugt wird. In diesem Fall wurde erkannt, dass der Wärmeabsorbiervorgang des um den Kraftstoff herum befindlichen Gases zum Zeitpunkt der Verbrennung des Kraftstoffes einen außerordentlich großen Effekt bei der Senkung der Temperaturen des Kraftstoffes und des um diesen herum befindlichen Gases hat.
D. h. wenn lediglich Luft um den Kraftstoff herum vorhanden ist, reagiert der verdampfte Kraftstoff sofort mit dem Sauerstoff in der Luft und verbrennt. In diesem Fall steigt die Temperatur der Luft entfernt von dem Kraftstoff nicht so stark an. Lediglich die Temperatur um den Kraftstoff herum wird örtlich außerordentlich hoch. D. h. zu diesem Zeitpunkt absorbiert die von dem Kraftstoff entfernte Luft überhaupt nicht stark die Verbrennungswärme des Kraftstoffes. Da in diesem Fall die Verbrennungstemperatur örtlich außerordentlich hoch wird, erzeugen die unverbrannten Kohlenwasserstoffe, die die Wärme der Verbrennung aufgenommen haben, Ruß.
Andererseits ist, wenn Kraftstoff in dem Mischgas einer großen Menge an Inertgas und einer kleinen Menge an Luft vorhanden ist, die Situation etwas anders. In diesem Fall verteilt sich der verdampfte Kraftstoff in der Umgebung und reagiert mit dem in dem Inertgas vermischten Sauerstoff, um zu verbrennen. In diesem Fall wird die Verbrennungswärme durch das umgebende Erdgas absorbiert, so dass die Verbrennungstemperatur nicht länger so stark ansteigt. D. h. es wird möglich, die Verbrennungstemperaturen niedrig zu halten. D. h. das Vorhandensein des Inertgases spielt eine bedeutende Rolle bei dem Senken der Verbrennungstemperatur. Es ist möglich, die Verbrennungstemperatur durch den Wärmeabsorbiervorgang des Inertgases niedrig zu halten.
In diesem Fall ist zum Senken der Temperaturen des Kraftstoffes und des diesen umgebenden Gases auf eine Temperatur, die niedriger als die Temperatur ist, bei der Ruß erzeugt wird, eine Menge an Inertgas, die zum Absorbieren einer Wärmemenge in ausreichender Weise zum Absenken der Temperaturen ausreichend ist, erforderlich. Daher ist es erforderlich, dass, wenn die Menge an Kraftstoff zunimmt, die Menge an Inertgas zusammen mit dieser zunimmt. Es ist zu beachten, dass in diesem Fall gilt, dass je größer die spezifische Wärme des Inertgases ist, desto stärker ist der Wärmeabsorbiervorgang. Daher ist das Inertgas vorzugsweise ein Gas mit einer hohen spezifischen Wärme. In dieser Hinsicht kann, da CO₂ und EGR-Gas eine relativ hohe spezifische Wärme aufweisen, gesagt werden, das vorzugsweise EGR-Gas als das Inertgas verwendet wird.
5 zeigt die Beziehung zwischen der EGR-Rate und dem Rauch bei Verwendung von EGR-Gas als das Inertgas und bei Änderung des Kühlgrades des EGR-Gases. D. h. in 5 zeigt eine Kurve A den Fall eines zwangsweisen Kühlens des EGR-Gases, um die Temperatur des EGR-Gases bei ungefähr 90°C zu halten, zeigt die Kurve B den Fall des Kühlens des EGR-Gases unter Verwendung eines Kühlgerätes mit einer kleinen Größe und zeigt die Kurve C den Fall eines zwangmäßig erfolgenden Kühlens des EGR-Gases.
Wie dies durch die Kurve A in 5 gezeigt ist, wird bei einem zwangsweisen Kühlen des EGR-Gases die Menge an erzeugtem Ruß zu einem Spitzenwert, wenn die EGR-Rate geringfügig geringer als 50 Prozent ist. Wenn in diesem Fall die EGR-Rate dazu gebracht wird, dass sie ungefähr 55 Prozent oder mehr beträgt, wird annähernd kein Ruß mehr erzeugt.
Andererseits wird, wie dies durch die Kurve B in 5 gezeigt ist, beim geringfügigen Abkühlen des EGR-Gases die Menge an erzeugtem Ruß zu einem Spitzenwert, wenn die EGR-Rate geringfügig höher als 50 Prozent ist. Wenn in diesem Fall die EGR-Rate dazu gebracht wird, dass sie im Wesentlichen 65 Prozent oder mehr beträgt, wird annähernd kein Ruß mehr erzeugt.
Des Weiteren wird, wie dies durch die Kurve C in 5 gezeigt ist, wenn das EGR-Gas nicht zwangsweise gekühlt wird, die Menge an erzeugtem Ruß zu einem Spitzenwert bei ungefähr 55 Prozent. Wenn in diesem Fall die EGR-Rate dazu gebracht wird, dass sie ungefähr 70 Prozent oder mehr beträgt, wird annähernd kein Ruß mehr erzeugt.
Es ist zu beachten, dass 5 die Menge an erzeugtem Rauch bei relativ hoher Motorlast zeigt. Wenn die Motorlast geringer wird, fällt die EGR-Rate, bei der die Menge an erzeugtem Ruß einen Spitzenwert einnimmt, geringfügig ab, und der untere Grenzwert der EGR-Rate, bei dem annähernd kein Ruß mehr erzeugt wird, fällt ebenfalls geringfügig ab. In dieser Weise ändert sich der untere Grenzwert der EGR-Rate, bei dem annähernd kein Ruß mehr erzeugt wird, in Übereinstimmung mit dem Grad des Kühlens des EGR-Gases und der Motorlast.
6 zeigt den Fall, bei dem die Menge an Mischgas aus EGR-Gas und Luft, das Verhältnis der Luft in dem Mischgas und das Verhältnis des EGR-Gases in dem Mischgas gezeigt sind, die dafür erforderlich sind, dass die Temperaturen des Kraftstoffes und des um diesen herum befindlichen Gases zum Zeitpunkt der Verbrennung zu einer Temperatur gestaltet werden, die niedriger als die Temperatur ist, bei der Ruß in dem Fall der Verwendung von EGR-Gas als ein Inertgas erzeugt wird. Es ist zu beachten, dass in 6 die Ordinate die Gesamtmenge an Ansauggas zeigt, die in die Verbrennungskammer 5 genommen wird. Die Strichpunktlinie Y zeigt die Gesamtmenge an Ansauggas, die in die Verbrennungskammer 5 genommen werden kann, wenn ein Turboladen nicht ausgeführt wird. Des Weiteren zeigt die Abszisse die erforderliche Last. Z1 zeigt den Niedriglastbetriebsbereich.
Unter Bezugnahme auf 6 zeigt das Verhältnis der Luft d. h. die Menge an Luft in dem Mischgas die Menge an Luft, die erforderlich ist, damit bewirkt wird, dass der eingespritzte Kraftstoff vollständig verbrennt. D. h. in dem in 6 gezeigten Fall wird das Verhältnis der Menge an Luft und der Menge an eingespritztem Kraftstoff zu dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis. Andererseits zeigt in 6 das Verhältnis des EGR-Gases d. h. der Menge an EGR-Gas in dem Mischgas die minimale Menge an EGR-Gas, die erforderlich ist, um die Temperaturen des Kraftstoffes und des um diesen herum befindlichen Gases zu einer Temperatur zu gestalten, die geringer als die Temperatur ist, bei der Ruß erzeugt wird. Diese Menge an EGR-Gas beträgt ausgedrückt im Hinblick auf die EGR-Rate ungefähr zumindest 55 Prozent. Bei dem in 6 gezeigten Ausführungsbeispiel beträgt sie zumindest 70 Prozent. D. h. wenn die Gesamtmenge an Ansauggas, das in die Verbrennungskammer 5 genommen wird, zu der durchgehenden Linie X in 6 gestaltet wird und das Verhältnis zwischen der Menge an Luft und der Menge an EGR-Gas bei der Gesamtmenge an Ansauggas X zu dem in 6 gezeigten Verhältnis gestaltet wird, wird die Temperatur des Kraftstoffes und des um diesen herum befindlichen Gases zu einer Temperatur, die niedriger als die Temperatur ist, bei der Ruß erzeugt wird, und daher wird überhaupt kein Ruß mehr erzeugt. Des Weiteren beträgt die Menge an erzeugtem NOx zu diesem Zeitpunkt ungefähr 10 ppm oder weniger, und daher wird die Menge an erzeugtem NOx außerordentlich gering.
Wenn die Menge an eingespritztem Kraftstoff zunimmt, nimmt die zum Zeitpunkt der Verbrennung erzeugte Wärmemenge zu, um so die Temperaturen des Kraftstoffes und des um diesen herum befindlichen Gases bei einer Temperatur zu halten, die niedriger als die Temperatur ist, bei der Ruß erzeugt wird, wobei die durch das EGR-Gas absorbierte Wärmemenge zunehmen muss. Daher muss, wie dies in 6 gezeigt ist, die Menge an EGR-Gas erhöht werden, je größer die Menge an eingespritztem Kraftstoff ist. D. h. die Menge an EGR-Gas muss erhöht werden, wenn die erforderliche Last höher wird.
Andererseits überschreitet bei dem Lastbereich Z2 von 6 die Gesamtmenge des Ansauggases X, die erforderlich ist, um die Herstellung von Ruß zu behindern, die Gesamtmenge an Ansauggas Y, die hereingenommen werden kann. Daher ist es in diesem Fall, um die Gesamtmenge an Ansauggas X, die zum Behindern der Erzeugung von Ruß erforderlich ist in die Verbrennungskammer 5 zu liefern, erforderlich, sowohl das EGR-Gas als auch das Ansauggas oder das EGR-Gas zu überladen oder mit Druck zu beaufschlagen. Wenn das EGR-Gas und dergleichen in dem Lastbereich Z2 nicht überladen oder mit Druck beaufschlagt wird, stimmt die Gesamtmenge an Ansauggas X mit der Gesamtmenge an Ansauggas Y überein, die hereingenommen werden kann. Daher wird in dem Fall zum Behindern der Erzeugung von Ruß die Menge an Luft geringfügig verringert, um die Menge an EGR-Gas zu erhöhen, und der Kraftstoff wird dazu gebracht, dass er in einem Zustand verbrennt, bei dem das Luft-Kraftstoff-Verhältnis fett ist.
Wie dies vorstehend erläutert ist, zeigt 6 den Fall einer Verbrennung von Kraftstoff bei dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis. Bei dem in 6 gezeigten Niedriglastbetriebsbereich Z1 ist es selbst dann, wenn die Menge an Luft kleiner als die in 6 gezeigte Menge an Luft gestaltet ist d. h. wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis fett gestaltet ist, möglich, die Erzeugung von Ruß zu behindern und die Menge an erzeugtem NOx um 10 ppm oder geringer zu gestalten. Des Weiteren ist es bei dem in 6 gezeigten Niedriglastbereich Z1 selbst dann, wenn die Menge an Luft größer als die in 6 gezeigte Menge an Luft gestaltet ist d. h. der Durchschnittswert des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses zu einem mageren Wert bei 17 bis 18 gestaltet ist, möglich, die Erzeugung von Ruß zu behindern und die Menge an erzeugtem NOx bei ungefähr 10 ppm oder weniger zu gestalten.
D. h., wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis fett gestaltet worden ist, wird der Kraftstoff übermäßig, da aber die Kraftstofftemperatur auf eine niedrige Temperatur abgesenkt worden ist, wächst der übermäßige bzw. überschüssige Kraftstoff nicht zu Ruß an, und daher wird kein Ruß erzeugt. Des Weiteren wird zu diesem Zeitpunkt lediglich eine außerordentlich geringe Menge an NOx erzeugt. Andererseits wird, wenn das durchschnittliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis mager ist oder wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, eine geringe Menge an Ruß erzeugt, wenn die Verbrennungstemperatur höher wird, jedoch wird bei der vorliegenden Erfindung die Verbrennungstemperatur auf eine niedrige Temperatur gesenkt, so dass überhaupt kein Ruß erzeugt wird. Des Weiteren wird lediglich eine außerordentliche geringe Menge an NOx erzeugt.
In dieser Weise wird bei dem Niedriglastbetriebsbereich Z1 des Motors unabhängig von dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis d. h. unabhängig davon, ob das Luft-Kraftstoff-Verhältnis fett ist oder das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis vorliegt oder das durchschnittliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis mager ist, kein Ruß erzeugt, und die Menge an erzeugtem NOx wird außerordentlich klein. Daher kann unter Berücksichtigung der Verbesserung des Kraftstoffverbrauchs gesagt werden, dass vorzugsweise das durchschnittliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis mager gestaltet wird.
Es ist jedoch lediglich möglich, die Temperatur des Kraftstoffes und des diesen umgebenden Gases zum Zeitpunkt der Verbrennung in der Verbrennungskammer auf einen Wert zu unterdrücken, der kleiner als die Temperatur ist, bei dem das Anwachsen der Kohlenwasserstoffe in der Mitte des Verlaufs zum Zeitpunkt einer relativ niedrigen Motorlast angehalten wird, bei dem die durch die Verbrennung erzeugte Wärmemenge gering ist. Demgemäß wird bei der vorliegenden Erfindung, wenn die Motorlast relativ niedrig ist, die Temperatur des Kraftstoffes und des diesen umgebenden Gases auf einen Wert unterdrückt, der kleiner als die Temperatur ist, bei der das Anwachsen der Kohlenwasserstoffe in der Mitte des Verlaufs anhält, und eine erste Verbrennung d. h. eine Verbrennung bei niedriger Temperatur ausgeführt wird. Wenn die Motorlast relativ hoch ist, wird eine zweite Verbrennung d. h. eine herkömmlich normal ausgeführte Verbrennung ausgeführt.
Es ist zu beachten, dass die erste Verbrennung d. h. die Verbrennung bei niedriger Temperatur, wie dies aus der vorstehend dargelegten Erläuterung deutlich hervorgeht, eine Verbrennung ist, bei der die Menge an Inertgas in der Verbrennungskammer größer als die Menge an Inertgas ist, bei der die Herstellmenge an Ruß zu einem Spitzenwert wird und bei der annähernd kein Ruß erzeugt wird, während die zweite Verbrennung d. h. die herkömmlich normal ausgeführte Verbrennung eine Verbrennung ist, bei der die Menge an Inertgas in der Verbrennungskammer geringer als die Menge an Inertgas ist, bei der die Herstellmenge an Ruß zu einem Spitzenwert wird.
7 zeigt einen ersten Betriebsbereich I, bei dem die erste Verbrennung d. h. die Verbrennung bei niedriger Temperatur ausgeführt wird, und einen zweiten Betriebsbereich II, bei dem die zweite Verbrennung d. h. die Verbrennung durch das herkömmliche Verbrennungsverfahren ausgeführt wird. Es ist zu beachten, dass in 7 die Abszisse L den Niederdrückbetrag des Gaspedals 40 zeigt, d. h. die erforderliche Last, und die Ordinate N die Motordrehzahl zeigt. Des Weiteren ist in 7 durch X(N) eine erste Grenze zwischen dem ersten Betriebsbereich I und dem zweiten Betriebsbereich II gezeigt und ist mit Y(N) eine zweite Grenze zwischen dem ersten Betriebsbereich I und dem zweiten Betriebsbereich II gezeigt. Die Änderung der Betriebsbereiche von dem ersten Betriebsbereich I zu dem zweiten Betriebsbereich II wird auf der Grundlage der ersten Grenze X(N) beurteilt, während die Änderung der Betriebsbereich von dem zweiten Betriebsbereich II zu dem ersten Betriebsbereich I auf der Grundlage der zweiten Grenze Y(N) beurteilt wird.
D. h. dass, wenn eine Verbrennung mit niedriger Temperatur bei im ersten Betriebsbereich I betriebenem Motor ausgeführt wird, wenn die erforderliche Last L die erste Grenze X(N) überschreitet, die eine Funktion der Motordrehzahl N ist, beurteilt wird, dass der Betriebsbereich zu dem zweiten Betriebsbereich II verschoben worden ist und die zweite Verbrennung d. h. die Verbrennung durch das herkömmliche Verbrennungsverfahren ausgeführt wird. Außerdem wird, wenn die erforderliche Last L geringer als die zweite Grenze Y(N) wird, die eine Funktion der Motordrehzahl N ist, beurteilt, dass der Betriebsbereich sich zu dem ersten Betriebsbereich I verschoben hat und die erste Verbrennung d. h. die Verbrennung bei niedriger Temperatur erneut ausgeführt wird.
Es zu beachten, dass bei diesem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung die zweite Grenze Y(N) um exakt ΔL(N) zu der Niedriglastseite von der ersten Grenze X(N) gestaltet worden ist. Wie dies in 7 und 8 gezeigt ist, ist ΔL(N) eine Funktion der Motordrehzahl N. Der Wert ΔL(N) wird kleiner mit höherer Motordrehzahl N.
Wenn die Verbrennung bei niedriger Temperatur bei im ersten Betriebsbereich I befindlichem Motor ausgeführt wird, wird annähernd kein Ruß erzeugt, jedoch werden stattdessen die unverbrannten Kohlenwasserstoffe aus der Verbrennungskammer 5 in der Form eines Russvorläufers oder eines Zustandes vor diesem abgegeben. Zu diesem Zeitpunkt können, wenn der Katalysator 19 mit der Oxydationsfunktion betätigt wird, die von der Verbrennungskammer 5 abgegebenen unverbrannten Kohlenwasserstoffe durch den Katalysator 19 gut oxydiert werden. Wenn der Katalysator 19 zu diesem Zeitpunkt nicht betätigt wird, können jedoch die unverbrannten Kohlenwasserstoffe nicht durch den Katalysator 19 oxydiert werden, und daher wird eine große Menge an unverbranntem Kohlenwasserstoffen in die Umgebung abgegeben. Demgemäß wird bei der vorliegenden Erfindung selbst dann, wenn der Motorbetriebszustand der erste Betriebsbereich ist, bei dem die erste Verbrennung d. h. die Verbrennung bei niedriger Temperatur ausgeführt werden kann, wenn der Katalysator 19 nicht betätigt wird, die erste Verbrennung nicht ausgeführt werden, sondern die zweite Verbrennung d. h. die Verbrennung durch das herkömmliche Verbrennungsverfahren wird ausgeführt. Als Katalysator 19 kann ein Oxydationskatalysator, ein Drei-Wege-Katalysator oder ein NOx-Absorptionsmittel verwendet werden. Ein NOx-Absorptionsmittel hat die Funktion zum Absorbieren des NOx, wenn das durchschnittliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis in der Verbrennungskammer 5 mager ist, und zum Freigeben des NOx, wenn das durchschnittliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis in der Verbrennungskammer 5 fett wird.
Das NOx-Absorptionsmittel besteht beispielsweise aus Aluminiumoxid als ein Träger und auf dem Träger beispielsweise zumindest entweder Kalium K, Natrium Na, Lithium Li, Cäsium Cs oder andere alkalische Metalle, Barium Ba, Calcium Ca und andere Alkalierdmetalle, Lanthan La, Yttrium Y und andere Seltenerdmetalle plus Platin Pt oder ein anderes Edelmetall getragen wird.
Natürlich haben der Oxidationskatalysator und außerdem der Drei-Wege-Katalysator und das NOx-Absorptionsmittel eine Oxydationsfunktion, wobei daher der Drei-Wege-Katalysator und das NOx-Absorptionsmittel als der vorstehend erläuterte Katalysator 19 verwendet werden können.
Der Katalysator 19 wird betätigt, wenn die Temperatur des Katalysators 19 eine bestimmte vorbestimmte Temperatur überschreitet. Die Temperatur, bei der der Katalysator 19 betätigt wird, unterscheidet sich in Abhängigkeit von der Art des Katalysators 19. Die Betätigungstemperatur oder Aktivierungstemperatur eines typischen Oxydationskatalysators beträgt ungefähr 350°C. Die Temperatur des durch den Katalysator 19 tretenden Gases ist geringer als die Temperatur des Katalysators 19 um exakt eine geringfügige vorbestimmte Temperatur, wobei daher die Temperatur des durch den Katalysator 19 tretenden Abgases die Temperatur des Katalysators 19 repräsentiert. Demgemäß wird bei dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beurteilt, ob der Katalysator 19 von der Temperatur des durch den Katalysator 19 tretenden Abgases aktiviert wird.
9 zeigt das Abgabesignal des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 21. Wie dies in 9 gezeigt ist, ändert sich die abgegebene Stromstärke I des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 21 in Übereinstimmung mit dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F. Daher ist es möglich, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis aus der abgegebenen Stromstärke I des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 21 zu bestimmen.
Nachstehend ist eine allgemeine Erläuterung über die Steuerung des Betriebs in dem ersten Betriebsbereich I und in dem zweiten Betriebsbereich II unter Bezugnahme auf 10 als ein Beispiel eines Falles, bei dem der Katalysator 19 aktiviert wird bzw. betätigt wird, dargelegt.
10 zeigt den Öffnungsgrad des Drosselventils 16, den Öffnungsgrad des EGR-Steuerventils 22, die EGR-Rate, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis, die Einspritzzeit und die Einspritzmenge in Bezug auf die erforderliche Last L. Wie dies in 10 gezeigt ist, wird bei dem ersten Betriebsbereich I mit der niedrigen erforderlichen Last L der Öffnungsgrad des Drosselventils 16 aus dem gänzlich geschlossenen Zustand zu dem halbgeöffneten Zustand allmählich erhöht, wenn die erforderliche Last L größer wird, während der Öffnungsgrad des EGR-Steuerventils 23 aus dem gänzlich geschlossenen Zustand zu dem gänzlich geöffneten Zustand allmählich zunimmt, wenn die erforderliche Last L höher wird. Des Weiteren wird bei dem in 10 gezeigten Beispiel bei dem ersten Betriebsbereich I die EGR-Rate zu ungefähr 70 Prozent gestaltet und das Luft-Kraftstoff-Verhältnis wird zu einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis von 15 bis 18 gestaltet.
Anders ausgedrückt werden bei dem ersten Betriebsbereich der Öffnungsgrad des Drosselventils 16 und der Öffnungsgrad des EGR-Steuerventils 23 so gesteuert, dass die EGR-Rate zu ungefähr 70 Prozent wird und das Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis von 15 bis 18 wird. Es ist zu beachten, dass zu diesem Zeitpunkt das Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu dem Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis gesteuert wird, indem der Öffnungsgrad des EGR-Steuerventils 23 auf der Grundlage des abgegebenen Signals des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 21 korrigiert wird. Des Weiteren wird bei dem ersten Betriebsbereich I der Kraftstoff vor dem oberen Todpunktverbrennungshub TDC eingespritzt. In diesem Fall eilt die Einspritzstartzeit θS umso mehr nach, je höher die erforderliche Last L ist. Die Einspritzendzeit θE eilt auch umso mehr nach, je mehr die Einspritzstartzeit θS nacheilt.
Es ist zu beachten, dass während des Leerlaufbetriebs das Drosselventil 16 dazu gebracht wird, dass es schließt, um es zu dem vollständig geschlossenen Zustand zu schließen. Zu diesem Zeitpunkt wird das EGR-Steuerventil 23 ebenfalls dazu gebracht, dass es schließt, um es zu dem vollständig geschlossenen Zustand zu schließen. Wenn das Drosselventil 16 schließt, um den vollständig geschlossenen Zustand zu erreichen, wird der Druck in der Verbrennungskammer 5 zu Beginn der Kompression gering, so dass der Kompressionsdruck gering wird. Wenn der Kompressionsdruck gering wird, wird der Betrag der Kompressionsarbeit durch den Kolben 4 gering, so dass die Schwingung des Motorkörpers 1 geringer wird. D. h. während des Leerlaufbetriebs kann das Drosselventil 16 geschlossen werden, um den vollständig geschlossenen Zustand zu erreichen, um die Schwingung bei dem Motorkörper 1 zu unterdrücken.
Wenn der Motor im ersten Betriebsbereich I im Betrieb ist, wird annähernd kein Ruß oder NOx erzeugt und Kohlenwasserstoffe in der Form eines Russvorläufers oder eines gegenüber diesem vorherigen Zustand, die in dem Abgas enthalten sind, können durch den Katalysator 19 oxydiert werden.
Wenn andererseits der Motorbetriebszustand sich von dem ersten Betriebszustand I zu dem zweiten Betriebszustand II ändert, wird der Öffnungsgrad des Drosselventils 16 in einer schrittartigen Weise von dem halb geöffneten Zustand zu dem gänzlich geöffneten Zustand erhöht. Zu diesem Zeitpunkt wird bei dem in 10 gezeigten Beispiel die EGR-Rate in einer schrittartigen Weise von ungefähr 70 Prozent auf weniger als 40 Prozent verringert, und das Luft-Kraftstoff-Verhältnis wird in einer schrittartigen Weise erhöht. D. h. da die EGR-Rate über den Bereich der EGR-Rate (siehe 2) springt, bei der eine große Menge an Rauch erzeugt wird, gibt es nicht länger eine große Menge an erzeugtem Rauch, wenn der Motorbetriebszustand sich von dem ersten Betriebszustand I zu dem zweiten Betriebszustand II ändert.
Bei dem zweiten Betriebszustand II wird die herkömmlich ausgeführte Verbrennung ausgeführt. Bei diesem Verbrennungsverfahren werden etwas Ruß und NOx erzeugt, jedoch ist die Wärmeeffizienz höher als bei der Verbrennung mit der niedrigen Temperatur, so dass, wenn sich der Motorbetriebszustand von dem ersten Betriebsbereich I zu dem zweiten Betriebsbereich II ändert, die Einspritzmenge in einer schrittartigen Weise verringert wird, wie dies in 10 gezeigt ist.
Bei dem zweiten Betriebsbereich II wird das Drosselventil 16 im gänzlich geöffneten Zustand mit Ausnahme von Abschnitten gehalten, und der Öffnungsgrad des EGR-Steuerventils 23 wird allmählich kleiner gestaltet, je größer dann die erforderliche Last L wird. Daher wird in dem Betriebsbereich II die EGR-Rate niedriger, je höher die erforderliche Last L ist, und das Luft-Kraftstoff-Verhältnis wird kleiner, je höher die dann erforderliche Last L ist. Selbst wenn die erforderliche Last L hoch wird, wird jedoch das Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis gestaltet. Des Weiteren wird bei dem zweiten Betriebsbereich II die Einspritzstartzeit ☐S nahe zu oberen Todpunkt des Verbrennungshub TDC gestaltet.
Der Bereich des ersten Betriebsbereichs I, bei dem eine Verbrennung mit niedriger Temperatur möglich ist, ändert sich gemäß der Temperatur des Gases in der Verbrennungskammer 5 zu Beginn der Kompression und der Temperatur der Oberfläche der Innenwand des Zylinders. D. h. wenn die erforderliche Last hoch wird und die Menge an aufgrund der Verbrennung erzeugter Wärme zunimmt, wird die Temperatur des Kraftstoffes und des diesen umgebenden Gases zum Zeitpunkt der Verbrennung hoch, und daher kann eine Verbrennung bei niedriger Temperatur nicht länger ausgeführt werden. Wenn andererseits die Temperatur des Gases TG in der Verbrennungskammer 5 zu Beginn der Kompression niedrig wird, wird die Temperatur des Gases in der Verbrennungskammer 5 direkt vor Beginn der Verbrennung niedriger, so dass die Temperatur des Kraftstoffes und des diesen umgebenden Gases zum Zeitpunkt der Verbrennung niedrig wird. Wenn demgemäß die Temperatur des Gases TG in der Verbrennungskammer 5 zu dem Beginn der Verbrennung selbst dann niedrig wird, wenn die Menge an durch die Verbrennung erzeugte Wärme zunimmt d. h. wenn die erforderliche Last hoch wird, wird die Temperatur des Kraftstoffes und des ihn umgebenden Gases zum Zeitpunkt der Verbrennung nicht hoch, und daher wird eine Verbrennung bei niedriger Temperatur ausgeführt. Anders ausgedrückt, je niedriger die Temperatur des Gases TG in der Verbrennungskammer 5 zu Beginn der Kompression ist, desto stärker dehnt sich der erste Betriebsbereich I, bei dem die Verbrennung bei niedriger Temperatur ausgeführt werden kann, zu der Seite der hohen Last aus.
Des Weiteren ist es so, dass je kleiner die Temperaturdifferenz (TW-TG) zwischen der Temperatur TW der Zylinderinnenwand und der Temperatur des Gases TG in der Verbrennungskammer 5 zu Beginn der Kompression ist, desto größer ist die Wärmemenge, die durch die Zylinderinnenwand während des Kompressionshubs entweicht. Daher ist es so, dass, je geringer diese Temperaturdifferenz (TW-TG) ist, desto geringer ist der Temperaturanstiegsbetrag des Gases in der Verbrennungskammer 5 während des Kompressionshubs und daher ist die Temperatur des Kraftstoffes und des ihn umgebenden Gases zu dem Zeitpunkt der Verbrennung umso geringer.
Demgemäß ist es so, dass je kleiner die Temperaturdifferenz (TW-TG) ist, desto stärker dehnt sich der erste Betriebsbereich I, bei dem die Verbrennung bei niedriger Temperatur ausgeführt werden kann, zu der Seite mit der hohen Last aus.
Wenn bei diesem Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung die Temperatur des Gases TG in der Verbrennungskammer 5 niedrig wird, wie dies in 11 gezeigt ist, wird die erste Grenze dazu gebracht, dass sie sich von X₀(N) zu X(N) verschiebt. Wenn die Temperaturdifferenz (TW-TG) gering wird, wie dies in 11 gezeigt ist, wird die erste Grenze dazu gebracht, dass sie sich von X₀(N) zu X(N) verschiebt. Es ist hierbei zu beachten, dass X₀(N) die erste Referenzgrenze zeigt. Die erste Referenzgrenze X₀(N) ist eine Funktion der Motordrehzahl N. X(N) wird unter Verwendung von diesem X₀(N) auf der Grundlage der folgenden Gleichung berechnet: X(N) = X0(N) + K(T) * K(N) K(T) = K(T)1 + K(T)2
Hierbei ist K(T)₁ gemäß der Darstellung von 12A eine Funktion der Temperatur des Gases TG in der Verbrennungskammer 5 zu Beginn der Kompression. Der Wert von K(T)₁ wird größer, je geringer die Temperatur des Gases TG in der Verbrennungskammer 5 zu Beginn der Kompression ist. Des Weiteren ist K(T)₂ eine Funktion der Temperaturdifferenz (TW-TG) gemäß der Darstellung von 12B. Der Wert K(T)₂ wird größer, je geringer die Temperaturdifferenz (TW-TG) ist. Es ist zu beachten, dass in den 12A und 12B mit T₁ die Referenztemperatur gezeigt ist und mit T₂ die Referenztemperatur Differenz gezeigt ist. Wenn TG = T₁ und (TW-TG) = T₂ der Fall ist, wird die erste Grenze zu X₀(N) von 11.
Andererseits ist K(N) eine Funktion der Motordrehzahl N, wie dies in 12C gezeigt ist. Der Wert von K(N) wird kleiner, je größer die Motordrehzahl N wird. D.h, wenn die Temperatur des Gases TG in der Verbrennungskammer 5 zu Beginn der Kompression geringer als die Referenztemperatur T1 wird, ist es so, dass je geringer die Temperatur des Gases TG in der Verbrennungskammer 5 zu Beginn der Kompression wird, desto stärker verschiebt sich die erste Grenze X(N) zu der Hochlastseite in Bezug auf X₀(N). Wenn die Temperaturdifferenz (TW-TG) kleiner als die Referenztemperaturdifferenz T₂ wird, wird die Temperaturdifferenz (TW-TG) kleiner, je stärker sich die erste Grenze X(N) zu der Hochleistzeit in Bezug auf X₀(N) verschiebt. Des Weiteren wird der Verschiebungsbetrag von X(N) in Bezug auf X₀(N) kleiner, je größer die Motordrehzahl N wird.
13A zeigt das Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F bei dem ersten Betriebsbereich I, wenn die erste Grenze die erste Referenzgrenze X₀(N) ist. In 13A zeigen die durch A/F = 15, A/F = 16 und A/F = 17 jeweils gezeigten Kurven die Fälle, bei denen das Luft-Kraftstoff-Verhältnis 15, 16, bzw. 17 beträgt. Die Luft-Kraftstoff-Verhältnisse zwischen den Kurven werden durch Proportionalverteilung bestimmt. Wie dies in 13A gezeigt ist, wird in dem ersten Betriebsbereich das Luft-Kraftstoff-Verhältnis mager. Des Weiteren ist in dem ersten Betriebsbereich I das Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F magerer gestaltet, je niedriger die erforderliche Last L ist.
D. h. je geringer die erforderliche Last L ist, desto kleiner ist die durch die Verbrennung erzeugte Wärmemenge. Demgemäß kann, je geringer die erforderliche Last L ist, eine Verbrennung mit niedrigerer Temperatur selbst dann ausgeführt werden, wenn die EGR-Rate geringer ist. Wenn die EGR-Rate geringer ist, wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis größer. Daher wird, wie dies in 13A gezeigt ist, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F größer gestaltet, wenn die erforderliche Last L niedriger wird. Je größer das Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F wird, desto besser ist die Kraftstoffeffizienz. Daher wird, um das Luft-Kraftstoff-Verhältnis so mager wie möglich zu gestalten, bei dem Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung das Luft- Kraftstoff-Verhältnis A/F größer gestaltet, je niedriger die erforderliche Last L wird.
13B zeigt das Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F in dem ersten Betriebsbereich I, wenn die erste Grenze X(N) gemäß 11 ist. Wenn sich bei einem Vergleich der 13A und 13B die erste Grenze X(N) zu der Hochlastzeit in Bezug auf X₀(N) verschiebt, verschieben sich die Kurven von A/F = 15, A/F = 16 und A/F = 17, die Luft-Kraftstoff-Verhältnisse anzeigen, ebenfalls zu der Hochlastseite, wobei sie ihr folgen. Daher wird erkannt, dass, wenn die erste Grenze X(N) sich zu der Hochlastseite in Bezug auf X₀(N) verschiebt, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F bei der gleichen erforderlichen Last L und dergleichen Motordrehzahl N größer wird. D. h. wenn der erste Betriebsbereich I dazu gebracht wird, dass er sich zu der Hochlastseite ausdehnt, wird nicht nur der Betriebsbereich, bei dem fast kein Ruß und NOx erzeugt werden, ausgedehnt, sondern es wird auch der Kraftstoffverbrauch verbessert.
Bei diesem Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung werden die Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnisse bei dem ersten Betriebsbereich II für die verschiedenen unterschiedlichen ersten Grenzen X(N) d. h. die Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnisse bei dem ersten Betriebsbereich I für die verschiedenen Werte von K(T) zuvor in dem ROM 32 in der Form einer Tabelle als eine Funktion der erforderlichen Last und der Motordrehzahl N gemäß den 14A bis 14D gespeichert. D. h. 14A zeigt das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFKT1, wenn der Wert von K(T) dann KT1 ist, 14B zeigt das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFKT2, wenn der Wert von K(T) dann KT2 ist, 14C zeigt das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFKT3, wenn der Wert von K(T) dann KT3 ist und 14D zeigt das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFKT4, wenn der Wert von K(T) dann KT4 ist.
Andererseits werden die Zielöffnungsgrade des Drosselventils 16, die erforderlich sind, um das Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu den Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnissen AFKT1, AFKT2, AFKT3 und AFKT4 zu gestalten, zuvor in dem ROM 32 in der Form einer Tabelle als eine Funktion der erforderlichen Last L und der Motordrehzahl N gespeichert, wie dies in den 15A bis 15D gezeigt ist. Des Weiteren werden die Zielbasisöffnungsgrade des EGR-Steuerventils 23, die erforderlich sind, um das Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu dem Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFKT1, AFKT2, AFKT3 und AFKT4 zu gestalten, zuvor in dem ROM 32 in der Form einer Tabelle als eine Funktion der erforderlichen Last L und der Motordrehzahl N gespeichert, wie dies in den 16A bis 16D gezeigt ist.
D. h. 15A zeigt den Zielöffnungsgrad ST15 des Drosselventils 16, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis 15 beträgt, während 16A den Zielbasisöffnungsgrad SE15 des EGR-Steuerventils 23 zeigt, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis 15 beträgt.
Des Weiteren zeigt 15B den Zielöffnungsgrad ST16 des Drosselventils 16, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis 16 beträgt, während 16B den Zielbasisöffnungsgrad SE16 des EGR-Steuerventils 23 zeigt, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis 16 beträgt.
Des Weiteren zeigt 15C den Zielöffnungsgrad ST17 des Drosselventils 16, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis 17 beträgt, während 16C den Zielbasisöffnungsgrad SE17 des EGR-Steuerventils 23 zeigt, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis 17 beträgt.
Des Weiteren zeigt 15D den Zielöffnungsgrad ST18 des Drosselventils 16, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis 18 beträgt, während 16D den Zielbasisöffnungsgrad SE des EGR-Steuerventils 23 zeigt, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis 18 beträgt.
17 zeigt das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis zum Zeitpunkt der zweiten Verbrennung d. h. der normalen Verbrennung durch das herkömmliche Verbrennungsverfahren. Es ist zu beachten, dass in 17 die durch A/F = 24, A/F = 35, A/F = 45 und A/F = 60 jeweils angezeigten Kurven die Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnisse 24, 35, 45 bzw. 60 zeigen. Die Zielöffnungsgerade ST des Drosselventils 16, die erforderlich sind, um das Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu diesen Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnissen zu gestalten, werden zuvor in dem ROM 32 in der Form einer Tabelle als eine Funktion der erforderlichen Last L und der Motordrehzahl N gespeichert, wie dies in 18A gezeigt ist. Die Zielöffnungsgrade SE des EGR-Steuerventils 23, die erforderlich sind, um das Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu diesen Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnissen zu gestalten, werden zuvor dem ROM 32 in der Form einer Tabelle als eine Funktion der erforderlichen Last L und der Motordrehzahl N gespeichert, wie dies in 18B gezeigt ist.
Wenn der Motor in dem zweiten Betriebsbereich II betrieben wird, wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu dem in 17 gezeigten Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis gestaltet. Des Weiteren wird selbst dann, wenn der Motor in dem ersten Betriebsbereich I betrieben wird, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu dem in 17 gezeigten Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis gestaltet, wenn die zweite Verbrennung auszuführen ist.
Wie dies vorstehend erläutert ist, wird beim Betreiben des Motors in dem ersten Betriebsbereich I und bei aktiviertem Katalysator 19 die erste Verbrennung d. h. die Verbrennung bei niedriger Temperatur ausgeführt. Mitunter ist jedoch selbst dann, wenn der Motor in dem ersten Betriebsbereich I betrieben wird und der Katalysator 19 aktiviert ist, eine günstige Verbrennung bei niedriger Temperatur aus dem einen oder anderen Grund nicht möglich. Daher werden bei dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, wenn der Katalysator 19 aktiviert ist und wenn der Motor in dem ersten Betriebsbereich betrieben wird, der Öffnungsgrad des Drosselventils 16 und der Öffnungsgrad des EGR-Steuerventils 23 für die Verbrennung mit der niedrigen Temperatur jeweils zu dem in den 15A bis 15D gezeigten Zielöffnungsgrad ST bzw. zu dem in den 16A bis 16D gezeigten Zielbasisöffnungsgrad SE gestaltet. Wenn eine günstige Verbrennung mit niedriger Temperatur zu diesem Zeitpunkt nicht möglich ist, wird zu der zweiten Verbrennung geschaltet.
Bei dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird auf der Grundlage des durch den Verbrennungsdrucksensor 46 erfassten Druckes in der Verbrennungskammer 5 beurteilt, ob eine günstige Verbrennung bei niedriger Temperatur ausgeführt wird oder nicht. D. h. wenn eine günstige Verbrennung bei niedriger Temperatur ausgeführt wird, wie dies in 19 gezeigt ist, ändert sich der Verbrennungsdruck sanft. Genauer gesagt erreicht der Verbrennungsdruck einmal bei dem oberen Totpunkt TDC, wie dies durch P₀ gezeigt ist, einen Spitzenwert und erreicht dann nach dem oberen Totpunkt TDC, wie dies durch P₁ gezeigt ist, erneut einen Spitzenwert. Der Spitzendruck P₁ ergibt sich aufgrund des Verbrennungsdrucks. Wenn eine günstige Verbrennung bei niedriger Temperatur ausgeführt wird, wird der Betrag des Ansteigens bei dem Spitzendruck P₁ in Bezug auf den Spitzenddruck P₀ d. h. der Differenzdruck ΔP (P₁ – P₀) zwischen dem Spitzendruck P₀ und dem Spitzendruck P1 relativ klein.
Wenn im Gegensatz dazu beispielsweise ein Bereich mit hoher Dichte an Kraftstoffpartikeln sich örtlich ausbildet und als ein Ergebnis der Betrag des Ansteigens des Drucks nach der Zündung größer wird, wird die Verbrennungstemperatur höher. Zu diesem Zeitpunkt wird eine Verbrennung mit niedriger Temperatur nicht länger ausgeführt, und daher wird eine große Menge an Ruß erzeugt. Daher wird bei dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, wenn der Differenzdruck ΔP (= P₁ – P₀) einen vorbestimmten oberen Grenzwert α überschreitet, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis kleiner gestaltet oder die Einspritzzeit wird so zum Nacheilen gebracht, dass der Differenzdruck ΔP kleiner wird. Wenn der Differenzdruck ΔP auch so nicht kleiner als der eingestellte Wert α wird, wird die Verbrennung mit niedrigen Temperaturen d. h. die erste Verbrennung zu der zweiten Verbrennung geschaltet. Es ist zu beachten, dass, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis kleiner gestaltet wird, der Druckanstieg abfällt und die Verbrennungstemperatur niedriger wird, da die Konzentration an Sauerstoff um die Kraftstoffpartikel herum niedriger wird.
Wie dies in 20A gezeigt ist, wird der obere Grenzwert α umso kleiner, je größer die erforderliche Last L ist. Wie dies in 20B gezeigt ist, wird der obere Grenzwert α umso kleiner, je höher die Motordrehzahl N ist. Dieser obere Grenzwert α wird, wie dies in 20C gezeigt ist, als eine Funktion der erforderlich Last L und der Motordrehzahl N in Form einer Tabelle zuvor in dem ROM 32 gespeichert.
Des Weiteren wird, wenn eine günstige Verbrennung mit niedriger Temperatur nicht ausgeführt wird und eine fehlerhafte Verbrennung sich ergibt, der Spitzendruck P₁ niedriger als der Spitzendruck P₀. Daher wird bei dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, wenn der Differenzdruck ΔP (= P₁-P₀) zu einem negativen Wert wird, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis größer gestaltet oder die Einspritzzeit wird zu einem Voreilen gebracht, um eine günstige Verbrennung bei niedriger Temperatur zu verwirklichen. Wenn der Differenzdruck ΔP auch so nicht größer als 0 wird, wird die Verbrennung bei niedriger Temperatur d. h. die erste Verbrennung zu der zweiten Verbrennung geschaltet.
Nachstehend ist das Verfahren zum Erfassen des Differenzdrucks ΔP unter Bezugnahme auf die 19 und 21 erläutert. 21 zeigt eine Kurbelwinkelunterbrechungsroutine. Zunächst wird bei dem Schritt 100 beurteilt, ob der gegenwärtige Kurbelwinkel CA1 beträgt (siehe 19) oder nicht. Wenn der Kurbelwinkel CA1 beträgt, geht die Routine zu dem Schritt 101 weiter, bei dem die abgegebene Spannung der Spitzenwerthalteschaltung 47 gelesen wird. Zu diesem Zeitpunkt zeigt die abgegebene Spannung der Spitzenwerthalteschaltung 47 den Spitzendruck P₀ an, wobei daher bei dem Schritt 101 der Spitzendruck P₀ gelesen wird. Danach wird bei dem Schritt 102 das Löschsignal zu dem Löscheingabeanschluss R der Spitzenwerthalteschaltung 47 eingegeben, wodurch die Spitzenwerthalteschaltung 47 gelöscht wird.
Danach wird bei dem Schritt 103 beurteilt, ob der gegenwärtige Kurbelwinkel CA2 beträgt (siehe 19) oder nicht. Wenn der Kurbelwinkel CA2 beträgt geht die Routine zu dem Schritt 104 weiter, bei dem die abgegebene Spannung der Spitzenwerthalteschaltung 47 gelesen wird. Zu diesem Zeitpunkt zeigt die abgegebene Spannung der Spitzenwerthalteschaltung 47 den Spitzendruck P₁ an, wobei daher bei dem Schritt 104 der Spitzendruck P₁ gelesen wird. Danach wird bei dem Schritt 105 das Löschsignal zu dem Löscheingabeanschluss R der Spitzenwerthalteschaltung 47 eingegeben, wodurch die Spitzenwerthalteschaltung 47 gelöscht wird. Danach wird bei dem Schritt 106 der Differenzdruck ΔP ( = P₁ – P₀) zwischen dem Spitzendruck P₀ und dem Spitzendruck P₁ berechnet.
22 zeigt die Routine für die Steuerung des Bereichs für die Verbrennung mit der niedrigen Temperatur d. h. des ersten Betriebsbereichs I.
Unter Bezugnahme auf 22 werden zunächst bei dem Schritt 200 die Temperatur des Gases TG innerhalb der Verbrennungskammer 5 zu Beginn der Kompression und die Temperatur TW der Zylinderinnenwand berechnet. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird die Temperatur des Mischgases aus der Saugluft und dem EGR-Gas, die durch den Temperatursensor 43 erfasst wird, zu der Temperatur des Gases TG in der Verbrennungskammer 5 zu Beginn der Kompression gestaltet, während die Temperatur des Motorkühlwassers, die durch den Temperaturerfasser 29 erfasst wird, zu der Temperatur TW der Zylinderinnenwand gestaltet wird. Anschließend wird bei dem Schritt 201 K(T)₁ aus der in 12A gezeigten Beziehung herausgefunden, wird K(T)₂ aus der 12B gezeigten Beziehung herausgefunden und werden diese Werte K(T)₁ und K(T)2 addiert, um K(T) zu berechnen: ( =K(T)₁ + K(T)₂).
Anschließend wird bei dem Schritt 202 aus der in 12C gezeigten Beziehung K(N) auf der Grundlage der Motordrehzahl N berechnet. Anschließend bei dem Schritt 203 der Wert der ersten Grenze X₀(N), der zuvor gespeichert worden ist, verwendet, um den Wert der ersten Grenze X(N) auf der Grundlage der folgenden Gleichung zu berechnen: X(N) = X0(N) + K(T) * K(N)
Anschließend wird bei dem Schritt 204 aus der in 8 gezeigten Beziehung ΔL(N) auf der Grundlage der Motordrehzahl N berechnet. Anschließend wird bei dem Schritt 205 von X(N) dieser ΔL(N) subtrahiert, um den Wert der zweiten Grenze Y(N) ( =X(N) – ΔL(N)) zu berechnen.
Nachstehend ist die Steuerung des Betriebs unter Bezugnahme auf die 23 bis 24 erläutert. Es ist zu beachten, dass bei diesem Ausführungsbeispiel, wenn die Verbrennung bei niedriger Temperatur auszuführen ist und die Druckdifferenz ΔP( =P₁ – P₀) den oberen Grenzwert α überschreitet, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis kleiner gestaltet wird. Wenn die Druckdifferenz ΔP zu einem negativen Wert wird, wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis größer gestaltet. D. h. die Druckdifferenz ΔP wird bei einem vorbestimmten Bereich gehalten, wenn sie größer als 0 ist und kleiner als der obere Grenzwert α ist. Des Weiteren wird, wenn die Druckdifferenz ΔP nicht niedriger als der obere Grenzwert α wird, selbst wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis klein gestaltet ist, zu der zweiten Verbrennung geschaltet. Des Weiteren wird, wenn die Druckdifferenz ΔP nicht größer als 0 selbst dann wird, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis groß gestaltet ist, zu der zweiten Verbrennung geschaltet.
Unter Bezugnahme auf die 23 und 24 wird zunächst bei dem Schritt 300 auf der Grundlage des Abgabesignals des Temperatursensors 45 beurteilt, ob die Temperatur Tc des durch den Katalysator 19 tretenden Abgases höher als eine vorbestimmte Temperatur TO ist, d. h. ob der Katalysator 19 aktiviert worden ist oder nicht. Wenn Tc ≤ T₀ der Fall ist d. h. wenn der Katalysator 19 nicht aktiviert worden ist, geht die Routine zu dem Schritt 311 weiter, bei dem die zweite Verbrennung d. h. die Verbrennung durch das herkömmliche Verbrennungsverfahren ausgeführt wird.
D. h. bei dem Schritt 311 wird der Zielöffnungsgrad ST des Drosselventils 16 aus der in 18A gezeigten Tabelle berechnet, wobei dann bei Schritt 312 der Zielöffnungsgrad SE des EGR-Steuerventils 23 aus der in 18B gezeigten Tabelle berechnet wird. Danach wird bei dem Schritt 313 die Einspritzmenge Q berechnet, wobei danach bei dem Schritt 314 die Einspritzstartzeit θS berechnet wird.
Wenn bei dem Schritt 300 beurteilt worden ist, dass Tc > T₀ ist, d. h. wenn der Katalysator 19 aktiviert worden ist, geht die Routine zu dem Schritt 301 weiter, bei dem beurteilt wird, ob eine Marke I gesetzt ist oder nicht, die anzeigt, dass der Motorbetriebsbereich der erste Betriebsbereich I ist. Wenn die Marke I gesetzt ist d. h. wenn der Motorbetriebsbereich der erste Betriebsbereich I ist, geht die Routine zu dem Schritt 302 weiter, bei dem beurteilt wird, ob die erforderliche Last L größer als die erste Grenze X(N) ist oder nicht. Wenn L ≤ X(N) der Fall ist, geht die Routine zu dem Schritt 303 weiter.
Bei dem Schritt 303 wird beurteilt, ob eine Verhinderungsmarke, die anzeigt, dass die erste Verbrennung d. h. die Verbrennung bei niedriger Temperatur verhindert werden soll, gesetzt worden ist oder nicht. Wenn die Verhinderungsmarke nicht gesetzt worden ist, d. h. wenn die Verbrennung bei niedriger Temperatur auszuführen ist, geht die Routine zu dem Schritt 304 weiter, bei dem der Öffnungsgrad des Drosselventils 16 und der Öffnungsgrad des EGR-Steuerventils 23 für die Verbrennung bei niedriger Temperatur gesteuert werden.
D. h. bei dem Schritt 304 werden die beiden Tabellen entsprechend K(T) von den in den 14A bis 14D gezeigten Tabellen verwendet, um das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis AF durch proportionale Verteilung zu berechnen. Danach werden bei dem Schritt 305 die beiden Tabellen entsprechend dem Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis AF von den in den 15A bis 15D gezeigten Tabellen verwendet, um den Zielöffnungsgrad ST des Drosselventils 16 durch proportionale Verteilung zu berechnen. Der Öffnungsgrad des Drosselventils 16 wird auf den Zielöffnungsgrad ST gesteuert. Danach werden bei dem Schritt 306 die beiden Tabellen entsprechend dem Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis AF von den in den 16A bis 16D gezeigten Tabellen verwendet, um den Zielbasisöffnungsgrad SE des EGR-Steuerventils 23 durch proportionale Verteilung zu berechnen. Anschließend wird bei dem Schritt 307 die Einspritzmenge Q berechnet, wobei dann bei dem Schritt 316 die Einspritzstartzeit θS berechnet wird. Anschließend geht die Routine zu dem Schritt 317 weiter.
Bei dem Schritt 317 wird beurteilt, ob die Druckdifferenz ΔP ( = P₁ – P₀) größer als 0 ist oder nicht. Wenn ΔP ≥ 0 der Fall ist, geht die Routine zu dem Schritt 323, bei dem der obere Grenzwert α aus der in 20C gezeigten Tabelle berechnet wird. Anschließend wird bei dem Schritt 324 beurteilt, ob die Druckdifferenz ΔP kleiner als der obere Grenzwert α ist oder nicht. Wenn ΔP < α der Fall ist, springt die Routine zu dem Schritt 329. D. h. wenn 0 ≤ ΔP < α der Fall ist, springt die Routine zu dem Schritt 329.
Bei dem Schritt 329 wird beurteilt, ob dass durch den Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 21 erfasste tatsächliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F größer als das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F ist oder nicht. Wenn A/F > AF ist, geht die Routine zu dem Schritt 330 weiter, bei dem ein vorbestimmter Wert β zu dem Korrekturwert ΔSE für den Öffnungsgrad des EGR-Steuerventils 23 hinzuaddiert wird, wobei daraufhin die Routine zu dem Schritt 332 weitergeht. Wenn im Gegensatz dazu A/F ≤ AF der Fall ist, geht die Routine zu dem Schritt 331 weiter, bei dem der vorbestimmte Wert β von dem Korrekturwert ΔSE subtrahiert wird, woraufhin die Routine zu dem Schritt 332 weitergeht. Bei dem Schritt 332 wird der Korrekturwert ΔSE zu dem Zielbasisöffnungsgrad SE des EGR-Steuerventils 23 hinzuaddiert, um den Zielöffnungsgrad SEO des EGR-Steuerventils 23 zu berechnen. Der Öffnungsgrad des EGR-Steuerventils 23 wird auf diesen Zielöffnungsgrad SEO gesteuert. D. h. bei diesem Ausführungsbeispiel wird der Öffnungsgrad des EGR-Steuerventils 23 gesteuert, um das tatsächliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis AF zu steuern. Natürlich ist es in diesem Fall ebenfalls möglich, den Öffnungsgrad des Drosselventils 16 zu steuern, um das tatsächliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis AF zu steuern.
Wenn der Öffnungsgrad des Drosselventils 16 und der Öffnungsgrad des EGR-Steuerventils 23 für die Verbrennung bei niedriger Temperatur in dieser Weise gesteuert werden, wird, wenn die Druckdifferenz ΔP innerhalb des vorbestimmten Bereiches (0 ≤ ΔP < α) ist d. h. wenn eine günstige Verbrennung bei niedriger Temperatur ausgeführt wird, die Verbrennung bei niedriger Temperatur unverändert fortgesetzt. Zu diesem Zeitpunkt wird das tatsächliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis AF gesteuert.
Wenn andererseits bei dem Schritt 302 beurteilt wird, das L > X(N) der Fall ist, geht die Routine zu dem Schritt 308 weiter, bei dem die Marke I gelöscht wird, wobei daraufhin die Verhinderungsmarke bei dem Schritt 309 gelöscht wird. Danach geht die Routine zu dem Schritt 311 weiter, bei dem die zweite Verbrennung d. h. die herkömmlich ausgeführte normale Verbrennung ausgeführt wird.
Wenn andererseits bei dem Schritt 301 beurteilt wird, dass die Marke I gelöscht worden ist d. h. wenn der Motor in dem zweiten Betriebsbereich II betrieben wird, geht die Routine zu dem Schritt 310 weiter, bei dem beurteilt wird, ob die erforderliche Last L kleiner als die zweite Grenze Y(N) geworden ist oder nicht. Wenn L ≥ Y(N) der Fall ist, geht die Routine zu dem Schritt 311 weiter. Wenn im Gegensatz dazu L < Y(N) der Fall ist, geht die Routine zu dem Schritt 315 weiter, bei dem die Marke I gesetzt wird. Anschließend geht die Routine zu dem Schritt 303 weiter, bei dem der Öffnungsgrad des Drosselventils 16 und der Öffnungsgrad des EGR-Steuerventils 23 für eine Verbrennung bei niedriger Temperatur gesteuert werden.
Wenn andererseits bei dem Schritt 324 beurteilt wird, dass ΔP α der Fall ist, geht die Routine zu dem Schritt 325 weiter, bei dem der vorbestimmte Wert d zu dem Korrekturwert ΔAF des Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses AF hinzuaddiert wird. Anschließend wird bei dem Schritt 326 der Korrekturwert ΔAF von dem Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis AF subtrahiert, wodurch das Luft-Kraftstoff-Verhältnis kleiner gestaltet wird. Anschließend wird bei dem Schritt 327 beurteilt, ob das Luft-Kraftstoff-Verhältnis AF kleiner als ein vorbestimmter Untergrenzwert AFmin, beispielsweise 15,0, geworden ist oder nicht. Wenn AF ≥ AFmin der Fall ist, springt die Routine zu dem Schritt 329. Wenn im Gegensatz dazu AF < AFmin der Fall ist, geht die Routine zu dem Schritt 328 weiter, bei dem das Luft-Kraftstoff-Verhältnis AF zu dem unteren Grenzwert AFmin gestaltet wird, wobei daraufhin die Routine zu dem Schritt 322 weitergeht, bei dem die Verhinderungsmarke gesetzt wird.
D. h. wenn der Öffnungsgrad des Drosselventils 16 und der Öffnungsgrad des EGR-Steuerventils 23 für die Verbrennung bei niedriger Temperatur gesteuert werden, wird, wenn die Druckdifferenz ΔP größer als der obere Grenzwert α wird, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis allmählich kleiner gestaltet. Wenn zu diesem Zeitpunkt ΔP kleiner als α wird, wird die Verbrennung bei niedriger Temperatur ausgeführt. Wenn im Gegensatz dazu ΔP ≥ α der Fall ist, wird die Verhinderungsmarke gesetzt, selbst wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis AF zu dem unteren Grenzwert AFmin kleiner wird. Wenn die Verhinderungsmarke gesetzt ist, geht die Routine von dem Schritt 303 zu dem Schritt 311 weiter, wobei dann zu der zweiten Verbrennung geschaltet wird.
Die Verhinderungsmarke wird gelöscht, wenn bei dem Schritt 302 beurteilt wird, dass L > X(N) der Fall ist d. h. wenn der Motor in dem zweiten Betriebsbereich II betrieben wird. Daher wird, wenn die Verhinderungsmarke bei in dem ersten Betriebsbereich I betriebenem Motor gesetzt ist, der Betrieb des Motors auf den zweiten Betriebsbereich II geändert, und die zweite Verbrennung wird fortgesetzt, bis erneut zu dem ersten Betriebsbereich geschaltet.
Wenn andererseits bei dem Schritt 317 beurteilt wird, dass die Druckdifferenz ΔP negativ geworden ist, geht die Routine zu dem Schritt 318 weiter, bei dem der vorbestimmte Wert d von dem Korrekturwert ΔAF subtrahiert wird. Anschließend wird bei dem Schritt 319 der Korrekturwert ΔAF von dem Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis AF subtrahiert, wobei zu diesem Zeitpunkt das Luft-Kraftstoff-Verhältnis AF größer wird. Anschließend wird bei dem Schritt 32q beurteilt, ob der Korrekturwert ΔAF größer als Null ist. Wenn ΔAF ≥ 0 der Fall ist springt die Routine zu dem Schritt 329. Wenn im Gegensatz dazu ΔAF < 0 der Fall ist, geht die Routine zu dem Schritt 321 weiter, bei dem das Luft-Kraftstoff-Verhältnis AF zu dem Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis gestaltet wird, dass aus den Tabellen von den 14A bis 14D herausgefunden wird. Anschließend geht die Routine zu dem Schritt 322 weiter, bei dem die Verhinderungsmarke gesetzt wird.
D. h. wenn die Druckdifferenz ΔP negativ wird, wird, wenn der Öffnungsgrad des Drosselventils 16 und der Öffnungsgrad des EGR-Steuerventils 23 für die Verbrennung bei niedriger Temperatur gesteuert werden, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis allmählich größer gestaltet. Wenn zu diesem Zeitpunkt ΔP gleich wie oder größer als 0 wird, wird die Verbrennung bei niedriger Temperatur fortgesetzt. Wenn im Gegensatz dazu ΔP < 0 der Fall ist, selbst wenn der Korrekturwert ΔAF negativ wird d. h. dass Luft-Kraftstoff-Verhältnis AF ist größer als das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis geworden, dass aus den Tabellen von den 14A bis 14D herausgefunden wird, wird die Verhinderungsmarke gesetzt und wird zu der zweiten Verbrennung geschaltet.
Nachstehend ist ein anderes Ausführungsbeispiel der Steuerung des Betriebs unter Bezugnahme auf die 25 bis 27 erläutert. Es ist zu beachten, dass bei diesem Ausführungsbeispiel, wenn die Verbrennung bei niedriger Temperatur auszuführen ist und die Druckdifferenz ΔP (=P₁ – P₀) den oberen Grenzwert α überschreitet, die Einspritzstartzeit θS zum Nacheilen gebracht wird, während in dem Fall, bei dem die Druckdifferenz ΔP zu einem negativen Wert wird, die Einspritzstartzeit θS zu einem Voreilen gebracht wird. D. h. die Druckdifferenz ΔP wird in einem vorbestimmten Bereich gehalten, bei dem die Größe als 0 und kleiner als obere Grenzwert α ist. Des Weiteren wird, wenn die Druckdifferenz ΔP nicht niedriger als der obere Grenzwert α selbst dann wird, wenn die Einspritzstartzeit θS zu einem Nacheilen gebracht wird, zu der zweiten Verbrennung geschaltet. Des Weiteren wird, wenn die Druckdifferenz ΔP nicht größer als 0 selbst dann wird, wenn die Einspritzstartzeit θS zu einem Voreilen gebracht wird, zu der zweiten Verbrennung geschaltet.
Unter Bezugnahme auf 25 und 26 wird zunächst bei dem Schritt 400 auf der Grundlage des Ausgabesignals des Temperatursensors 45 beurteilt, ob die Temperatur TC des durch den Katalysator 19 tretenden Abgases höher als eine vorbestimmte Temperatur T₀ ist, d. h. ob der Katalysator 19 aktiviert worden ist oder nicht. Wenn Tc ≤ T₀ der Fall ist d. h. wenn der Katalysator 19 nicht aktiviert worden ist, geht die Routine zu dem Schritt 411 weiter, bei dem die zweite Verbrennung d. h. die Verbrennung durch das herkömmliche Verbrennungsverfahren ausgeführt wird.
D. h. bei dem Schritt 411 wird der Zielöffnungsgrad ST des Drosselventils 16 aus der in 18A gezeigten Tabelle berechnet, wobei dann bei dem Schritt 412 der Zielöffnungsgrad SE des EGR-Steuerventils 23 aus der in 18B gezeigten Tabelle berechnet wird. Anschließend wird bei dem Schritt 413 die Einspritzmenge Q berechnet, wobei dann bei dem Schritt 414 die Einspritzstartzeit θS berechnet wird.
Wenn bei dem Schritt 400 beurteilt worden ist, dass Tc > T₀ der Fall ist d. h. wenn der Katalysator 19 aktiviert ist, geht die Routine zu dem Schritt 401 weiter, bei dem beurteilt wird, ob eine Marke I, die anzeigt, dass der Motorbetriebsbereich der erste Betriebsbereich I ist, gesetzt ist oder nicht. Wenn die Marke I gesetzt ist d. h. wenn der Motorbetriebsbereich der erste Betriebsbereich I ist, geht die Routine zu dem Schritt 402 weiter, bei dem beurteilt wird, ob die erforderliche Last L größer als die erste Grenze X(N) geworden ist oder nicht. Wenn L ≤ X(N) der Fall ist, geht die Routine zu dem Schritt 403 weiter.
Bei dem Schritt 403 wird beurteilt, ob eine Verhinderungsmarke, die anzeigt, dass die erste Verbrennung d. h. die Verbrennung bei niedriger Temperatur verhindert werden soll, gesetzt worden ist oder nicht. Wenn die Verhinderungsmarke nicht gesetzt worden ist d. h. wenn die Verbrennung bei niedriger Temperatur ausgeführt wird, geht die Routine zu dem Schritt 404 weiter, bei dem der Öffnungsgrad des Drosselventils 16 und der Öffnungsgrad des EGR-Steuerventils 23 für die Verbrennung bei niedriger Temperatur gesteuert werden.
D. h. bei dem Schritt 404 werden die beiden Tabellen entsprechend K(T) von den in den 14A bis 14D gezeigten Tabellen verwendet, um das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis AF durch Proportionalverteilung zu berechnen. Anschließend werden bei dem Schritt 405 die beiden Tabellen entsprechend dem Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis AF von den in den 15A bis 15D gezeigten Tabellen verwendet, um den Zielöffnungsgrad ST des Drosselventils 16 durch Proportionalverteilung zu berechnen. Der Öffnungsgrad des Drosselventils 16 wird auf dem Zielöffnungsgrad ST gesteuert. Anschließend werden bei dem Schritt 406 die beiden Tabellen entsprechend dem Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis AF von den in den 16A bis 16D gezeigten Tabellen verwendet, um den Zielbasisöffnungsgrad SE des EGR-Steuerventils 23 durch Proportionalverteilung zu berechnen. Anschließend wird bei dem Schritt 407 die Einspritzmenge Q berechnet, wobei dann bei dem Schritt 416 die Einspritzstartzeit θS berechnet wird. Diese Zieleinspritzstartzeit θS wird, wie dies bei 27A gezeigt ist, als eine Funktion der erforderlichen Last L und der Motordrehzahl N in der Form einer Tabelle zuvor in dem ROM 32 gespeichert. Anschließend geht die Routine zu dem Schritt 417 weiter.
Bei dem Schritt 417 wird beurteilt, ob die Druckdifferenz ΔP (= P₁ – P₀) größer als 0 ist oder nicht. Wenn ΔP ≥ 0 der Fall ist, geht die Routine zu dem Schritt 423, bei dem der untere Grenzwert α aus der 20C gezeigten Tabelle berechnet wird. Anschließend wird bei dem Schritt 424 beurteilt, ob die Druckdifferenz ΔP kleiner als der obere Grenzwert α ist oder nicht. Wenn ΔP < α der Fall ist, springt die Routine zu dem Schritt 430. D. h. wenn 0 ≤ ΔP < α der Fall ist, springt die Routine zu dem Schritt 430.
Bei dem Schritt 430 wird beurteilt, ob das durch den Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 21 erfasste tatsächliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F größer als das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis AF ist oder nicht. Wenn A/F > AF der Fall ist, geht die Routine zu dem Schritt 431 weiter, bei dem ein vorbestimmter Wert β zu dem Korrekturwert ΔSE für den Öffnungsgrad des EGR-Steuerventils 23 hinzuaddiert wird, wobei dann die Routine zu dem Schritt 433 weitergeht. Wenn im Gegensatz dazu A/F ≤ AF der Fall ist, geht die Routine zu dem Schritt 432 weiter, bei dem der vorbestimmte Wert β von dem Korrekturwert ΔSE subtrahiert wird, wobei dann die Routine zu dem Schritt 433 weitergeht. Bei dem Schritt 433 wird der Korrekturwert ΔSE zu dem Zielöffnungsbasisgrad SE des EGR-Steuerventils 23 hinzuaddiert, um den Zielöffnungsgrad SEO des EGR-Steuerventils 23 zu berechnen. Der Öffnungsgrad des EGR-Steuerventils 23 wird auf diesen Zielöffnungsgrad SEO gesteuert. D. h. der Öffnungsgrad des EGR-Steuerventils 23 wird gesteuert, um das tatsächliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis AF zu steuern. Natürlich ist es in diesem Fall ebenfalls möglich, den Öffnungsgrad des Drosselventils 16 zu steuern, um das tatsächliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis AF zu steuern.
Wenn der Öffnungsgrad des Drosselventils 16 und der Öffnungsgrad des EGR-Steuerventils 23 für die Verbrennung bei niedriger Temperatur in dieser Weise gesteuert werden, wird, wenn die Druckdifferenz ΔP innerhalb des vorbestimmten Bereiches (0 ≤ ΔP < α) ist d. h. wenn eine günstige Verbrennung bei niedriger Temperatur ausgeführt wird, die Verbrennung bei niedriger Temperatur unverändert fortgesetzt. Zu diesem Zeitpunkt wird das tatsächliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis AF gesteuert.
Wenn andererseits bei dem Schritt 402 beurteilt wird, dass L > X(N) der Fall ist, geht die Routine zu dem Schritt 408 weiter, bei dem die Marke I gelöscht wird, wobei dann die Verhinderungsmarke bei dem Schritt 409 gelöscht wird. Anschließend geht die Routine zu dem Schritt 411 weiter, bei dem zweite Verbrennung d. h. die herkömmlich ausgeführte normale Verbrennung ausgeführt wird.
Wenn andererseits bei dem Schritt 401 beurteilt wird, dass die Marke I gelöscht worden ist d. h. wenn der Motor in dem zweiten Betriebsbereich II arbeitet, geht die Routine zu dem Schritt 410 weiter, bei dem beurteilt wird, ob die erforderliche Last L kleiner als die zweite Grenze Y(N) geworden ist oder nicht. Wenn L ≥ Y(N) der Fall ist, geht die Routine zu dem Schritt 411 weiter. Wenn im Gegensatz dazu L < Y(N) der Fall ist, geht die Routine zu dem Schritt 415 weiter, bei dem die Marke I gesetzt wird. Anschließend geht die Routine zu dem Schritt 403 weiter, bei dem der Öffnungsgrad des Drosselventils 16 und der Öffnungsgrad des EGR-Steuerventils 23 für die Verbrennung bei niedriger Temperatur gesteuert werden.
Wenn andererseits bei dem Schritt 424 beurteilt wird, dass ΔP ≥ α der Fall ist, geht die Routine zu dem Schritt 425 weiter, bei dem der vorbestimmte Wert e zu dem Korrekturwert Δθ der Zieleinspritzstartzeit θS hinzuaddiert wird. Anschließend wird bei dem Schritt 426 der Korrekturwert Δθ von der Zieleinspritzstartzeit θS subtrahiert, wodurch die Einspritzstartzeit θS zu einem Nacheilen gebracht wird. Anschließend wird bei dem Schritt 427 die zulässige maximale Nacheilzeit θmin berechnet. Diese zulässige maximale Nacheilzeit θmin wird, wie dies in 27B gezeigt ist, als eine Funktion der erforderlichen Last L und der Motordrehzahl N zuvor in dem ROM 32 gespeichert. Anschließend wird bei dem Schritt 428 beurteilt, ob die Einspritzstartzeit θS später als die zulässige maximale Nacheilzeit θmin geworden ist oder nicht, d. h. ob θS < θmin der Fall ist. Wenn θS ≥ θmin der Fall ist, springt die Routine zu dem Schritt 429. Wenn im Gegensatz dazu θS < θmin der Fall ist, geht die Routine zu dem Schritt 429 weiter, bei dem die Einspritzstartzeit θS der zulässigen maximalen Verzögerungszeit θmin gestaltet wird, wobei daraufhin die Routine zu dem Schritt 422 weiter geht, bei dem die Verhinderungsmarke gesetzt wird.
D. h. wenn der Öffnungsgrad des Drosselventils 16 und der Öffnungsgrad des EGR-Steuerventils 23 für die Verbrennung bei niedriger Temperatur gesteuert werden, wird, wenn die Druckdifferenz ΔP größer als der obere Grenzwert α geworden ist, die Einspritzstartzeit allmählich zu einem Nacheilen gebracht. Wenn zu diesem Zeitpunkt ΔP kleiner als α geworden ist, wird die Verbrennung mit niedriger Temperatur ausgeführt. Wenn im Gegensatz dazu ΔP ≥ α selbst dann der Fall ist, wenn die Einspritzstartzeit auf die zulässige maximale Nacheilzeit θmin zu einem Nacheilen gebracht worden ist, wird die Verhinderungsmarke gesetzt. Wenn die Verhinderungsmarke gesetzt ist, geht die Routine von dem Schritt 403 zu dem Schritt 411 weiter, wobei dann zu der zweiten Verbrennung geschaltet wird.
Die Verhinderungsmarke wird gelöscht, wenn bei dem Schritt 402 beurteilt wird, dass L > X(N) der Fall ist d. h. wenn der Motor in dem zweiten Betriebsbereich II arbeitet. Daher wird, wenn die Verhinderungsmarke bei in dem ersten Betriebsbereich I betriebene Motor gesetzt ist, der Motor dann umgeschaltet, so dass er in dem zweiten Betriebsbereich II arbeitet, und die zweite Verbrennung wird fortgesetzt, bis erneut auf den ersten Betriebsbereich geschaltet wird.
Wenn andererseits bei dem Schritt 417 beurteilt wird, dass die Druckdifferenz ΔP negativ geworden ist, geht die Routine zu dem Schritt 418 weiter, bei dem der vorbestimmte Wert e von dem Korrekturwert Δθ subtrahiert wird. Anschließend wird bei dem Schritt 419 der Korrekturwert Δθ von der Zieleinspritzstartzeit θS subtrahiert, wobei zu dieser Zeit die Einspritzstartzeit θS voreilt. Anschließend wird bei dem Schritt 420 beurteilt, ob der Korrekturwert Δθ größer als 0 ist. Wenn Δθ ≥ 0 der Fall ist, springt die Routine zu dem Schritt 430. Wenn im Gegensatz dazu Δθ > 0 der Fall ist, geht die Routine zu dem Schritt 421 weiter, bei dem die Einspritzstartzeit θS zu der Zieleinspritzstartzeit gestaltet wird, die auf der Tabelle aus 27A herausgefunden wird. Anschließend geht die Routine zu dem Schritt 422 weiter, bei dem die Verhinderungsmarke gesetzt wird.
D. h. wenn die Druckdifferenz ΔP negativ wird, wenn der Öffnungsgrad des Drosselventils 16 und der Öffnungsgrad des EGR-Steuerventils 23 für die Verbrennung bei niedriger Temperatur gesteuert werden, wird die Einspritzstartzeit allmählich zu einem Voreilen gebracht. Wenn zu diesem Zeitpunkt ΔP gleich wie oder größer als 0 wird, wird die Verbrennung bei niedriger Temperatur fortgesetzt. Wenn im Gegensatz dazu ΔP > 0 selbst dann der Fall ist, wenn der Korrekturwert Δθ negativ wird, d. h. die Einspritzstartzeit ist zu der Zieleinspritzstartzeit zu einem Voreilen gebracht worden, die aus der Tabelle aus 27A herausgefunden wird, wird die Verhinderungsmarke gesetzt und wird zu der zweiten Verbrennung geschaltet.
Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen wurde die Temperatur des Mischgases aus der Ansaugluft und dem EGR-Gas als die Temperatur TG in der Verbrennungskammer 5 zu beginn der Kompression verwendet. Es ist jedoch ebenfalls möglich, separat die Ansauglufttemperatur T(A) und die EGR-Gastemperatur T(E) zu erfassen und die Temperatur TG in der Verbrennungskammer 5 zu Beginn der Kompression aus der Ansauglufttemperatur T(A) und der EGR-Gastemperatur T(E) herauszufinden. 28 zeigt eine Gesamteinsicht eines Motors der Kompressionszündart bzw. der Selbstzündendart, der für diesen Fall geeignet ist. Bei diesem Motor ist ein Temperatursensor 50 zum Erfassen der Ansauglufttemperatur T(A) in dem Einlasskanal 13 angeordnet, während ein Temperatursensor 51 zum Erfassen der EGR-Gastemperatur T(E) in dem EGR-Kanal 22 angeordnet ist. Die Abgabesignale von diesen Temperatursensoren 50 und 51 werden durch die entsprechenden AD-Wandler 37 (siehe 1) zu dem Eingangseinschluss 35 (siehe 1) eingegeben. Des Weiteren ist bei diesem Ausführungsbeispiel eine Luftströmungsmesseinrichtung 52 vorgesehen, um die Menge an Ansaugluft zu erfassen. Das Ausgabesignal von dieser Luftströmungsmesseinrichtung 52 wird durch den entsprechenden AD-Wandler 37 (siehe 1) zu dem Eingangsanschluss 35 (siehe 1) eingegeben.
Bei diesem Ausführungsbeispiel wird die Temperatur TG in der Verbrennungskammer 5 zu beginn der Kompression auf der Grundlage der folgenden Formel berechnet: TG = (GA * T(A) + GE * T(E))/(GA + GE)
Hierbei ist mit GA die Menge an Ansaugluft gezeigt, während mit GE die Menge des EGR-Gases gezeigt ist. Die Menge an Ansaugluft GA wird aus dem Ausgabesignalluftströmungsmesseinrichtung 52 berechnet, während die Menge an EGR-Gas GE aus der Menge an Ansaugluft GA und der Ziel-EGR-Rate berechnet wird.
D. h. bei der vorstehend dargelegten Formel zeigt GA * T(A) die Wärmemenge der in die Verbrennungskammer 5 gelieferten Ansaugluft an, während GE * T(E) die Wärmemenge des in die Verbrennungskammer 5 gelieferten EGR-Gases anzeigt. Die Summe von diesen Wärmen ist die Wärmemenge des Mischgases aus der Ansaugluft und dem EGR-Gas, die in die Verbrennungskammer 5 geliefert werden. Wenn die Temperatur des Mischgases zu TG gestaltet wird, wird die Wärmemenge des Mischgases als TG * (GA + GE) ausgedrückt. Daher wird die Temperatur TG des Mischgases durch die vorstehend dargelegte Formel ausgedrückt. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird die Temperatur des Mischgases als die Temperatur TG innerhalb der Verbrennungskammer 5 zu Beginn der Kompression verwendet.
Es ist zu beachten dass, wenn eine genaue Steuerung nicht erforderlich ist, es ebenfalls möglich ist, die Ansauglufttemperatur T(A) als die Temperatur TG in der Verbrennungskammer 5 zu Beginn der Kompression zu verwenden. Es ist ebenfalls möglich, die EGR-Gas-Temperatur T(E) zu verwenden.
Gemäß der vorstehend dargelegten vorliegenden Erfindung ist es möglich, eine Verbrennung bei niedriger Temperatur auszuführen, bei der annähernd kein Ruß und NOx erzeugt werden, während ein Abgeben von unverbrannten Kohlenwasserstoffen zu der Umgebungsluft verhindert wird.
Der selbstzündende Motor schaltet zwischen einer ersten Verbrennung, bei der die Menge an Inertgas in der Verbrennungskammer größer als die Menge an Inertgas ist, bei der die Herstellmenge an Ruß zu einem Spitzenwert wird, und annähernd kein Ruß erzeugt wird, und einer zweiten Verbrennung, bei der die Menge an Inertgas in der Verbrennungskammer kleiner als die Menge an Inertgas ist, bei der die Menge an erzeugtem Ruß zu einem Spitzenwert wird. Die zweite Verbrennung wird anstelle der ersten Verbrennung dann vorgesehen, wenn der Katalysator nicht aktiviert ist.

Claims

Selbstzündender Motor, bei dem die Erzeugungsmenge an Ruß allmählich zunimmt und dann einen Spitzenwert einnimmt, wenn die Menge an Inertgas in einer Verbrennungskammer zunimmt, und bei dem eine weitere Zunahme der Menge an Inertgas in der Verbrennungskammer dazu führt, dass die Temperatur des Kraftstoffs und des umgebenden Gases zum Zeitpunkt der Verbrennung in der Verbrennungskammer geringer als die Rußerzeugungstemperatur wird, und daher fast keine Erzeugung von Ruß mehr stattfindet, wobei der Motor folgendes aufweist: eine Schalteinrichtung zum wahlweisen Schalten zwischen einer ersten Verbrennung, bei der die Menge an Inertgas in der Verbrennungskammer größer als die Menge an Inertgas ist, bei der die Rußerzeugungsmenge eine Spitzenwert einnimmt und annähernd kein Ruß erzeugt wird, und einer zweiten Verbrennung, bei der die Menge an Inertgas in der Verbrennungskammer geringer als die Menge an Inertgas ist, bei der die Rußerzeugungsmenge einen Spitzenwert einnimmt; einen Katalysator mit einer Oxidationsfunktion, der in einem Abgaskanal des Motors angeordnet ist; und eine Betätigungsbeurteilungseinrichtung zum Beurteilen, ob der Katalysator betätigt wird oder nicht; wobei die Schalteinrichtung dafür sorgt, dass die zweite Verbrennung ausgeführt und die erste Verbrennung nicht ausgeführt wird, wenn der Katalysator nicht betätigt wird.
Selbstzündender Motor gemäß Anspruch 1, wobei eine Erfassungseinrichtung vorgesehen ist, um eine repräsentative Temperatur zu erfassen, die eine Temperatur des Katalysators präsentiert, und wobei die Betätigungsbeurteilungseinrichtung beurteilt, dass der Katalysator betätigt worden ist, wenn die repräsentative Temperatur eine vorbestimmte Temperatur überschreitet.
Selbstzündender Motor gemäß Anspruch 1, wobei der Katalysator zumindest entweder ein Oxidationskatalysator, ein Zwei-Wege-Katalysator oder eine Nox-Absorbiereinrichtung ist.
Selbstzündender Motor gemäß Anspruch 1, wobei ein Abgasrezirkulationsgerät vorgesehen ist für ein Rezirkulieren von Abgas, das von der Verbrennungskammer abgegeben worden ist, in einen Motoreinlasskanal, und wobei das Inertgas rezirkulierendes Erdgas aufweist.
Selbstzündender Motor gemäß Anspruch 4, wobei die Abgasrezirkulationsrate bei Ausführen der ersten Verbrennung zumindest ungefähr 55% beträgt.
Selbstzündender Motor gemäß Anspruch 1, wobei die Temperatur des Kraftstoffs und des umgebenden Gases zum Zeitpunkt der Verbrennung bei einem ersten Verbrennungszustand eine Temperatur ist, bei der sich eine Menge an NOx im Abgas von ungefähr 10 ppm oder weniger ergibt.
Selbstzündender Motor gemäß Anspruch 1, wobei bei einem ersten Verbrennungszustand nicht verbrannte Kohlenwasserstoffe von der Verbrennungskammer nicht in der Form von Ruß sondern in der Form von einem Rußvorläufer oder in der Form vor diesem abgegeben werden, und wobei die von der Verbrennungskammer abgegebenen unverbrannten Kohlenwasserstoffe durch den Katalysator oxidiert werden.
Selbstzündender Motor gemäß Anspruch 1, wobei ein Motorbetriebsbereich in einen ersten Niedriglastseitenbetriebsbereich, bei dem die erste Verbrennung ausgeführt wird, und einen zweiten Hochlastseitenbetriebsbereich geteilt ist, bei dem die zweite Verbrennung ausgeführt wird, und wobei die Schalteinrichtung bewirkt, dass die erste Verbrennung ausgeführt wird, wenn der Katalysator bei in dem ersten Betriebsbereich betriebenen Motor betätigt wird, und bewirkt, dass die zweite Verbrennung ausgeführt, wenn der Katalysator bei im ersten Betriebsbereich betriebenen Motor nicht betätigt wird.
Selbstzündender Motor gemäß Anspruch 8, wobei der erste Betriebsbereich zu der Hochlastseite ausgedehnt ist, wenn die Temperatur des Gases in der Verbrennungskammer beim Start der Kompression niedriger ist.
Selbstzündender Motor gemäß Anspruch 9, wobei ein Abgasrezirkulationsgerät vorgesehen ist für ein Rezirkulieren von Abgas, das von der Verbrennungskammer abgegeben wird, in einen Motoreinlasskanal, und wobei die Temperatur des Gases in der Verbrennungskammer zu Beginn der Kompression eine Temperatur von gemischtem Gas aus dem rezirkulierenden Abgas und dem Ansauggas ist.
Selbstzündender Motor gemäß Anspruch 8, wobei der erste Betriebsbereich bis zu der Hochlastseite ausgedehnt ist, wenn die Differenz zwischen einer Zylinderinnenwandtemperatur und einer Temperatur des Gases in der Verbrennungskammer zu dem Beginn der Kompression geringer ist.
Selbstzündender Motor gemäß Anspruch 8, wobei in dem ersten Betriebsbereich ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis größer gestaltet ist, wenn eine erforderliche Last geringer ist.
Selbstzündender Motor gemäß Anspruch 12, wobei das Luft-Kraftstoff-Verhältnis bei der gleichen erforderlichen Last und der gleichen Motordrehzahl zusammen mit einem Ausdehnen des ersten Betriebsbereiches größer gestaltet ist.
Selbstzündender Motor gemäß Anspruch 1, wobei eine Verbrennungszustandsbeurteilungseinrichtung vorgesehen ist, um zu beurteilen, ob ein Verbrennungszustand, bei dem annähernd kein Ruß erzeugt wird, beibehalten werden kann, wenn die erste Verbrennung ausgeführt wird, und wobei die Schalteinrichtung von der ersten Verbrennung zu der zweiten Verbrennung schaltet, wenn beurteilt worden ist, dass der Verbrennungszustand, bei dem annähernd kein Ruß erzeugt wird, nicht gehalten werden kann, wenn die Erstverbrennung ausgeführt wird.
Selbstzündender Motor gemäß Anspruch 14, wobei wenn die erste Verbrennung ausgeführt wird, ein erster Druckspitzenwert in der Verbrennungskammer im wesentlichen bei dem oberen Totpunkt eines Kompressionshubs auftritt und ein zweiter Verbrennungsdruckspitzenwert nach dem oberen Totpunkt des Verbrennungshubs auftritt, wobei ein Verbrennungsdrucksensor zum Erfassen des ersten Spitzendrucks und des zweiten Spitzendrucks vorgesehen ist, und wobei die Verbrennungszustandsbeurteilungseinrichtung auf der Grundlage des ersten Spitzendrucks beurteilt, dass ein Verbrennungszustand, bei dem kein Ruß erzeugt wird, beibehalten wird, wenn der zweite Spitzendruck in einem vorbestimmten Druckbereich ist.
Selbstzündender Motor gemäß Anspruch 15, wobei eine Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuereinrichtung vorgesehen ist, um ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu verringern, wenn der zweite Spitzendruck den Druckbereich überschreitet, und um das Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu erhöhen, wenn der zweite Spitzendruck geringer als ein unterer Grenzwert des Druckbereiches geworden ist.
Selbstzündender Motor gemäß Anspruch 15, wobei eine Einspritzzeitsteuereinrichtung vorgesehen ist, um die Einspritzzeit zum Nacheilen zu bringen, wenn der zweite Spitzendruck eine oberen Grenzwert des Druckbereichs überschreitet, und um die Einspritzzeit zum Voreilen zu bringen, wenn der zweite Spitzendruck geringer als ein unterer Grenzwert des Druckbereichs geworden ist.