DE69824529T2

DE69824529T2 - Steuersystem für eine Brennkraftmaschine mit Abgasrückführungssystem

Info

Publication number: DE69824529T2
Application number: DE69824529T
Authority: DE
Inventors: Hirofumi Hiroshima-shi Nishimura; Youichi Hiroshima-shi Kuji
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1997-11-26
Filing date: 1998-11-26
Publication date: 2005-08-18
Anticipated expiration: 2018-11-27
Also published as: EP0919709A3; EP0919709A2; KR19990045568A; DE69824529D1; EP0919709B1; JPH11218047A; JP3368217B2; KR100589803B1

Description

Die Erfindung betrifft ein Motorsteuerungssystem für eine Direkteinspritz-Funkenzündungsausführung eines Motors und insbesondere eine Direkteinspritz-Funkenzündungsausführung eines Motors, die mit einem Abgasrückführungssystem ausgestattet ist, das den Zeitablauf des Einspritzens von Kraftstoff in einem Betriebsbereich des Motors steuert, in welchem das Abgasrückführungssystem betrieben wird, um Abgas in einen angesaugten Luftstrom einzuleiten.
Motorsteuerungssysteme dieser Ausführung enthalten in einer Abgasleitung eine NOx absorbierende Ausführung eines Mager-NOx-Umwandlungskatalysators, der einerseits NOx im Abgas adsorbiert, solange das Luft-Kraftstoff-Gemisch magerer ist als ein stöchiometrisches Gemisch (λ > 1) und andererseits das NOx in das Abgas hinein zur katalytischen Reduktion des NOx freisetzt oder desorbiert, solange das Luft-Kraftstoff-Gemisch angereicherter ist als ein stöchiometrisches Gemisch (λ < 1). Wie z.B. aus der Internationalen Patentanmeldung WO 93/07363 bekannt ist, steuert ein derartiges Motorsteuerungssystem den Motor so, dass er im Beschleunigungsbetrieb oder im Volllastbetrieb mit einem angereicherten Gemisch arbeitet, und dass er bei den sonstigen Betriebszuständen mit einem Magergemisch arbeitet, um so den Kraftstoffverbrauch zu verbessern.
Ein Motorsteuerungssystem für eine Direkteinspritz-Funkenzündungsausführung eines Motors, die z.B. aus der ungeprüften Japanischen Patentveröffentlichung 7-119507 bekannt ist, steuert den Motor, um in einem unteren Motorlastbereich eine Schichtladungsverbrennung und in einem oberen Motorlastbereich eine Homogenladungsverbrennung zu erzeugen. Solange der Motor mit niedrigeren Drehzahlen im oberen Lastbereich arbeitet, wird eine bestimmte Kraftstoffmenge in zwei Schritten durch eine frühe und eine späte Teileinspritzung in einem Ansaugtakt zugeführt, so dass eine erste Hälfte des Kraftstoffs, die durch die frühe Teileinspritzung in den Verbrennungsraum eingespritzt wurde, vor dem Ende des Ansaugtakts diffundiert und die zweite Hälfte des Kraftstoffs im Verbrennungsraum mit dessen Volumen anwächst. Damit wird die Erzeugung eines angereicherten oder dichten Gemischs über dem Kopfende eines Kolbens in einem darauf folgenden Kompressionstakt vermieden, was meist auftritt, wenn eine bestimmte Kraftstoffmenge insgesamt auf einmal durch einen nicht unterteilten Einspritzvorgang eingespritzt wird, der zum Vermeiden von Raucherzeugung erwünscht ist.
Ein weiteres Motorsteuerungssystem für einen Direkteinspritz-Funkenzündungsmotor arbeitet zusammen mit einer Kraftstoffeinspritzdüse, die dem Kopfende eines Kolbens direkt gegenübersteht und so angesteuert wird, dass sie eine kleine Menge Kraftstoff vorbeugend beim Beginn eines Ansaugtakts einsprüht, wenn der Motor ein Klopfen erzeugt. Der Kraftstoff haftet teilweise an der oberen Kolbenwand auf einer Ansauganschlussseite und wird von der Kolbenwand weg zum Ansauganschluss hin geschleudert, so dass er den Kolbenkopf und den Verbrennungsraum an der Ansaugschlussseite mit der Verdampfungswärme des Kraftstoffs kühlt. Ein solches Motorsteuerungssystem ist z.B. aus der ungeprüften Japanischen Patentpublikation 7-217478 bekannt.
Ein in einer Abgasleitung angeordneter Mager-NOx-Umwandlungskatalysator, wie er in der Internationalen Patentanmeldung WO 93/07363 beschrieben wird, verringert zwar den Emissionsgrad von NOx in einem mageren Abgas, weist aber eine unzureichende katalytische Umwandlungsleistung auf im Vergleich mit der NOx-Umwandlungsleistung eines Dreiwegekatalysators bei einem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Gemisch (λ = 1). Insbesondere geht bei einer NOx-Adsorptionsausführung eines Mager-NOx-Umwandlungskatalysators dessen NOx-Umwandlungsleistung zurück wegen eines erhöhten Umfanges der NOx-Adsorption, die aus einem kontinuierlichen Langzeitbetrieb des Motors mit einer mageren Kraftstoffladung resultiert. Demzufolge muss die Kraftstoffladung angereichert werden, bevor ein festgelegter Wert der NOx-Adsorption überschritten wird. Mit anderen Worten wird der Betrieb des Motors mit einer mageren Kraftstoffladung durch die Notwendigkeit eingeschränkt, dass der Mager-NOx- Umwandlungskatalysator regeneriert werden muss, was wegen des Kraftstoffverbrauchs unerwünscht ist.
Es ist bekannt, dass für ein Steuern der Erzeugung von NOx die Maximaltemperatur des Abgases zu reduzieren ist, indem ein Teil des Abgases in einen angesaugten Luftstrom zurückgeführt wird. Jedoch wird beim Zuführen einer großen Abgasmenge in einen angesaugten Luftstrom möglicherweise das Fahrverhalten wegen einer stärkeren Veränderung der Verbrennung verschlechtert. Wird die Stärke der Abgasrückführung so geregelt, dass sie einen Grenzwert nicht überschreitet, um eine Verschlechterung des Fahrverhaltens zu verhindern oder beträchtlich zu reduzieren, dann lässt sich die Forderung nach einer Abnahme der NOx-Produktion und einer Verbesserung des Kraftstoffverbrauchs schwer erfüllen.
Die Erfindung ist bestrebt, ein Motorsteuerungssystem für eine Direkteinspritzungs-Funkenzündungsausführung eines Motors bereitzustellen, in welchem die Kraftstoffeinspritzung nach einem spezifischen Muster ausgeführt wird, um den Kraftstoffverbrauch zu verbessern und den Emissionsgrad von NOx herabzusetzen, indem die Verbrennungsstabilität verbessert und ein Grenzwert der Abgasrückführung erhöht wird.
Die vorstehende Zielstellung der vorliegenden Erfindung wird durch Bereitstellen eines Motorsteuerungssystem erreicht, in welchem die Brennstoffeinspritzsteuerung so ausgeführt wird, dass eine vorgegebene Brennstoffmenge in zwei Anteilen in einer frühen und einer späten Teileinspritzung in einem Ansaugtakt zugeführt wird und der Punkt in der Mitte zwischen den beiden Zeitpunkten, zu denen die frühe bzw. die späte Teileinspritzung begonnen wird, vor einem mittleren Punkt eines Ansaugtakts liegt, während Abgas einem angesaugten Luftstrom zugeführt wird.
In der Europäischen Patentanmeldung EP-A-0 661 432 wird eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Steuerung eines Verbrennungsmotors beschrieben, das ausgerüstet ist mit Abgasrückführungshilfsmitteln und Hilfsmitteln zur Kraftstoffeinspritzsteuerung, um die Kraftstoffeinspritzung in zwei Teile zu zerlegen, die in der erste ren Hälfte eines Ansaugtakts und der späteren Hälfte des Ansaugtakts ausgeführt werden.
WO 96/22457 beschreibt ein Abgasreinigungsverfahren für einen Verbrennungsmotor, in welchem der Kraftstoff sowohl in einem Ansaugtakt als auch in einem Kompressionstakt während des Freisetzens von NOx durch den NOx-Umwandlungskatalysator eingespritzt wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird nun ein Motorsteuerungssystem für eine Direkteinspritz-Funkenzündungsausführung eines Motors bereitgestellt, das ausgestattet ist mit einer Kraftstoffeinspritzdüse zum unmittelbaren Einspritzen des Kraftstoffs in einen Verbrennungsraum, mit Motorbetriebszustandsüberwachungshilfsmitteln zum Überwachen der Motorbetriebszustände, mit Abgasrückführungshilfsmitteln zur teilweisen Rückführung des Abgases in eine Ansaugleitung für ein Steuern einer Kraftstoffmenge, welche durch die Kraftstoffeinspritzdüse zugeführt wird, und mit Kraftstoffeinspritzsteuerungshilfsmitteln zum Aufteilen der gegebenen Kraftstoffmenge in zwei Teile, während die Abgasrückführungshilfsmittel Abgas in die Ansaugleitung einleiten, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftstoffeinspritzsteuerungshilfsmittel die zwei Teile des Kraftstoffs mit Unterbrechungen in frühen bzw. späten Teileinspritzungen in einem Ansaugtakt eines Zylinderkolbens zuführen und die Kraftstoffeinspritzdüse so steuern, dass ein Punkt in der Mitte zwischen den Zeitpunkten, an denen die frühe bzw. die späte Teileinspritzung begonnen wird, vor einem mittleren Punkt (einem Kurbelwinkel von 90°) eines Ansaugtakts des Zylinderkolbens liegt.
Während ein Teil des Kraftstoffs, der bei der frühen Kraftstoffteileinspritzung zugeführt wurde, sich im Verbrennungsraum, dessen Volumen sich durch die Abwärtsbewegung des Kolbens vergrößert, vor Beginn der späten Teileinspritzung ausreichend homogen verteilt hat, wird mit dem Motorsteuerungssystem ein weiterer, durch die späte Teileinspritzung anschließend zugeführter Teil des Kraftstoffs im Verbrennungsraum, dessen Volumen sich ausreichend vergrößert hat, verteilt und homogenisiert. Folglich wird im Verbrennungsraum ein homogenes Kraftstoffgemisch erzeugt, was eine Erhöhung der Verbrennungsgeschwindigkeit und der Verbrennungseffizienz in einem Verbrennungstakt zur Folge hat und was eine Abnahme der Abgastemperatur bewirkt. Die Steuerung der Kraftstoffeinspritzung derart, dass der Punkt in der Mitte zwischen den Zeitpunkten, zu denen die frühe bzw. die späte Teileinspritzung begonnen wird, vor einem mittleren Punkt eines Ansaugtakts liegt, führt zu den verschiedenen weiter unten beschriebenen hervorragenden Effekten. Unter der Bedingung, dass im gesamten Ansaugtakt eine gegebene Kraftstoffmenge einzuspritzen ist, kann die frühe Teileinspritzung zu einem Zeitpunkt erfolgen, zu dem sich der Kolben mit einer relativ hohen Geschwindigkeit nach unten bewegt, was mit der Erzeugung einer starken Ansaugluftströmung verbunden ist, die das Erreichen einer homogenen Verteilung des Kraftstoffgemischs und die Verdampfung des Kraftstoffs beschleunigt. Die frühe und späte Teileinspritzung sind als Ganzes zu einem frühen Abschnitt eines Ansaugtakts hin verschoben, und folglich haftet der in der späten Teileinspritzung zugeführte Kraftstoff an einer Zylinderwand, wenn der Kolben seinen unteren Totpunkt nahezu erreicht hat (am Ende des Ansaugtakts), so dass ein verspätetes Einstellen einer homogenen Verteilung des Kraftstoffgemischs vermieden wird. Außerdem ist zweifellos ein langer Zeitraum für ein Verdampfen des Kraftstoffgemischs vor der Funkenzündung des Kraftstoffgemischs und für eine Zunahme der Temperatur der angesaugten Luft durch das zurückgeführte Abgas verfügbar, was für die Beschleunigung der Kraftstoffverdampfung immer wünschenswert ist. Diese Effekte bewirken in ihrer Wechselwirkung miteinander eine deutliche Verbesserung der Verbrennungsstabilität und des Kraftstoffverbrauchs als Folge einer verkürzten Verbrennungsdauer und einer hohen Verbrennungsgeschwindigkeit, indem sie die Menge des in den Verbrennungsraum zurück geführten Abgases beträchtlich erhöhen. Folglich wird die Entstehung von NOx stärker reduziert und der spezifische Kraftstoffverbrauch wird noch weiter verbessert. Durch das Einleiten von Abgas in einen Ansaugluftstrom in einem unteren bis zu einem mittleren Motorlastbereich, wobei der Motor überwacht wird, dass er in einem Motorlastbereich außerhalb einer mittleren bis zu einer höheren Motorlast liegt, ist es unmöglich, dass das Fahrverhalten schlechter wird, selbst wenn der Motor eine verschlechterte Verbrennung im unteren bis zum mittleren Motorlastbereich aufweist, so dass die Rückführung einer größeren Abgasmenge zulässig ist. Es ist wünschenswert, eine ausreichende Zeit zur Verfügung zu stellen, in der die Kraftstoff einspritzung öffnet, um eine gegebene Kraftstoffmenge in zwei nahezu gleiche Teile für die frühe und die späte Teileinspritzung zu aufzuteilen.
Die späte Teileinspritzung kann zu einem Zeitpunkt beginnen, der in einem ersten oder einem mittleren Abschnitt von drei nahezu gleichen Abschnitten eines Ansaugtakts liegt. Außerdem kann die späte Teileinspritzung zu einem Zeitpunkt enden, der in einem ersten oder einem mittleren Zeitabschnitt von drei näherungsweise gleichen Zeitabschnitten eines Ansaugtakts liegt, solange der Motor in einem unteren Drehzahlbereich ist. Da die Antriebswelle des Motors in einem mittleren und höheren Drehzahlbereich des Motors für eine Umdrehung nur eine kurze Zeit benötigt, ist es in der Praxis schwer, die späte Teileinspritzung an einem Punkt zu beenden, der im ersten oder mittleren Abschnitt eines Ansaugtakts liegt.
Die Mitte der späten Teileinspritzung kann bei einem Zeitpunkt liegen, der vor der Mitte eines Ansaugtakts liegt, bei dem der Zylinderkolben seine maximale Geschwindigkeit nach unten erreicht. In diesem Falle wird die späte Teileinspritzung dann ausgeführt, wenn sich der Kolben mit der höchsten Geschwindigkeit nach unten bewegt und folglich einen schnellen Ansaugluftstrom erzeugt, durch den der Kraftstoff im Verbrennungsraum homogen verteilt wird. Es können Luftstromsteuerungshilfsmittel eingebaut werden, um eine Verstärkung des Ansaugluftstroms zu erzeugen, was dazu führt, dass das Erzeugen einer homogenen Kraftstoffverteilung beschleunigt und die Verbrennungsstabilität verbessert wird.
Um eine beschleunigte homogene Kraftstoffverteilung im Verbrennungsraum zu erzielen, kann das Abgasrückführungssystem Abgas mit einem Abgasrückführungsverhältnis von 10 bis 40 % zulassen und/oder die Kraftstoffeinspritzung kann eine Ausführung haben, die einen Sprühwinkel größer als 45° aufweist.
Die Erfindung wird nun weiter in Form eines Beispiels beschrieben mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen, in denen:
1 eine schematische Darstellung eines Motorsteuerungssystems gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist;
2 ein Diagramm zur Darstellung einer Karte der Steuerungsbereiche für die Kraftstoffeinspritzung für den Warmbetrieb des Motors ist;
3 ein Diagramm zur Darstellung einer Karte der Steuerungsbereiche für die Kraftstoffeinspritzung für den Warmbetrieb des Motors ist;
4 ein Diagramm zur Darstellung einer Karte des Steuerungsbereichs für die Abgasrückführung ist;
5(A) bis 5(D) Flussdiagramme zur Darstellung eines Ablaufprogramms der Kraftstoffeinspritzsteuerung für einen Mikrorechner einer Motorsteuereinheit sind;
6 ein Zeitablaufplan der Kraftstoffeinspritzung für verschiedene Motorbetriebsbereiche ist;
7(A) und 7(B) Grafiken zur Veranschaulichung der Variation des Pi-Koeffizienten bzw. des spezifischen Kraftstoffverbrauchs in Abhängigkeit vom Zeitpunkt der späteren Kraftstoffeinspritzung sind;
8 ein weiterer Zeitablaufplan der Kraftstoffeinspritzung für verschiedene Motorbetriebsbereiche ist;
9 eine grafische Darstellung ist, welche die Menge des gebildeten NOx, den spezifischen Kraftstoffverbrauch, die Variation des Pi-Koeffizienten und das HC-Konzentrationsverhältnis in Abhängigkeit vom Abgasrückführungsverhältnis zeigt;
10 eine grafische Darstellung ist, die den Emissionsgrad von NOx in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit zeigt;
11 ein Diagramm ist, das eine Abänderung der Karte der Kraftstoffeinspritzsteuerungsbereiche für den in 2 dargestellten Warmbetrieb des Motors darstellt; und
12 ein Diagramm ist, das eine weitere Abänderung der Karte der Kraftstoffeinspritzsteuerungsbereiche für den in 2 dargestellten Warmbetrieb des Motors darstellt.
Der Begriff „NOx-Umwandlung", wie er in der Beschreibung durchgängig benutzt wird, soll eine Verringerung des NOx-Gehaltes im Abgas durch z.B. NOx-Adsorption an einem NOx adsorbierenden Katalysatortyp sowie Reduktion von NOx zu N2 und O2 durch einen NOx reduzierenden Katalysatortyp bedeuten und bezeichnen, und der hier verwendete Begriff „Mager-NOx-Umwandlungskatalysator" soll die Ausführung bedeuten und bezeichnen, welche einen Emissionsgrad von Stickoxiden (NOx) in einem mageren Abgas, dessen Luft-Kraftstoff-Verhältnis λ > 1 ist, steuert oder verringert.
Da die Direkteinspritz-Funkenzündungsausführung des Benzinmotors gut bekannt ist, ist die vorliegende Beschreibung insbesondere auf die Bestandteile ausgerichtet, die einen Teil des Motorsteuerungssystems gemäß vorliegender Erfindung bilden oder unmittelbar mit diesem zusammenwirken. Es ist einzusehen, dass Bestandteile, die nicht im Einzelnen dargestellt oder beschrieben werden, eine unterschiedliche Gestalt haben können, die Fachleuten der Kraftfahrzeugtechnik gut bekannt ist.
Mit ausführlichem Bezug auf die Zeichnungen und insbesondere auf 1, die ein Motorsteuerungssystem gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt, umfasst eine Kraftstoffdirekteinspritzausführung eines Mehrzylindermotors 1, der mit einem durch das Motorsteuerungssystem gesteuerten Abgasrückführungssystem ausgerüstet ist, einen Zylinderblock 3, der mit Zylinderbohrungen 2 ausgestattet ist (von denen nur eine dargestellt ist), in denen Kolben 5 gleiten können, und einen Zylinderkopf 4, der auf dem Zylinderblock 3 befestigt ist. Im Zylinder wird durch den Kopf des Kolbens 5, eine untere Wand des Zylinderkopfes 4 und die Zylinder bohrung 2 ein Verbrennungsraum 6 gebildet. Zwei Ansauganschlüsse 12 (von denen nur einer dargestellt ist) und ein Abgasanschluss 13 öffnen in den Verbrennungsraum 6 hinein und werden durch Ansaugventile 8 bzw. ein Abgasventil 9 zu vorgegebenen Zeiten geöffnet und geschlossen. Im Zylinderkopf 4 ist eine Kraftstoffeinspritzdüse 14 so eingebaut, dass ein Kraftstoffsprühnebel von der Seite her unmittelbar in den Verbrennungsraum 6 eingebracht wird. In einer späteren Hälfte eines Kompressionstakts fängt der Kolben 5 an seiner (nicht dargestellten) Kopfhöhlung den Kraftstoffsprühnebel auf und bildet nahe der Zündkerze 10 eine Schicht aus einem relativ angereicherten Luft-Kraftstoff-Gemisch so aus, dass sich dadurch eine Schichtladung eines Luft-Kraftstoff-Gemischs im Verbrennungsraum 6 bildet. Die Kraftstoffeinspritzdüse 14 verfügt über eine (nicht dargestellte) Weitwinkelsprühdüse, die einen Sprühwinkel von mehr als 45° aufweist, so dass sich ein Kraftstoffsprühnebel unter einem breiten Winkel in den Verbrennungsraum 6 hinein ausbreitet, um während eines Ansaugtakts eine homogene Verteilung eines Luft-Kraftstoff-Gemischs zu bilden. Im Zylinderkopf 4 ist eine Zündkerze 10 so eingefügt, dass die Elektroden der Zündkerze 10 nach unten in den Verbrennungsraum 6 hinein angeordnet und mit Bezug auf die vertikale Mittellinie des Zylinders ausgerichtet sowie an einen Zündstromkreis 11 angeschlossen sind, um ein Luft-Kraftstoff-Gemisch im Verbrennungsmotor zu zünden. Eine Kraftstoffleitung 15, durch die der Kraftstoff von einem Kraftstofftank 16 der Kraftstoffeinspritzdüse 14 zugeführt wird, ist mit zwei Kraftstoffpumpen ausgestattet, und zwar mit einer Niederdruck-Kraftstoffpumpe 17, die im Kraftstofftank 16 angeordnet ist, und einer Hochdruck-Kraftstoffpumpe 18, die außerhalb des Kraftstofftanks 16 angeordnet ist. Die Kraftstoffleitung 15 zwischen den Kraftstoffpumpen 17 und 18 ist außerdem mit einem Niederdruckregler 19 und einem Kraftstofffilter 20 ausgestattet, die von der Seite des Kraftstofftanks 16 her in dieser Reihenfolge angeordnet sind. Eine Kraftstoffrückleitung 22, die mit einem Hochdruckregler 21 ausgerüstet ist, ist mit der Kraftstoffleitung 15 zwischen einem Punkt nach der Hochdruck-Kraftstoffpumpe 18 und einem Punkt vor dem Kraftstofffilter 20 verbunden. Kraftstoff wird dem Kraftstofftank 16 durch die Niederdruckpumpe 17 entzogen, durch den Niederdruckregler 19 im Druck eingeregelt und dann mittels Verdichtung durch die Hochdruck-Kraftstoffpumpe 18 zur Kraftstoffeinspritzdüse 14 verteilt. Der stark verdichtete Kraftstoff wird zum Teil der Kraftstoffeinspritzdüse 14 zugeführt und zum Teil durch die Kraftstoffrückleitung 22 zurückgeführt. Der Hochdruckregler 21 regelt eine Kraftstoffrückführmenge so, dass die Druckhöhe des verdichteten Kraftstoffs, welcher der Kraftstoffeinspritzdüse 14 zugeleitet wird, optimiert wird.
Eine Ansaugleitung 25 verfügt über einen Luftfilter 26 am Stromauf-Ende und einen Ansaugrohrverteiler am Stromab-Ende, der unabhängig mit den Ansauganschlüssen 12 des Zylinders verbunden ist. In jedem Ansauganschluss 12 ist ein Ansaugventil 8 und nur in einem der Ansauganschlüsse 12 ist ein Luftstromsteuerventil 30 vorgesehen. Das Luftstromsteuerventil 30, das eine Stellantriebsausführung aufweisen kann, bewirkt bei seinem Schließen, dass ein Luftstrom nur durch den anderen Ansauganschluss 12 in den Verbrennungsraum 6 eingelassen wird, was z.B. zur Bildung eines Ansaugluftwirbels führt, der reich an Sturzkomponenten in einer Richtung der Zylindervertikalachse ist. Die Ansaugleitung 25 ist in der Reihenfolge vom Stromauf-Ende her mit einem Luftstromsensor 27 in Form eines Wärmefühlers, einem elektrisch gesteuerten Drosselventil 28 und einem Ausgleichstank 29 versehen. Das Drosselventil 28 wird nicht unmittelbar durch ein Gaspedal sondern mittelbar durch ein Gaspedal über einen (nicht dargestellten) Stellantrieb gesteuert.
Eine Abgasleitung 31, durch die Abgas in die Atmosphäre ausgestoßen wird, ist in der Reihenfolge ausgehend vom Stromauf-Ende aus mit einem Sauerstoffsensor 32 (der im Folgenden als O2-Sensor bezeichnet wird), einem Dreiwegekatalysator 33 und einem Mager-NOx-Umwandlungskatalysator 34 ausgerüstet. Der O2-Sensor 32 überwacht die Sauerstoffkonzentration des Abgases, auf deren Grundlage ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis bestimmt wird, und liefert Ausgabedaten, die sich zwischen den Zuständen vor und nach Erreichen eines stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses (λ = 1) stark verändern. Jeder der Katalysatoren 33 und 34 ist von einem Typ, in dem ein mit einem Katalysatormaterial beschichteter Cordierit-Wabenblock verwendet wird, durch den das Abgas strömen kann. Der Dreiwegekatalysator setzt die Emissionsgrade von unverbrannten Kohlenwasserstoffen (HC), Kohlenmonoxid und Stickoxiden (NOx) beträchtlich herab, solange das Luft-Kraftstoff-Gemisch einen Wert λ < 1 und eine ausgezeichnete katalyti sche Umwandlungsleistung insbesondere in einem Fenster aufweist, d.h. in einem Bereich von Luft-Kraftstoff-Verhältnissen nahe dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis. Einerseits adsorbiert der Mager-NOx-Umwandlungskatalysator 34 NOx im Abgas, solange das Luft-Kraftstoff-Gemisch λ > 1 aufweist, und andererseits desorbiert er NOx oder setzt es frei in das Abgas zur katalytischen Reduktion von NOx, wenn das Luft-Kraftstoff-Gemisch λ < 1 aufweist. Diese Ausführung eines Mager-NOx-Umwandlungskatalysators kann durch Beschichten eines Wabenblocks z.B. mit einer Katalysatoreinfachschicht oder mit Katalysatordoppelschichten bereitgestellt werden. Beim Einsatz einer Katalysatoreinfachschicht kann der Katalysator Edelmetalle, wie z.B. Platin (Pt), Rhodium (Rh), Palladium (Pd) und dergleichen, ein Alkalimetall, wie z.B. Kalium (K) und dergleichen, und ein Erdalkalimetall, wie z.B. Barium (Ba) und dergleichen enthalten, welche als Katalysatormetalle von Aluminium- oder Ceroxid getragen werden. Beim Einsatz einer Katalysatordoppelschicht kann eine erste oder untere Katalysatorschicht Platin (Pt) und ein Erdalkalimetall wie z.B. Barium (Ba) oder dergleichen umfassen, die als Katalysatormetalle von Aluminium- oder Ceroxid getragen werden, und eine zweite oder obere Katalysatorschicht umfasst ein Edelmetall, wie z.B. Platin (Pt) und dergleichen, das als ein Katalysatormetall von Zeolith getragen wird. Der Dreiwegekatalysator 33 und der Mager-NOx-Umwandlungskatalysator 34 können hinsichtlich ihrer Lage ausgetauscht werden. Außerdem wird dann, wenn für den Mager-NOx-Umwandlungskatalysator 34 eine der Katalysatordoppelschichtausführungen eingesetzt wird, nicht immer der Dreiwegekatalysator 33 eingebaut.
Ein Abgasrückführungs(AGR)-System 37 ist vorgesehen, um Abgas zum Teil in die Ansaugleitung 25 einzuleiten. Das Abgasrückführungs(AGR)-System 37 verfügt über eine Rückführungsleitung, die sich von der Abgasleitung 31 vom O2-Sensor 32 stromauf bis zur Ansaugleitung 25 zwischen dem Drosselventil 28 und dem Ausgleichstank 29 erstreckt, und ein elektrisch betriebenes Abgasrückführungs(AGR)-Ventil 39, das in die Rückführungsleitung 38 an einer Stelle nahe bei der Ansaugleitung 25 eingebaut ist. Die Abgasmenge, die durch die Rückführungsleitung 38 zurückgeführt wird, kann durch das AGR-Ventil 39 geregelt wer den. Dieses AGR-Ventil 39 ist dazu bestimmt, sorgfältig geregelte Abgasmengen in den angesaugten Luftstrom einzuleiten.
Der Betrieb von Zündstromkreis 11, Kraftstoffeinspritzpumpe 14, Hochdruckregler 21, Stellantrieb des Drosselventils 28, Luftstromsteuerventil 30, AGR-Ventil und anderer elektrisch betriebener Elemente wird durch eine Steuereinheit 41 gesteuert, die einen Mikrorechner MC umfasst. Der Steuereinheit 41 werden zumindest von dem Luftstromsensor 27, dem O2-Sensor 32, einem Gaspedallagesensor 42, der die Motorlast über die Gaspedalstellungen erkennt, einem Kurbelwinkelsensor 43, der über die Drehwinkel einer Kurbelwelle 7 des Motors eine Motordrehzahl überwacht, einem Temperatursensor 44, der die Temperatur des Kühlwassers des Motors überwacht, um festzustellen, ob der Motor 1 in einem Kaltzustand, beim Aufwärmen oder in einem Warmzustand ist, einem in das AGR-Ventil 39 eingebauten (nicht dargestellten) Lagesensor, der den Ventilhub des AGR-Ventils 39 überwacht, und einem (nicht dargestellten) Motoranlasser verschiedenartige Signale übermittelt. Die Treibstoffeinspritzdüse 14 wird zum Öffnen gepulst, indem eine Spule entsprechend einer Impulsbreite erregt wird. Die Steuereinheit 41 überwacht ständig die Motordrehzahl, die Last, die Lage der Drosselklappe, das Abgas, die Temperatur usw. zur Steuerung der Impulsbreite.
2 und 3 zeigen Karten (Kennfelder) zur Kraftstoffladungssteuerung mit Motordrehzahl und Last als Parameter für den Warm- bzw. Kaltbetrieb des Motors, die einen mageren Kraftstoffladungsbereich, in dem der Motor mit einem Luft-Kraftstoff-Gemisch von λ > 1 geladen wird, und einen angereicherten Kraftstoffladungsbereich festlegen, in dem der Motor mit einem Luft-Kraftstoff-Gemisch λ < 1 geladen wird, und unter einem anderen Gesichtspunkt zeigen sie einen Bereich des nicht unterteilten Einspritzens, in dem eine gegebene Kraftstoffmenge insgesamt auf einmal zugeführt wird, und einen Bereich des unterteilten Einspritzens, in dem eine gegebene Kraftstoffmenge in zwei Schritten oder zwei Teileinspritzungen zugeführt wird. Insbesondere legt die in 2 gezeigte Karte zur Kraftstoffladungssteuerung, die für den Warmzustand des Motors verwendet wird, fünf Motorsteuerungsbereiche fest, und zwar einen mageren Schichtladungsbereich (I), einen mageren Homogenladungsbereich (II) und angereicherte Homogenladungsbereiche (III)–(V). Im mageren Schichtladungsbereich (I), der für eine niedrigere Motorlast und niedrigere bis mittlere Motordrehzahlen festgelegt ist, wird eine gegebene Kraftstoffmenge insgesamt auf einmal unmittelbar vor einem Zündzeitpunkt, zu dem die Zündkerze 10 in einem Kompressionstakt gezündet wird, eingespritzt, um eine magere Schichtladungsverbrennung zu erzeugen. Im mageren Homogenladungsbereich (II), der für eine niedrigere bis mittlere Motorlast und niedrigere bis mittlere Motordrehzahlen festgelegt ist, wird eine gegebene Kraftstoffmenge in zwei Teile aufgeteilt und in zwei Schritten in einem Ansaugtakt eingespritzt, um eine magere Homogenladungsverbrennung zu erzeugen. Im angereicherten Homogenladungsbereich (III), der für eine höhere Motorlast und höhere Motordrehzahlen festgelegt ist, wird eine gegebene Kraftstoffmenge in zwei Teile aufgeteilt und in zwei Schritten in einem Ansaugtakt eingespritzt, um eine angereicherte Homogenladungsverbrennung zu erzeugen. Im angereicherten Homogenladungsbereich (IV), der für eine höhere Motorlast und höhere Motordrehzahlen festgelegt ist, wird eine gegebene Kraftstoffmenge insgesamt auf einmal in einem Ansaugtakt eingespritzt, um eine angereicherte Homogenladungsverbrennung zu erzeugen. Im angereicherten Homogenladungsbereich (V), der für eine niedrigere Motorlast und mittlere bis höhere Motordrehzahlen festgelegt ist, wird eine gegebene Kraftstoffmenge insgesamt auf einmal in einem Ansaugtakt eingespritzt, um eine angereicherte Homogenladungsverbrennung zu erzeugen. Alle diese Bereiche (I)–(V) sind so eingerichtet, dass sie einander nicht überdecken. Die in 3 dargestellte Karte zur Kraftstoffladungssteuerung, die für den Kaltzustand eines Motors verwendet wird, legt drei angereicherte Homogenladungsbereiche (A), (B) und (C) fest. Im angereicherten Homogenladungsbereich (A), der für eine mittlere bis höhere Motorlast und mittlere bis höhere Motordrehzahlen festgelegt ist, wird eine gegebene Kraftstoffmenge in zwei Teile aufgeteilt und in zwei Schritten in einem Ansaugtakt eingespritzt, um eine angereicherte Homogenladungsverbrennung zu erzeugen. Sowohl im angereicherten Homogenladungsbereich (B), der für eine niedrigere Motorlast und niedrigere bis höhere Motordrehzahlen festgelegt ist, als auch im angereicherten Homogenladungsbereich (C), der für eine höhere Motorlast und höhere Motordrehzahlen festgelegt ist, wird eine vorgegebene Kraftstoffmenge insgesamt auf einmal in einem Ansaugtakt eingespritzt, um eine angereicherte Homogenladungsverbrennung zu erzeugen.
Diese drei Bereiche (A)–(C) sind so eingerichtet, dass sie einander nicht überdecken. Solange der Motor in einem beliebigen der Motorsteuerungsbereiche (II), (III) und (A) arbeitet, die in 2 und 3 schraffiert dargestellt sind und in denen die unterteilte Einspritzung in einem Ansaugtakt erfolgt, wird das AGR-System 37 so betätigt, dass Abgasmengen, die durch das AGR-Ventil 39 geregelt werden, in den angesaugten Luftstrom eingeleitet werden. Eine Abgasrückführungs(AGR)-Rate, welche das Verhältnis aus der zurück geführten Abgasmenge zur Menge des bei der Verbrennung gebildeten Abgases ist, ändert sich je nach Drehzahl und Last des Motors. Wie weiter unten beschrieben wird, wird sie in dieser Ausführungsform auf 20 bis 40 % festgesetzt, was recht groß ist verglichen mit den AGR-Systemen nach dem Stand der Technik. Wie in 4 dargestellt, kann ein AGR-Bereich durch die Schraffierung festgelegt werden. Der AGR-Bereich überdeckt den mageren Schichtladungsbereich (I), den mageren Homogenladungsbereich (II) und den angereicherten Homogenladungsbereich (III), ausgenommen einen Bereich mit einer höheren Motorlast im Warmzustand, sowie den angereicherten Homogenladungsbereich (A), ausgenommen einen Bereich mit einer höheren Motorlast im Kaltzustand.
Die 5(A) bis 5(D) zeigen Flussdiagramme zur Veranschaulichung eines Ablaufprogramms der Kraftstoffladungssteuerung.
Wie dargestellt, gelangt die Steuerung unmittelbar zu Beginn der Flussdiagrammabfolge zu einem Funktionsblock beim Schritt S101, wo Signale Ne, Tv, Qa, Tw und Ss, die jeweils verschiedene Steuerungsfaktoren, wie z.B. Motordrehzahl, Gashebelstellung, angesaugte Luftmenge, Kühlwassertemperatur und ein Anlassersignal verkörpern, in die Steuereinheit 41 eingelesen werden. Darauf folgend wird im Schritt S102 darüber entschieden, ob der Motor 1 startet. Wenn ein Anlassersignal Ss vorliegt und die Motordrehzahl Ne niedriger ist als eine festgelegte Drehzahl, dann liegt ein Motorstart vor. Wenn die Antwort positiv ist, dann wird beim Schritt S103 eine Einspritzimpulsbreite TaK beim Motorstart berechnet. Die gegebene Kraftstoffmenge wird in zwei Teile für die frühe Teileinspritzung und die späte Teileinspritzung aufgeteilt, die in einem Ansaugtakt gemäß einem Teilungsverhältnis ausgeführt werden, das durch einen Teilungsfaktor c (1 > 0) gegeben ist. Zu diesem Zwecke wird die Einspritzimpulsbreite TaK beim Schritt S104 in die beiden Teileinspritzimpulsbreiten TaK1, die durch c × TaK gegeben ist, und TaK2, die durch (1 – c) × TaK gegeben ist, unterteilt. Zu Beginn des Motorbetriebs wird eine gegebene Kraftstoffmenge weder in einer nicht unterteilten Ansaugtakteinspritzung noch in einer nicht unterteilten Kompressionstakteinspritzung eingespritzt, und gleichzeitig wird sowohl die Impulsbreite der nicht unterteilten Ansaugtakteinspritzung TaK3 als auch die Impulsbreite der nicht unterteilten Kompressionstakteinspritzung TaD gleich 0 (null) gesetzt. Danach werden beim Schritt S105 die Teileinspritzzeitpunkte s1 und s2 für die frühe bzw. die späte Teileinspritzung bestimmt. Wie in 6 durch (b) dargestellt ist, sind die Zeitpunkte der frühen und späten Teileinspritzung s1 und s2 vorherbestimmt. Das heißt, der Zeitpunkt s1 für die frühe Teileinspritzung wird durch einen Drehwinkel der Kurbelwelle 7 in einer frühen Hälfte eines Ansaugtaktes und insbesondere bei einem Kurbelwinkel von 45 bis 50 Grad vor dem oberen Totpunkt in einem Ansaugtakt festgelegt, und der Zeitpunkt für den Beginn der späten Teileinspritzung liegt an einem Punkt s2 in einer späteren Hälfte des Ansaugtakts und insbesondere bei einem Kurbelwinkel von 100 bis 120 Grad nach dem oberen Totpunkt im Ansaugtakt. Nach der Bestimmung der Zeitpunkte der frühen und späten Teileinspritzung s1 und s2 beim Schritt S105 wird beim Schritt S117 entschieden, ob der frühe Teileinspritzzeitpunkt s1 für die frühe Teileinspritzung vorliegt. Nachdem am Schritt S117 bis zum Zeitpunkt für die frühe Teileinspritzung s1 gewartet wurde, wird beim Schritt S118 der Kraftstoffeinspritzdüse 14 ein Impuls zum Öffnen übertragen, um die Kraftstoffmenge zuzuführen, die von der Impulsbreite der frühen Teileinspritzung TaK1 abhängt. Auf die gleiche Weise wird anschließend beim Schritt S119 entschieden, ob der späte Teileinspritzzeitpunkt s2 für die späte Teileinspritzung vorliegt. Nachdem am Schritt S119 bis zum Zeitpunkt für die späte Teileinspritzung s2 gewartet wurde, wird beim Schritt S120 der Kraftstoffeinspritzdüse 14 ein Impuls zum Öffnen übertragen, um die Kraftstoffmenge zuzuführen, die von der Impulsbreite der späten Teileinspritzung TaK2 abhängt. Nach dem Abschluss der späten Teileinspritzung beim Schritt S120 kehrt die Flussdiagrammlogik zum Neustart der Programmabfolge zurück.
Ist andererseits das Ergebnis der Entscheidung beim Schritt S102 hinsichtlich eines Motorstarts negativ, dann wird beim Schritt S106 eine weitere Entscheidung getroffen, ob die Kühlwassertemperatur Tw höher ist als ein vorgeschriebener Wert Two, d.h., ob sich der Motor 1 in einem Warmzustand befindet. Ist das Ergebnis bestätigend, dann wird am Schritt S107 noch eine weitere Entscheidung getroffen, ob der Betriebszustand des Motors im mageren Schichtladungsbereich (I) für eine niedrigere Motorlast und mittlere bis höhere Motordrehzahlen der in 2 dargestellten Karte zur Kraftstoffladungssteuerung für den Warmbetrieb des Motors liegt. Liegt der Betriebszustand des Motors oder die Motorlast und die Drehzahl im mageren Schichtladungsbereich (I), dann wird beim Schritt S108 eine Impulsbreite der nicht unterteilten Kompressionstakteinspritzung TaD für die magere Schichtladungsverbrennung berechnet. Im mageren Schichtladungsbereich (I) wird weder eine unterteilte Einspritzung noch eine nicht unterteilte Ansaugtakteinspritzung ausgeführt, beide Impulsbreiten der unterteilten Einspritzung Tak1 und Tak2 sowie die Impulsbreite der nicht unterteilten Ansaugtakteinspritzung TaK3 werden im Schritt S109 gleich 0 (null) gesetzt. Danach wird am Schritt S110 der Zeitpunkt einer nicht unterteilten Kompressionstakteinspritzung s3 bestimmt. Wie es durch (a) in 6 dargestellt wird, ist der Zeitpunkt der nicht unterteilten Kompressionstakteinspritzung s3 vorherbestimmt. Das heißt, der Zeitpunkt der nicht unterteilten Kompressionstakteinspritzung s3 wird in eine spätere Hälfte eines Kompressionstaktes gelegt. Darauf folgend wird beim Schritt S111 entschieden, ob der Einspritzzeitpunkt s3 für die nicht unterteilte Kompressionstakteinspritzung vorliegt. Nachdem beim Schritt S111 bis zum Zeitpunkt s3 der nicht unterteilten Kompressionstakteinspritzung gewartet wurde, wird beim Schritt S112 der Kraftstoffeinspritzdüse 14 ein Impuls zum Öffnen übertragen, um die Kraftstoffmenge zuzuführen, die von der Impulsbreite der nicht unterteilten Kompressionstakteinspritzung TaD abhängt. Nach dem Abschluss der nicht unterteilten Kompressionstakteinspritzung kehrt die Flussdiagrammlogik zum Neustart der Programmabfolge zurück.
Ist das Ergebnis der Entscheidung am Schritt S107 hinsichtlich des Motorbetriebszustandes negativ, dann wird anschließend beim Schritt S113 weiter entschieden, ob der Motorbetriebszustand im mageren Homogenladungsbereich (II) für eine niedrigere Motorlast und niedrigere bis mittlere Motordrehzahlen der in 2 dargestellten Karte zur Kraftstoffladungssteuerung für den Warmbetrieb des Motors liegt. Liegt der Betriebszustand des Motors oder Motorlast und Drehzahl im mageren Homogenladungsbereich (II), dann wird beim Schritt S114 eine Einspritzimpulsbreite TaK für die magere Homogenladungsverbrennung berechnet. Die gegebene Kraftstoffmenge wird beim Schritt S115 in zwei Teile für die frühe und die späte Teileinspritzung aufgeteilt, die in einem Ansaugtakt gemäß einem Teilungsverhältnis ausgeführt werden, das durch einen Teilungsfaktor a (1 > 0) gegeben ist. Die Einspritzimpulsbreite TaK wird in eine Impulsbreite der frühen Teileinspritzung TaK1, die durch a × TaK gegeben ist, und eine Impulsbreite der späten Teileinspritzung TaK2, die durch (1 – a) × TaK gegeben ist, unterteilt. Im mageren Homogenladungsbereich (II) wird die gegebene Kraftstoffmenge weder in einer nicht unterteilten Ansaugtakteinspritzung noch in einer nicht unterteilten Kompressionstakteinspritzung eingespritzt, und folglich wird sowohl die Impulsbreite der nicht unterteilten Ansaugtakteinspritzung TaK3 als auch die Impulsbreite der nicht unterteilten Kompressionstakteinspritzung TaD gleich 0 (null) gesetzt. Danach werden beim Schritt S116 die Zeitpunkte der frühen und späten Teileinspritzung s1 und s2 bestimmt, wie es durch (b) in 6 gezeigt wird. Nachdem beim Schritt S117 bis zum Zeitpunkt s1 der frühen Teileinspritzung gewartet wurde, wird beim Schritt S118 der Kraftstoffeinspritzdüse 14 ein Impuls zum Öffnen übertragen, um die Kraftstoffmenge zuzuführen, die von der Impulsbreite der frühen Teileinspritzung TaK1 abhängt. Auf die gleiche Weise wird dann, wenn beim Schritt S119 bis zum Zeitpunkt s2 der späten Teileinspritzung gewartet wurde, der Kraftstoffeinspritzdüse 14 beim Schritt S120 ein Impuls zum Öffnen übertragen, um die Kraftstoffmenge zuzuführen, die von der Impulsbreite der späten Teileinspritzung TaK2 abhängt. Nach dem Abschluss der späten Teileinspritzung beim Schritt S120 kehrt die Flussdiagrammlogik zum Neustart der Programmabfolge zurück.
Liegt der Betriebszustand des Motors außerhalb des mageren Homogenladungsbereiches (II), dann wird anschließend beim Schritt S121 weiter entschieden, ob der Motorbetriebszustand im angereicherten Homogenladungsbereich (III) für eine mittlere bis höhere Motorlast und niedrigere bis höhere Motordrehzahlen der in 2 dargestellten Karte zur Kraftstoffladungssteuerung für den Warmbetrieb des Motors liegt. Liegt der Betriebszustand des Motors oder Motorlast und Drehzahl im angereicherten Homogenladungsbereich (III), dann wird beim Schritt S122 eine Einspritzimpulsbreite TaK für die angereicherte Homogenladungsverbrennung berechnet. Die gegebene Kraftstoffmenge wird beim Schritt S123 in zwei Teile für die frühe und die späte Teileinspritzung aufgeteilt, die in einem Ansaugtakt gemäß einem Teilungsverhältnis ausgeführt werden, das durch einen Teilungsfaktor b (1 > 0) gegeben ist. Die Einspritzimpulsbreite TaK wird in eine Impulsbreite der frühen Teileinspritzung TaK1, die durch b × TaK gegeben ist, und eine Impulsbreite der späten Teileinspritzung TaK2, sie durch (1 – b) × TaK gegeben ist, unterteilt. Im angereicherten Homogenladungsbereich (III) wird die gegebene Kraftstoffmenge weder in einer nicht unterteilten Ansaugtakteinspritzung noch in einer nicht unterteilten Kompressionstakteinspritzung eingespritzt, und folglich wird sowohl die Impulsbreite der nicht unterteilten Ansaugtakteinspritzung TaK3 als auch die Impulsbreite der nicht unterteilten Kompressionstakteinspritzung TaD gleich 0 (null) gesetzt. Auf die gleiche Weise wie im mageren Homogenladungsbereich (II) werden beim Schritt S124 die Zeitpunkte der frühen und späten Teileinspritzung s1 und s2 bestimmt, wie es durch (b) in 6 gezeigt wird. Nachdem beim Schritt S117 bis zum Zeitpunkt s1 der frühen Teileinspritzung gewartet wurde, wird beim Schritt S118 der Kraftstoffeinspritzdüse 14 ein Impuls zum Öffnen übertragen, um die Kraftstoffmenge zuzuführen, die von der Impulsbreite der frühen Teileinspritzung TaK1 abhängt. Auf die gleiche Weise wird dann, wenn beim Schritt S119 bis zum Zeitpunkt s2 der späten Teileinspritzung gewartet wurde, der Kraftstoffeinspritzdüse 14 beim Schritt S120 ein Impuls zum Öffnen übertragen, um die Kraftstoffmenge zuzuführen, die von der Impulsbreite der späten Teileinspritzung TaK2 abhängt. Nach einem Abschluss der späten Teileinspritzung beim Schritt S120 kehrt die Flussdiagrammlogik zum Neustart der Programmabfolge zurück.
Ist das Ergebnis der Entscheidung hinsichtlich der angereicherten Homogenladungsverbrennung negativ, dann zeigt dies an, dass der Betriebszustand des Motors entweder im angereicherten Homogenladungsbereich (IV) für eine höhere Motorlast und höhere Motordrehzahlen oder im angereicherten Homogenladungsbereich (V) für eine niedrigere Motorlast und mittlere bis höhere Motordrehzahlen liegt, und dann wird beim Schritt S126 eine Einspritzimpulsbreite TaK für die ange reicherte Homogenladungsverbrennung berechnet. Im Bereich (IV) oder (V) wird die gegebene Kraftstoffmenge insgesamt auf einmal in einem Ansaugtakt eingespritzt, und beim Schritt S127 wird die Einspritzimpulsbreite TaK als eine Einspritzimpulsbreite der nicht unterteilten Ansaugtakteinspritzung TaK3 verwendet. Gleichzeitig werden sowohl die Impulsbreiten der Teileinspritzungen Tak1 und Tak2 als auch die Impulsbreite der nicht unterteilten Kompressionstakteinspritzung TaD gleich 0 (null) gesetzt. Danach wird beim Schritt S128 der Zeitpunkt einer nicht unterteilten Ansaugtakteinspritzung s4 bestimmt. Wie durch (c) in 6 gezeigt wird, ist der Zeitpunkt der nicht unterteilten Ansaugtakteinspritzung s4 vorherbestimmt. Das heißt, der Zeitpunkt der nicht unterteilten Ansaugtakteinspritzung s4 wird so gelegt, dass die nicht unterteilte Ansaugtakteinspritzung etwa in der Mitte eines Ansaugtaktes beginnt. Nachdem anschließend beim Schritt S129 bis zum Zeitpunkt der nicht unterteilten Ansaugtakteinspritzung s4 gewartet wurde, wird beim Schritt S130 der Kraftstoffeinspritzdüse 14 ein Impuls zum Öffnen übertragen, um die Kraftstoffmenge zuzuführen, die von der Impulsbreite der nicht unterteilten Ansaugtakteinspritzung TaK3 abhängt. Nach einem Abschluss der nicht unterteilten Ansaugtakteinspritzung kehrt die Flussdiagrammlogik zum Neustart der Programmabfolge zurück.
Ist ferner das Ergebnis der Entscheidung beim Schritt S106 hinsichtlich der Kühlwassertemperatur Tw negativ, dann zeigt das an, dass der Motor 1 noch in einem Kaltzustand ist, und dann wird anschließend beim Schritt S125 eine weitere Entscheidung getroffen, ob der Betriebszustand des Motors im angereicherten Homogenladungsbereich (A) für eine mittlere bis höhere Motorlast der in 3 dargestellten Karte zur Kraftstoffladungssteuerung für den Kaltzustand des Motors liegt. Liegt der Betriebszustand des Motors oder Motorlast und Drehzahl in der angereicherten Homogenladungszone (A), dann werden die Schritte S122-S124 sowie S117 bis S120 für das Auslösen einer frühen und einer späten Teileinspritzung in einem Ansaugtakt ausgeführt, um die gegebenen Kraftstoffmengen in Abhängigkeit von den Impulsbreiten der frühen und späten Teileinspritzung TaK1 und TaK2 zuzuführen.
Ist andererseits das Ergebnis der Entscheidung beim Schritt S125 hinsichtlich des Betriebszustandes des Motors negativ, dann zeigt dies an, dass der Betriebszustand des Motors entweder im angereicherten Homogenladungsbereich (B) für eine geringere Motorlast oder im angereicherten Homogenladungsbereich (C) für eine höhere Motorlast und höhere Motordrehzahlen liegt, und dann wird eine gegebene Kraftstoffmenge in einer nicht unterteilten Ansaugtakteinspritzung eingespritzt. Beim Schritt S126 wird eine Einspritzimpulsbreite TaK für die angereicherte Homogenladungsverbrennung berechnet und beim Schritt S127 als eine Einspritzimpulsbreite der nicht unterteilten Ansaugtakteinspritzung TaK3 verwendet. Gleichzeitig werden sowohl die Impulsbreiten der Teileinspritzungen Tak1 und Tak2 als auch die Impulsbreite der nicht unterteilten Kompressionstakteinspritzung TaD gleich 0 (null) gesetzt. Nachdem beim Schritt S129 bis zum Zeitpunkt der nicht unterteilten Ansaugtakteinspritzung s4 gewartet wurde, wird beim Schritt S130 der Kraftstoffeinspritzdüse 14 ein Impuls zum Öffnen übertragen, um die Kraftstoffmenge zuzuführen, die von der Impulsbreite der nicht unterteilten Ansaugtakteinspritzung TaK3 abhängt. Nach einem Abschluss der nicht unterteilten Ansaugtakteinspritzung kehrt die Flussdiagrammlogik zum Neustart der Programmabfolge zurück.
In dem Motorbetriebssteuerungssystem gemäß der obigen Ausführungsform wird der mittlere Punkt m zwischen den Zeitpunkten der frühen und späten Teileinspritzung s1 und s2 vor den mittleren Punkt eines Ansaugtakts gelegt, der bei einem Kurbelwinkel von 90 Grad nach dem oberen Totpunkt liegt. Jeder Aufteilungsfaktor des Einspritzimpulses a, b, c wird näherungsweise gleich 0,5 gesetzt, wodurch eine gegebene Kraftstoffmenge in zwei genaue Hälften für die frühe und die späte Teileinspritzung aufgeteilt wird.
Beim Betrieb des Motorsteuerungssystems gemäß der obigen Ausführungsform der Erfindung wird unmittelbar nach einem Start des Motors eine gegebene Kraftstoffmenge in zwei Teile aufgeteilt und durch eine frühe und späte Teileinspritzung in einem Ansaugtakt eingespritzt, wie es durch (c) in 6 dargestellt ist. Während des Leerlaufs beim Motorstart wird, solange eine Überwachung des Motors 1 ergibt, dass er sich noch in einem Kaltzustand mit einer Kühlwassertemperatur Tw geringer als der vorgeschriebene Wert Two und im angereicherten Homogenladungsbereich (B) für eine niedrigere Motorlast oder im angereicherten Homogenladungsbereich (C) für eine höhere Motorlast und höhere Motordrehzahlen befindet, eine gegebene Kraftstoffmenge insgesamt auf einmal in einem Ansaugtakt eingespritzt, wie es durch (c) in 6 dargestellt ist. Ferner wird während des Kaltbetriebs des Motors, wenn der Motor 1 im angereicherten Homogenladungsbereich (A) für eine mittlere bis höhere Motorlast arbeitet, eine gegebene Kraftstoffmenge in zwei Teile aufgeteilt und durch eine frühe und späte Teileinspritzung in einem Ansaugtakt eingespritzt, wie es durch (b) in 6 dargestellt ist.
Nachdem die Kühlwassertemperatur Tw den vorgeschriebenen Wert Two erreicht hat oder der Motor im Warmbetrieb läuft, wird eine gegebene Kraftstoffmenge in zwei Teile aufgeteilt und durch eine frühe und späte Teileinspritzung in einem Ansaugtakt eingespritzt, wie es durch (b) in 6 dargestellt ist, wenn der Motor 1 im mageren Homogenladungsbereich (II) für eine niedrigere bis mittlere Motorlast und niedrigere bis mittlere Motordrehzahlen oder im angereicherten Homogenladungsbereich (III) für eine mittlere bis höhere Motorlast arbeitet. Andererseits wird eine gegebene Kraftstoffmenge insgesamt auf einmal in einem Kompressionstakt eingespritzt, wie es durch (a) in 6 dargestellt ist, wenn der Motor 1 im mageren Schichtladungsbereich (I) für eine niedrigere Motorlast und niedrigere bis höhere Motordrehzahlen arbeitet, oder in einem Ansaugtakt, wie es durch (c) in 6 dargestellt ist, wenn der Motor 1 in der angereicherten Homogenladungszone (IV) für eine höhere Motorlast und höhere Motordrehzahlen oder in der angereicherten Homogenladungszone (V) für eine niedrigere Motorlast und mittlere bis höhere Motordrehzahlen arbeitet. Ferner wird, solange der Motor in dem Bereich arbeitet, in dem eine gegebene Kraftstoffmenge durch eine frühe und eine späte Teileinspritzung in einem Ansaugtakt eingespritzt wird, d.h. entweder im angereicherten Homogenladungsbereich (A) oder im mageren Homogenladungsbereich (II) oder im angereicherten Homogenladungsbereich (III), das AGR-Ventil 39 so betätigt, dass es Abgas in der Abgasleitung 31 zum Teil in einen angesaugten Luftstrom in der Ansaugleitung 25 einleitet. Praktisch ist die Abgasrückführungs(AGR)-Rate ziemlich niedrig, solange der Motor mit einer höheren Last in der angereicherten Homogenladungszone (A) und der angereicherten Homogen ladungszone (III) arbeitet. Wie in 4 dargestellt ist, kann das AGR-Ventil 39 in dem höheren Lastbereich geschlossen sein.
Wenn eine gegebene Kraftstoffmenge in zwei Teile aufgeteilt und in zwei Schritten durch eine frühe und eine späte Teileinspritzung in einem Ansaugtakt eingespritzt wird, dann hat sich der Kraftstoffanteil, der durch die frühe Teileinspritzung eingespritzt wurde, mit einer Vergrößerung des Volumens des Verbrennungsraumes 6, die eine Folge einer Abwärtsbewegung des Kolbens 5 ist, vor der späten Teileinspritzung homogen im Verbrennungsraum 6 verteilt. Anschließend wird der Kraftstoffanteil, der durch die späte Teileinspritzung eingespritzt wird, verteilt, so dass eine homogene Verteilung eines Luft-Kraftstoff-Gemischs im gesamten Verbrennungsraum 6 erreicht wird. Das heißt, die unterteilte Einspritzung gewährleistet eine homogene Verteilung eines Luft-Kraftstoff-Gemischs im gesamten Verbrennungsraum 6, ohne das Durchschlagvermögen eines Kraftstoffeinspritzens zu erhöhen. Die frühe und die späte Teileinspritzung, die als Ganzes ein wenig zu einem frühen Abschnitt eines Ansaugtaktes hin verschoben sind, verhindern oder reduzieren beträchtlich ein Anhaften des durch die späte Teileinspritzung eingespritzten Kraftstoffes an der Seitenwand der Zylinderbohrung 2, wenn sich der Kolben 5 dem unteren Totpunkt nähert oder am Ende eines Ansaugtakts, was immer hinsichtlich einer homogenen Kraftstoffverteilung im Verbrennungsraum 6 erwünscht ist. Insbesondere wird mit einem Herabsetzen des Durchschlagvermögens durch die unterteilte Einspritzung verhindert, dass der eingespritzte Kraftstoff an der Seitenwand der Zylinderbohrung 2 haftet. Außerdem ist eine lange Zeitspanne vor der Zündung des Kraftstoffs vorgesehen, in welcher der Kraftstoff eingespritzt werden und verdampfen kann, und das zurückgeführte Abgas erhöht die Temperatur der Luft, die in die Ansaugleitung 28 eingeleitet wird, wodurch der Kraftstoffsprühnebel erwärmt wird, so dass die Verdampfung des Kraftstoffs noch weiter beschleunigt wird. Das Luftstromsteuerventil 30 wird so betätigt, dass es angesaugte Luft nur durch einen der Ansauganschlüsse 12 in den Verbrennungsraum 6 einlässt, was zur Folge hat, dass in der angesaugten Luft ein Wirbel entsteht, der ein beschleunigtes homogenes Verteilen des Kraftstoffs und ein beschleunigtes Verdampfen des Kraftstoffs im Verbrennungsraum 6 zur Folge hat. Der sich wechselseitig verstärkende Einfluss einer Beschleunigung des homoge nen Verteilens des Kraftstoffs und eines Verdampfens von Kraftstoff führt zu einem starken Anwachsen der Verbrennungsgeschwindigkeit, so dass sich der spezifische Kraftstoffverbrauch wegen einer Abnahme der Verbrennungsdauer und einer Zunahme der Verbrennungsstabilität des Motors 1 verbessert.
Für einen empirischen Nachweis des Umfangs der Verbesserung der Verbrennungsstabilität wurden Messungen der Verbrennungsstabilität und der Veränderungen des spezifischen Kraftstoffverbrauchs derart ausgeführt, dass bei einem Aufteilen einer gegebenen Kraftstoffmenge auf zwei nahezu gleiche Teile für die frühe und die späte Teileinspritzung die frühe Teileinspritzung auf einen Punkt s1 in einem frühen Stadium eines Ansaugtakts fixiert und der Zeitpunkt für den Beginn der späten Teileinspritzung auf einen Punkt s2 gelegt wurde, der in einer Zeitspanne variabel ist, die zwischen einem Ansaugtakt und einem darauf folgenden Kompressionstakt liegt. Das Ergebnis der Messungen ist in den 7(A) und 7(B) dargestellt.
Mit Bezug auf 7(A), welche die Variation des Koeffizienten des angezeigten mittleren effektiven Drucks (Variation des Pi-Koeffizienten) zeigt, wird nachgewiesen, dass bei einem Vorziehen des Zeitpunktes der frühen Teileinspritzung s1 die Variation des Pi-Koeffizienten sowie der spezifische Kraftstoffverbrauch abnehmen. Genauer gesagt werden dann, wenn der Zeitpunkt für den Beginn der frühen Teileinspritzung bei einem Punkt s1 liegt, bevor ein Kurbelwinkel von 120° nach dem oberen Totpunkt erreicht ist, d.h. bei einem Punkt in einem frühen bis zu einem mittleren Abschnitt eines Ansaugtakts, sowohl die Variation des Pi-Koeffizienten als auch der spezifische Kraftstoffverbrauch im Vergleich zu dem Fall, in dem eine gegebene Kraftstoffmenge durch eine nicht unterteilte Einspritzung eingespritzt wird, stärker herabgesetzt. Die Variation des Pi-Koeffizienten und der spezifische Kraftstoffverbrauch werden stark herabgesetzt, wenn der Zeitpunkt der späten Teileinspritzung s2 vorgezogen wird. Dementsprechend werden in einem Bereich, in dem die gegebene Kraftstoffmenge und folglich eine Einspritzimpulsbreite klein ist, wie z.B. in den Motorbetriebsbereichen mit geringer Last und niedriger Drehzahl, die Variation des Pi-Koeffizienten sowie der spezifische Kraftstoffverbrauch sogar noch stärker herabgesetzt, wenn die späte Teilein spritzung so weit vorgezogen wird, dass sie vor einem Kurbelwinkel von 120° nach dem oberen Totpunkt endet.
Wie es durch (b) in 8 gezeigt ist, wird dann, wenn der mittlere Punkt des Zeitraums einer späten Teileinspritzung auf einen Punkt gelegt wird, bei dem der Kolben 5 seine höchste Abwärtsgeschwindigkeit vor der Mitte M eines Ansaugtakts erreicht hat, z.B. auf einen Kurbelwinkel von 86° nach dem oberen Totpunkt, die späte Teileinspritzung in einem Zustand ausgeführt, in dem sich der Kolben mit der höchsten Geschwindigkeit nach unten bewegt, was bewirkt, dass ein angesaugter Luftstrom mit der höchsten Geschwindigkeit eintritt, ein Kraftstoffsprühnebel von der späten Teileinspritzung durch den angesaugten Luftstrom im Verbrennungsraum 6 homogen verteilt wird, was eine Verbesserung der Verbrennungsstabilität und des spezifischen Kraftstoffverbrauchs zur Folge hat. In diesem Beispiel liegt der Zeitpunkt der frühen Teileinspritzung s1 bei einem Kurbelwinkel von 20° nach dem oberen Totpunkt, und der Zeitpunkt der späten Teileinspritzung s2 ist auf einen Kurbelwinkel von 70° nach dem oberen Totpunkt festgelegt.
Der Ausführungsform entsprechend bringt die wesentliche Verbesserung der Verbrennungsstabilität eine Zunahme der Menge des zurückgeführten Abgases mit sich, die im Vergleich mit der Kraftstoffladungssteuerung vom Stande der Technik sehr groß ist. Um die Verbesserung der Variation des Pi-Koeffizienten als Folge der unterteilten Einspritzsteuerung der Erfindung nachzuweisen, wurden Messungen der Variation des Pi-Koeffizienten als Folge einer Veränderung der Abgasrückführungs(AGR)-Rate in einem Bereich von 0 bis 60 % mit Bezug auf den Fall ausgeführt, in welchem der Motor 1 mit einem stöchiometrischen Gemisch betrieben wurde. Das Ergebnis ist in 9 zusammen mit der Variation des Pi-Koeffizienten, die sich bei einer nicht unterteilten Einspritzsteuerung ergibt, dargestellt. Wie ersichtlich ist damit nachgewiesen, dass die Variation des Pi-Koeffizienten bei einer unterteilten Einspritzung wesentlich stärker anwächst als bei einer nicht unterteilten Einspritzung oder bei einer Kraftstoffeinspritzung durch die Anschlussstelle. Genauer gesagt liegt bei der Kraftstoffeinspritzung durch die Anschlussstelle, bei der eine gegebene Kraftstoffmenge insgesamt auf einmal in einen Ansauganschluss zugeführt wird, der obere Grenzwert der Abgasrückfüh rungs(AGR)-Rate bei ungefähr 20 % oder etwas darüber. Wird der obere Grenzwert der Abgasrückführung (AGR) überschritten, dann kommt es zu Überreaktionen des Motors 1 bei Veränderungen der Verbrennung, was immer eine deutliche Verschlechterung des Fahrverhaltens hervorruft. Aus diesem Grunde muss der obere Grenzwert der Abgasrückführungs(AGR)-Rate unter Berücksichtigung von Schwankungen in der Menge des tatsächlich zurückgeführten Abgases wegen einer Verzögerung beim Betrieb des AGR-Ventils 39 auf Werte zwischen ungefähr 10 und 15 % gelegt werden. Für den Fall eines Motors 1 mit Direkteinspritzung und Funkenzündung, in welchem der Kraftstoff direkt in den Verbrennungsraum 6 eingespritzt wird, erhöht die nicht unterteilte Einspritzung den oberen Grenzwert der Abgasrückführungs(AGR)-Rate auf Werte von 40 % oder darüber, und es ist erlaubt, die Abgasrückführungs(AGR)-Rate auf ungefähr 25 % festzulegen. Die frühe und späte Teileinspritzung erhöhen den oberen Grenzwert der Abgasrückführungs(AGR)-Rate auf mehr als 60 %. Selbst unter Berücksichtigung der tatsächlichen Schwankungen in der Menge des zurückgeführten Abgases ist es erlaubt, die Abgasrückführungs(AGR)-Rate auf ungefähr 40 % zu legen. Während für Abgasrückführungs(AGR)-Raten kleiner als 40 % der spezifische Kraftstoffverbrauch wegen einer Zunahme des in den angesaugten Luftstrom eingeleiteten Abgases, die mit einer Abnahme des Pumpverlustes des Motors 1 verbunden ist, abnimmt, kommt es für Abgasrückführungs(AGR)-Raten von mehr als 40 % zu einer Verschlechterung der Verbrennung, die immer mit einer Verschlechterung des spezifischen Kraftstoffverbrauchs verbunden ist. Der Emissionsgrad von NOx nimmt schrittweise, aber steil ab, wenn die Menge des zurück geführten Abgases in dem Bereich der Abgasrückführungs(AGR)-Raten zwischen 0 und 40 % zunimmt.
Solange die Verbrennungsstabilität des Motors 1 durch die unterteilte Einspritzsteuerung beträchtlich verbessert wird, werden gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform im mageren Homogenbereich (II) für eine niedrigere bis mittlere Motorlast und niedrigere bis mittlere Motordrehzahlen die Verbesserung des spezifischen Kraftstoffverbrauchs und eine beträchtliche Abnahme der Menge des gebildeten NOx erreicht, indem das AGR-Ventil 39 so gesteuert wird, dass Abgas mit einer Abgasrückführungs(AGR)-Rate von mehr als 20 %, z.B. mit einer maxi malen Abgasrückführungs(AGR)-Rate von 40 %, zugeführt wird. Gleichermaßen werden im angereicherten Homogenbereich (III) für eine mittlere bis höhere Motorlast die Verbesserung des spezifischen Kraftstoffverbrauchs und eine beträchtliche Abnahme der Menge des gebildeten NOx durch Ausführen einer unterteilten Einspritzsteuerung und Zurückführen von Abgas mit einer Abgasrückführungs(AGR)-Rate von mehr 20 %, z.B. mit einer maximalen Abgasrückführungs(AGR)-Rate von 40 %, erreicht.
10 zeigt die Menge des gebildeten NOx in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit bei konkreten Fahrtests eines Fahrzeugs, in dem der mit dem erfindungsgemäßen Kraftstoffladungssteuerungssystem ausgestattete Motor 1 eingebaut war. In 10 ist die Menge des gebildeten NOx, das bei einer nicht unterteilten Einspritzung entsteht, mit einer durchgezogenen Linie gekennzeichnet, und die Menge des bei einer unterteilten Einspritzung gebildeten NOx ist durch eine gestrichelte Linie gekennzeichnet. Bei den Tests wurde die unterteilte Einspritzung in Verbindung mit der Abgasrückführung nur in der angereicherten Homogenladungszone (III) während des Beschleunigens ausgeführt. Das bei den Tests verwendete Fahrzeug war mit einem doppelschichtigen NOx-Umwandlungskatalysator ausgerüstet, der über eine NOx adsorbierende Katalysatorschicht und eine Schicht zur katalytischen Reduktion von NOx in der Abgasleitung aufwies.
Mit 10 wird nachgewiesen, dass bei einer Beschleunigung des Fahrzeuges, wie sie durch die fetten Linienteile angezeigt wird, die Menge des gebildeten NOx stärker herabgesetzt wird, wenn eine gegebene Kraftstoffmenge über eine frühe und eine späte Teileinspritzung in Verbindung mit der Rückführung einer großen Abgasmenge zugeführt wird, als wenn die gegebene Kraftstoffmenge insgesamt auf einmal über eine nicht unterteilte Einspritzung zugeführt würde. Nach einer zweiten Beschleunigung des Fahrzeugs wird trotz einer Temperaturerhöhung des mageren NOx-Umwandlungskatalysators 34 und einer anschließenden Erhöhung der Abgastemperatur infolge des Fahrzeugbetriebs bei hohen Drehzahlen, was zu einem wachsenden NOx-Emissionsgrad führt, der Emissionsgrad von NOx beim Ausführen der unterteilten Einspritzung dennoch im Vergleich zur nicht unterteilten Einspritzung stärker abgesenkt, weil der magere NOx-Umwandlungskatalysator 34 als Folge der Beschleunigung vor dem Laufen mit hohen Drehzahlen ausreichend aufgefrischt ist.
11 zeigt eine Karte zur Kraftstoffladungssteuerung für den Kaltbetrieb eines Motors, die ähnlich zu der in 2 dargestellten ist, jedoch einen angereicherten Homogenladungsbereich (IV) aufweist, der sich über einem angereicherten Homogenladungsbereich (III) erstreckt. Wenn die Karte zur Kraftstoffladungssteuerung für die Kraftstoffladungssteuerung, die in den 5(A) bis 5(D) dargestellt ist, verwendet wird, dann wird die Abgasrückführungssteuerung betätigt, solange der Motor in dem in 4 dargestellten AGR-Bereich arbeitet, der den mageren Schichtladungsbereich (I), den mageren Homogenladungsbereich (II) und den angereicherten Homogenladungsbereich (II) umfasst.
12 zeigt eine Karte zur Kraftstoffladungssteuerung für den Kaltbetrieb des Motors, die zweckmäßig zur Kraftstoffladungssteuerung eines Direkteinspritz-Funkenzündungsmotors in einer Ausführung verwendet wird, in der die Schichtladungsverbrennung nicht ausgeprägt ist. Wie in 12 gezeigt wird, ist die Karte zur Kraftstoffladungssteuerung ähnlich zu der in 11 dargestellten, definiert aber eine sich über die möglichen Motordrehzahlen erstreckende angereicherte Homogenladungszone (V), in der eine nicht unterteilte Einspritzung ausgeführt wird, während sie keine magere Schichtladungszone(I) aufweist. Für diese Ausführung eines Direkteinspritz-Funkenzündungsmotors ist es nicht nötig, dass der Kolben mit einer Kopfhöhlung ausgestattet ist, und folglich wird eine Abnahme des Wärmeverlustes erreicht.
Das erfindungsgemäße Motorsteuerungssystem kann für andere Motoren als diejenigen eingesetzt werden, welche als Magerverbrennungsmotoren bezeichnet werden, d.h. Motoren, die mit einer stöchiometrischen Kraftstoffladung in einem Teillastbereich des Motors und mit einer angereicherten Kraftstoffladung in einem Volllastbereich des Motors betrieben werden, oder Motoren, die mit einer stöchiometrischen Kraftstoffladung für alle möglichen Motorlasten betrieben werden. In diesen Fällen werden der spezifische Brennstoffverbrauch und die Entstehung vom NOx durch Heraufsetzen des Grenzwertes der Abgasrückführungsrate ver ringert. Außerdem kann ein solcher Motor mit einem Dreiwegekatalysator anstelle eines Mager-NOx-Umwandlungskatalysators ausgerüstet sein.

Claims

Motorsteuerungssystem für eine Direkteinspritz-Funkenzündungsausführung eines Motors (1), das ausgestattet ist mit einer Kraftstoffeinspritzdüse (11) zum unmittelbaren Einspritzen des Kraftstoffs in einen Verbrennungsraum (6), mit Motorbetriebszustandsüberwachungshilfsmitteln (27, 44) zum Überwachen der Motorbetriebszustände, mit Abgasrückführungshilfsmitteln (37) zur teilweisen Rückführung des Abgases in eine Ansaugleitung (25) für ein Steuern einer Kraftstoffmenge, welche durch die Kraftstoffeinspritzdüse (11) zugeführt wird, und mit Kraftstoffeinspritzsteuerungshilfsmitteln (41) zum Aufteilen der gegebenen Kraftstoffmenge in zwei Teile, während die Abgasrückführungshilfsmittel (37) Abgas in die Ansaugleitung (25) einleiten, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftstoffeinspritzsteuerungshilfsmittel (41) die zwei Teile des Kraftstoffs mit Unterbrechungen in frühen bzw. späten Teileinspritzungen (TaK1, TaK2) in einem Ansaugtakt eines Zylinderkolbens (5) zuführen und die Kraftstoffeinspritzdüse (11) so steuern, dass ein Punkt in der Mitte zwischen den Zeitpunkten s1, s2, bei denen die frühe bzw. die späte Teileinspritzung begonnen wird, vor einem mittleren Punkt (einem Kurbelwinkel von 90°) eines Ansaugtakts des Zylinderkolbens (5) liegt.
Motorsteuerungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Mager-NOx-Umwandlungskatalysator (34) in einer Abgasleitung angeordnet ist, um einen Emissionsgrad von Stickoxiden (NOx) im Abgas bei einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis von λ < 1 herabzusetzen, wobei das Mo torsteuerungssystem den Motor so steuert, dass eine Schichtladungsverbrennung in einem Bereich mit einer niedrigeren Motorlast und eine Homogenladungsverbrennung in einem anderen Bereich außerhalb des Bereichs mit der niedrigeren Motorlast erzeugt wird.
Motorsteuerungssystem nach Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasrückführungshilfsmittel (37) Abgas in die Ansaugleitung (25) einleiten, solange die Überwachung des Motors (1) ergibt, dass er sich in einem Motorlastbereich außerhalb der mittleren bis höheren Motorlast befindet.
Motorsteuerungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Zeitpunkt für den Beginn der späten Teileinspritzung auf einen Punkt (s2) in einem ersten oder einem mittleren Abschnitt von drei ungefähr gleichen Abschnitten eines Ansaugtakts des Zylinderkolbens (5) gelegt wird.
Motorsteuerungssystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Zeitpunkt für das Ende der späten Teileinspritzung auf einen Punkt in einem ersten oder einem mittleren Abschnitt von drei ungefähr gleichen Abschnitten eines Ansaugtakts des Zylinderkolbens (5) gelegt wird, solange der Motor (1) in einem Niedrigdrehzahlbereich ist.
Motorsteuerungssystem nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeit für einen mittleren Punkt der späten Teileinspritzung so gewählt wird, dass er vor dem mittleren Punkt eines Ansaugtakts des Zylinderkolbens (5) liegt, bei dem der Zylinderkolben eine maximale Abwärtsgeschwindigkeit erreicht.
Motorsteuerungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasrückführungshilfsmittel (37) Abgas mit einem Abgasrückführungsverhältnis von 10 bis 40 % einlassen.
Motorsteuerungssystem nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch ein Luftstromsteuerungshilfsmittel (30) zum Erzeugen eines Luftstroms im Verbrennungsraum (6).
Motorsteuerungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftstoffeinspritzung einen Sprühwinkel größer als 45° aufweist.
Motorsteuerungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftstoffeinspritzsteuerungshilfsmittel (41) die gegebene Kraftstoffmenge in zwei ungefähr gleiche Teile für die frühe und die späte Teileinspritzung aufteilen.