DE69913907T2

DE69913907T2 - System für Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE69913907T2
Application number: DE69913907T
Authority: DE
Inventors: Masato Toyota-shi Gotoh; Shizuo Toyota-shi Sasaki; Kouji Toyota-shi YOSHIZAKI; Takekazu Toyota-shi Ito; Hiroki Toyota-shi Murata
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1998-10-07
Filing date: 1999-10-06
Publication date: 2004-11-04
Anticipated expiration: 2019-10-07
Also published as: EP0992668A3; US6216676B1; EP0992668A2; EP0992668B1; DE69913907D1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein System für eine Brennkraftmaschine mit einer Verbrennungskammer, in die inertes Gas eingeleitet wird, um so eine Verbrennung zu bewirken.
2. Beschreibung des Standes der Technik
Üblicherweise sind bei einer Brennkraftmaschine, zum Beispiel bei einer Dieselmaschine, um die Erzeugung von NOx zu begrenzen, eine Maschinen-Auslassleitung und eine Maschinen-Einlassleitung durch eine Abgas-Rezirkulationsleitung (anschließend als EGR bezeichnet) verbunden, um Abgas, das heißt EGR-Gas, über die EGR-Leitung in die Maschinen-Einlassleitung zurückzuführen. In diesem Fall hat das EGR-Gas eine relativ hohe spezifische Wärme und ist in der Lage, eine große Menge an Wärme zu absorbieren. Da somit die Menge an EGR-Gas zunimmt, das heißt, da die EGR-Rate (die Menge an EGR-Gas/(die Menge an EGR-Gas + die Menge an Einlassluft)) ansteigt, nimmt die Verbrennungstemperatur in der Verbrennungskammer ab. Wenn die Verbrennungstemperatur abnimmt, dann sinkt die Erzeugung der Menge an NOx. Je größer daher die EGR-Rate wird, desto geringer wird die Erzeugung der Menge an NOx.
Wie vorstehend beschrieben, ist es allgemein bekannt, dass die Erzeugung der Menge an NOx durch den Anstieg der EGR-Rate reduziert wird. Wenn jedoch die EGR-Rate bei dem Prozess der Erhöhung der EGR-Rate einen bestimmten Grenzwert übersteigt, dann beginnt die Erzeugung der Menge an Ruß, nämlich Rauch, abrupt anzusteigen. Diesbezüglich wurde üblicherweise in Betracht gezogen, dass dann, wenn die EGR-Rate über diesen bestimmten Grenzwert hinaus ansteigt, die Menge an Rauch unendlich steigt. Mit anderen Worten, die EGR-Rate, bei der die Menge an Rauch abrupt anfängt zu steigen, wurde als ein maximal erlaubter Wert der EGR-Rate betrachtet.
Folglich wurde die EGR-Rate üblicherweise unter den maximal erlaubten Wert eingestellt. Obwohl der maximal erlaubte Wert der EGR-Rate wesentlich variiert, und zwar abhängig von dem Typ der Maschine oder vom Kraftstoff, beträgt er etwa 30% bis 50%. Daher wird bei einer Dieselmaschine die EGR-Rate zumeist auf 30% bis 50% eingestellt.
Wie vorstehend beschrieben, wurde üblicherweise in Betracht gezogen, dass die EGR-Rate einen maximal erlaubten Wert hat. Daher wird die EGR-Rate so eingestellt, um eine Erzeugung der Menge an NOx und Rauch auf das maximal mögliche Ausmaß zu reduzieren, indem gewährleistet wird, dass die EGR-Rate den maximal erlaubten Wert nicht übersteigt. Daher, auch wenn die EGR-Rate auf diese Weise bestimmt wurde, kann die Erzeugung der Menge an NOx und Rauch nicht grenzenlos reduziert werden. Tatsächlich ist die Erzeugung einer beträchtlichen Menge an NOx und Rauch unvermeidbar.
Im Verlauf von Studien von Verbrennungen in Dieselmaschinen wurde die folgende Tatsache entdeckt. Das heißt, wie vorstehend beschrieben, wenn die EGR-Rate größer als der maximal erlaubte Wert gemacht wird, dann steigt die Erzeugung der Menge an Rauch abrupt an. Die Erzeugung der Menge an Rauch hat jedoch einen Spitzenwert. Wenn die EGR-Rate weiter ansteigt, nachdem die Erzeugung der Menge an Rauch ihren Spitzenwert erreicht hat, dann fängt die Erzeugung der Menge an Rauch abrupt an zu sinken. Wenn die EGR-Rate während eines Leerlaufbetriebs auf 70% oder mehr eingestellt wird, oder wenn die EGR-Rate auf etwa 55% oder mehr in dem Fall eingestellt wird, in dem EGR-Gas intensiv gekühlt wird, dann wird kaum noch NOx erzeugt, und die Erzeugung der Menge an Rauch wird annähernd Null. Es wird nämlich kaum noch Ruß erzeugt.
Basierend auf dieser Entdeckung wurden anschließend weitere Studien bezüglich der Gründe durchgeführt, warum kaum noch Ruß erzeugt wird. Als Folge wurde ein neues, noch nie da gewesenes Verbrennungssystem konstruiert, das in der Lage ist, gleichzeitig Ruß und NOx zu reduzieren. Dieses neue Verbrennungssystem wird anschließend im Detail erklärt. Zusammenfassend basiert dieses Verbrennungssystem auf der Idee, dass das Umwandeln von Kohlenwasserstoff gestoppt wird, bevor er sich in Ruß verwandelt.
Mit anderen Worten, es wurde durch wiederholte Experimente und Studien bestimmt, dass dann, wenn die Temperatur von Kraftstoff und Umgebungsgas in der Verbrennungskammer während der Verbrennung gleich oder kleiner ist als eine bestimmte Temperatur, das Umwandeln von Kohlenwasserstoff gestoppt wird, bevor er zu Ruß wird, und dass sich dann, wenn die Temperatur von Kraftstoff und Umgebungsgas größer als die oben genannte bestimmte Temperatur wird, der Kohlenwasserstoff schnell in Ruß umwandelt. In diesem Fall wird die Temperatur von Kraftstoff und Umgebungsgas größtenteils durch die endothermische Wirkung des Gases beeinflusst, das den Kraftstoff zum Zeitpunkt der Kraftstoffverbrennung umgibt. Wenn der endothermische Wert des Gases, das den Kraftstoff umgibt, gemäß einem exothermischen Wert während der Kraftstoffverbrennung eingestellt wird, dann kann die Temperatur des Kraftstoffs und des Umgebungsgases gesteuert werden.
Wenn folglich die Temperatur von Kraftstoff und Umgebungsgas in der Verbrennungskammer gleich oder kleiner als eine Temperatur eingestellt wird, bei der das Umwandeln von Kohlenwasserstoff halbwegs gestoppt wird, dann wird kein Ruß mehr erzeugt. Die Temperatur von Ruß und Umgebungsgas in der Verbrennungskammer während der Verbrennung kann gleich oder kleiner als eine Temperatur eingestellt werden, bei der das Umwandeln von Kohlenwasserstoff halbwegs gestoppt wird, und zwar durch Einstellen eines endothermischen Wertes des den Kraftstoff umgebenden Gases. Andererseits kann der Kohlenwasserstoff, dessen Umwandeln gestoppt wird, bevor er zu Ruß wird, leicht mit Hilfe einer Nachbehandlung entfernt werden, wobei ein Oxidationskatalysator oder ähnliches verwendet wird. Dies ist das Basiskonzept des neuen Verbrennungssystems.
Eine Maschine kann so gesteuert werden, dass sie zwischen einem ersten Verbrennungsmodus, der dem neuen Verbrennungsmodus entspricht, und einem zweiten Verbrennungsmodus umgeschaltet wird, der einem herkömmlichen Verbrennungsmodus entspricht, und zwar basierend auf Anforderungen bezüglich der Leistung der Maschine. Jedoch wird jedesmal dann, wenn der Verbrennungsmodus umgeschaltet wird, kurzfristig eine große Menge an Rauch erzeugt. Es ist folglich gewünscht, ein häufiges Umschalten zwischen dem ersten und dem zweiten Verbrennungsmodus zu vermeiden.
Die EP-A-0 964 140 als Stand der Technik gemäß Art. 54(3) EPC zeigt eine Brennkraftmaschine mit zwei Verbrennungsmodi.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein System für eine Brennkraftmaschine zur Verfügung zu stellen, das eine geeignete Verbrennung erreicht, d. h., das Erzeugen von Ruß (Rauch) und NOx gleichzeitig verhindert, und das Auftreten einer unerwünschten Situation vermindert, in der die Erzeugung einer Menge an Ruß beim Übergang zwischen einem ersten Verbrennungsmodus und einem zweiten Verbrennungsmodus ansteigt. Der erste Verbrennungsmodus ist eine Modus, bei dem eine Menge an inertem Gas, das in die Verbrennungskammer geleitet wird, größer ist als die Menge, die einen Spitzenwert an erzeugtem Ruß bewirkt. Der zweite Verbrennungsmodus ist der herkömmliche Verbrennungsmodus.
Die obige Aufgabe wird durch eine Kombination von Merkmalen gelöst, die im Hauptanspruch aufgeführt ist. Weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Um die obige Aufgabe zu lösen, ist gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ein System für eine Brennkraftmaschine vorgesehen, bei dem eine Erzeugung einer Menge an Ruß auf einen Spitzenwert ansteigt, wenn eine Menge an inertem Gas, das einer Verbrennungskammer zugeführt wird, ansteigt, wobei das System eine Steuerung aufweist, die den Verbrennungsmodus steuert, in dem die Maschine betrieben wird. Die Steuerung schaltet zwischen einem ersten Verbrennungsmodus, bei dem eine Menge an inertem Gas, die der Verbrennungskammer zugeführt wird, größer ist als eine Menge des inerten Gases, das bewirkt, dass die Erzeugung einer Menge an Ruß ein Spitzenwert erreicht (und somit kaum Ruß erzeugt wird), und einen zweiten Verbrennungsmodus, bei dem eine Menge an inertem Gas, die der Verbrennungskammer zugeführt wird, kleiner ist als die Menge des inerten Gases, die bewirkt, dass die Erzeugung einer Menge an Ruß ein Spitzenwert erreicht. Die Steuerung kann außerdem die Frequenz des Umschaltens zwischen dem ersten Verbrennungsmodus und dem zweiten Verbrennungsmodus bestimmen. Außerdem steuert die Steuerung die Durchführung des ersten Verbrennungsmodus und des zweiten Verbrennungsmodus so, dass die Frequenz des Umschaltens zwischen dem ersten Verbrennungsmodus und dem zweiten Verbrennungsmodus daran gehindert ist, zu groß zu werden (d. h. größer als ein vorbestimmter Wert), wenn beispielsweise bestimmt wird, dass die Frequenz zu groß ist.
Es ist folglich möglich, Ruß und NOx zu reduzieren, das gleichzeitig aus der Verbrennungskammer ausgestoßen wird, und eine unerwünschte Situation zu vermeiden, in der die Erzeugung einer Menge an Ruß gemäß dem Übergang zwischen dem ersten Verbrennungsmodus und dem zweiten Verbrennungsmodus ansteigt.
Obwohl diese Zusammenfassung nicht alle Merkmale der vorliegenden Erfindung offenbart, soll verstanden werden, dass der Schutzbereich der vorliegenden Erfindung ausschließlich durch die beigefügten Ansprüche definiert ist.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorstehenden und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen verdeutlicht, in denen:
1 eine allgemeine Ansicht von einer Diesel-Brennkraftmaschine ist;
2 Darstellungen zeigt, in denen die Veränderung von dem Drosselklappenöffnungsgrad, der EGR-Rate, dem Drehmoment, der Erzeugung der Menge an Rauch, HC, CO bzw, NOx zeigt, und zwar abhängig von dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis;
3A und 3B den Verbrennungsdruck abhängig von dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis zeigen;
4 Moleküle des Kraftstoffs zeigt;
5 eine Beziehung zwischen der Erzeugung einer Menge an Rauch und der EGR-Rate zeigt;
6 eine Beziehung zwischen einer gesamten Einlassgasmenge und einer Lastanforderung zeigt;
7 ein erstes Betriebsgebiet I und ein zweites Betriebsgebiet II zeigt;
8 eine Ausgabe von einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor zeigt;
9 den Öffnungsgrad von einer Drosselklappe und ähnlichem zeigt;
10A ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis in dem Betriebsgebiet I zeigt;
10B eine Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Tabelle zeigt;
11A und 11B eine Tabelle von einem Ziel-Öffnungsgrad von der Drosselklappe oder ähnlichem zeigen;
12A ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis während eines zweiten Verbrennungsmodus zeigt;
12B eine Tabelle von einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis während des zweiten Verbrennungsmodus zeigt;
13A und 13B Tabellen von einem Ziel-Öffnungsgrad von der Drosselklappe oder ähnlichem zeigen;
14 eine Tabelle von einer Kraftstoff-Einspritz-Menge zeigt;
15, 16 und 17 Flussdiagramme zur Steuerung des Betriebs der Maschine gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung sind;
18, 19 und 20 Flussdiagramme zur Steuerung des Betriebs der Maschine gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung sind;
21 ein erstes Betriebsgebiet I und ein zweites Betriebsgebiet II zeigt;
22 eine Darstellung von einem Öffnungsgrad von der Drosselklappe als eine Funktion der Zeit zeigt;
23, 24 und 25 Flussdiagramme zur Steuerung des Betriebs der Maschine gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung sind;
26 ein erstes Betriebsgebiet I, ein zweites Betriebsgebiet II und ein drittes Betriebsgebiet III zeigt;
27, 28 und 29 Flussdiagramme zur Steuerung des Betriebs der Maschine gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung sind;
30 und 31 Flussdiagramme zur Steuerung des Betriebs der Maschine gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung sind;
32 und 33 Flussdiagramme zur Steuerung des Betriebs der Maschine gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung sind;
34A ein Verschiebungs-Diagramm für einen ersten Verbrennungsmodus ist;
34B ein Verschiebungs-Diagramm für einen zweiten Verbrennungsmodus ist; und
36 ein erstes Betriebsgebiet I und ein zweites Betriebsgebiet II zeigt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, das auf eine Viertakt-Diesel-Brennkraftmaschine angewendet wird.
Der Maschinenkörper 1 weist einen Zylinderblock 2, einen Zylinderkopf 3, einen Kolben 4, eine Verbrennungskammer 5, ein elektronisch gesteuertes Kraftstoffeinspritzventil 6, ein Einlassventil 7, einen Einlassanschluss 8, ein Auslassventil 9 und einen Auslassanschluss 10 auf. Der Einlassanschluss 8 ist über eine entsprechende Einlassverteilerleitung 11 mit einem Ausgleichstank 12 verbunden, und der Ausgleichstank 12 ist mit einem Auslassbereich von einem Kompressor 16 von einem Vorverdichter, wie zum Beispiel ein Abgas-Vorverdichter 15, über eine Einlassleitung 13 und einen Zwischenkühler 14 verbunden. Ein Einlassbereich des Kompressors 16 ist mit einem Luftreiniger 18 über eine Lufteinlassleitung 17 verbunden. Eine Drosselklappe 20, die durch einen Schrittmotor 19 angetrieben wird, ist in der Einlassleitung 17 angeordnet. Ein Mengendurchflussmesser 21, der den Mengendurchfluss der Einlassluft erfasst, ist in dem stromaufwärts gelegenen Bereich von der Lufteinlassleitung 17 angeordnet.
Eine Ausgangswelle (nicht gezeigt) der Maschine 1 ist mit einem automatischen Getriebe 60 verbunden, das einen Drehmomentwandler 61 und ein Getriebe 62 aufweist. Eine Ausgangswelle des automatischen Getriebes 60 ist mit den Antriebsrädern von einem Fahrzeug über ein Differentialgetriebe (nicht gezeigt) verbunden.
Das Getriebe 62 ist mit einem Planetengetriebe und Friktionselementen versehen, wie zum Beispiel eine Bremse und eine Kupplung, und steuert einen Kupplungszustand der Friktionselemente durch Veränderung eines Steueröldrucks. Folglich wird der Betrieb des Getriebes durchgeführt, indem jedes Zahnrad des Planetengetriebes festgesetzt oder verbunden wird. Der Drehmomentwandler 61 ist mit einer Pumpe, die direkt mit der Ausgangswelle der Maschine verbunden ist, und einer Turbine versehen, die durch ein ausgestoßenes Fluid der Pumpe angetrieben wird. Eine Ausgangswelle der Turbine (anschließend als Ausgangswelle des Wandlers bezeichnet) ist direkt mit einer Eingangswelle des Getriebes 62 verbunden. Der Drehmomentwandler 61 verstärkt einen Drehmomenteingang von der Ausgangswelle der Maschine und überträgt das verstärkte Drehmoment dann auf die Ausgangswelle des Wandlers. Außerdem ist ein Drehzahlsensor 63, der ein Impulssignal mit einer Frequenz ausgibt, die einer Drehzahl der Ausgangswelle des Wandlers entspricht, d. h. die Drehzahl der Eingangswelle des Getriebes 62, und ein Umdrehungssensor 64, der ein Impulssignal mit einer Frequenz ausgibt, die der Drehzahl der Ausgangswelle des automatischen Getriebes 62 entspricht, an das automatische Getriebe 60 angepasst.
Der Auslassanschluss 10 ist mit einem Einlassbereich von einer Abgasturbine 23 des Abgas-Vorverdichters 15 über einen Abgasverteiler 22 verbunden. Ein Auslassbereich der Abgasturbine 23 ist mit einem katalytischen Wandler 26 über eine Abgasleitung 23 verbunden. Der katalytische Wandler 26 beinhaltet einen Katalysator 25, der eine Oxidationsfunktion durchführt. Ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 27 ist in dem Abgasverteiler 22 angeordnet.
Eine Abgasleitung 28, die mit einem Auslassbereich des katalytischen Wandlers 26 in Verbindung steht, und die Lufteinlassleitung 17 stromabwärts der Drosselklappe 20 sind miteinander über den EGR-Durchgang 29 verbunden. In dem EGR-Durchgang 29 ist ein EGR-Steuerventil 31 angeordnet, das durch einen Schrittmotor 30 angetrieben wird. Außerdem ist ein Zwischenkühler 32 zum Kühlen des EGR-Gases, das durch den EGR-Durchgang 29 strömt, in dem EGR-Durchgang 29 vorgesehen. In dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel wird ein Maschinen-Kühlmittel in de Zwischenkühler 32 eingeleitet. Das Maschinen-Kühlmittel kühlt das EGR-Gas.
Jedes Kraftstoffeinspritzventil 6 ist über eine Kraftstoffzuführleitung 33 mit einem Kraftstofftank verbunden, was nämlich als eine gemeinsame Druckleitung 34 bezeichnet wird. Der Kraftstoff wird der gemeinsamen Druckleitung 34 von einer elektrisch gesteuerten Kraftstoffpumpe 35 mit variablem Ausstoß zugeführt. Der Kraftstoff, der der gemeinsamen Druckleitung 34 zugeführt wurde, wird dem Kraftstoffeinspritzventil 6 über jeder Kraftstoffzuführleitung 33 zugeführt. Ein Kraftstoffdrucksensor 36 zum Erfassen des Kraftstoffdrucks in der gemeinsamen Druckleitung 34 ist daran angebracht. Basierend auf einem Ausgangssignal von dem Kraftstoffdrucksensor 36 wird die Ausstoßmenge der Kraftstoffpumpe 35 so gesteuert, dass der Kraftstoffdruck in der gemeinsamen Druckleitung 34 ein Ziel-Kraftstoffdruck wird.
Eine Steuerung, wie zum Beispiel eine elektronische Steuereinheit (ECU) 40 beinhaltet einen digitalen Computer und ist mit einem ROM (Nur-Lese-Speicher) 42, einem RAM (Speicher mit wahlfreiem Zugriff) 43, einer CPU (Mikroprozessor) 44, einem Eingangsanschluss 45 und einem Ausgangsanschluss 46 versehen, die miteinander durch einen bidirektionalen Bus 41 verbunden sind. Ausgangssignale von dem Mengendurchflussmessgerät 21, dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 27 und dem Kraftstoffdrucksensor 36 werden dem Eingangsanschluss 45 jeweils über zugehörige A/D-Wandler 47 zugeführt. Außerdem werden dem Eingangsanschluss 45 Impulssignale zugeführt, die von den Sensoren 63 bzw. 64 ausgegeben werden. Mit einem Gaspedal 50 ist ein Lastsensor 51 verbunden, der eine Ausgangsspannung erzeugt, die proportional zu einem Druckwert L von dem Gaspedal 50 ist. Die Ausgangsspannung von dem Lastsensor 51 wird dem Eingangsanschluss 45 über einen entsprechenden A/D-Wandler 47 zugeführt. Ein Kurbelwellenwinkelsensor 52, der jedesmal dann einen Impuls erzeugt, wenn sich eine Kurbelwelle dreht, beispielsweise um 30°, ist mit dem Eingangsanschluss 45 verbunden. Die Drehzahl der Maschine wird basierend auf einem Ausgangssignal von dem Kurbe1we11enwinkelsensor 52 berechnet. Außerdem ist ein Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 53, der entsprechend der Fahrzeuggeschwindigkeit einen Impuls erzeugt, mit dem Eingangsanschluss 45 verbunden.
Ein Navigationssystem 70 ist mit dem Eingangsanschluss 45 verbunden. Das Navigationssystem 70 empfängt Informationssignale, wie zum Beispiel die aktuelle Fahrtposition und Verkehrsinformationen. Verkehrsinformationen beinhalten beispielsweise die Anzahl von Kurven auf der Straße oder das Ausmaß der Steigung. Anstelle des Navigationssystems kann eine andere Empfangseinrichtung, wie zum Beispiel ein Radio, verwendet werden, das die oben genannten Informationen empfängt. Der Ausgangsanschluss 46 ist mit dem Kraftstoffeinspritzventil 6, dem Schrittmotor 19 zur Steuerung der Drosselklappe 20, dem Schrittmotor 30 zur Steuerung des EGR-Steuerventils 31 und der Kraftstoffpumpe 35 über eine entsprechende Treiberschaltung 48 verbunden.
2 zeigt ein experimentelles Beispiel von Änderungen bezüglich des Ausgangsdrehmoments und Änderungen bezüglich der Ausstoßmenge von Rauch, HC (Kohlenwasserstoff), CO und NOx in dem Fall, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F (in 2 die horizontale Achse) verändert wird, indem ein Öffnungsgrad der Drosselklappe 20 und eine EGR-Rate zum Zeitpunkt eines Niederlastbetriebs der Maschine verändert werden. In diesem experimentellen Beispiel wird die EGR-Rate größer, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F kleiner wird. Wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis gleich oder kleiner als ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist (etwa 14,6), dann ist die EGR-Rate gleich oder größer 65%.
Wie in 2 gezeigt, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F kleiner gemacht wird, indem die EGR-Rate erhöht wird (von der rechten Seite zu der linken Seite in der Zeichnung), dann fängt die Erzeugung der Menge an Rauch an zu steigen, wenn die EGR-Rate etwa 40% erreicht (wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F etwa 30 erreicht). Wenn dann die EGR-Rate weiter ansteigt (wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F kleiner gemacht wird), dann steigt die Erzeugung der Menge an Rauch abrupt an und erreicht ihren Spitzenwert. Wenn dann die EGR-Rate weiter ansteigt, dann fällt die Erzeugung der Menge an Rauch abrupt ab. Wenn die EGR-Rate gleich oder größer als etwa 65% ist (wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F etwa 15,0 beträgt), dann wird die Erzeugung der Menge an Rauch etwa zu Null. Das heißt, es wird kaum Ruß erzeugt. Zu diesem Zeitpunkt fällt das Ausgangsdrehmoment der Maschine etwas ab, und die Erzeugung der Menge an NOx wird vergleichsweise klein. Andererseits beginnt die Erzeugung der Mengen an HC und CO anzusteigen.
3A zeigt Veränderungen bezüglich des Verbrennungsdrucks in der Verbrennungskammer 5, wenn sich das Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F in der Nähe von 21 befindet und die Erzeugung der Menge an Rauch ihren maximalen Wert einnimmt. 3B zeigt Veränderungen bezüglich des Verbrennungsdrucks in der Verbrennungskammer 5, wenn sich das Luft-Kraftstoff- Verhältnis A/F in der Nähe von 18 befindet und die Erzeugung der Menge an Rauch etwa Null beträgt. Aus dem Vergleich von 3A und 3B wird offensichtlich, dass der Verbrennungsdruck in dem Fall kleiner ist, wenn die Erzeugung der Menge an Rauch etwa Null ist (3B), als in dem Fall, wenn die Erzeugung der Menge an Rauch groß ist (3A).
Die folgende Schlussfolgerung kann aus den experimentellen Ergebnissen gezogen werden, die in 2, 3A und 3B gezeigt sind. Das heißt erstens, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F gleich oder kleiner als 15,0 ist, dann ist die Erzeugung der Menge an Rauch etwa Null, und die Erzeugung der Menge an NOx fällt drastisch ab, wie dies in 2 gesehen werden kann. Die Tatsache, dass die Erzeugung der Menge an NOx abgefallen ist, bedeutet, dass die Verbrennungstemperatur in der Verbrennungskammer 5 abgefallen ist. Folglich, wenn kaum Ruß erzeugt wird, dann kann daraus geschlossen werden, dass die Verbrennungstemperatur in der Verbrennungskammer 5 klein ist. Die gleiche Schlussfolgerung kann aus 3B gezogen werden. Das heißt, der Verbrennungsdruck ist in dem in 3B gezeigten Zustand gering, wo kaum Ruß erzeugt wird. Daher kann aus diesem Zustand die Schlussfolgerung gezogen werden, dass die Verbrennungstemperatur der Verbrennungskammer 5 klein ist.
Zweitens, wie in 2 gezeigt, wenn die Erzeugung der Menge an Rauch, nämlich die Erzeugung der Menge an Ruß, etwa zu Null wird, dann steigen die Ausstoßmengen von HC und CO an. Das bedeutet, dass Kohlenwasserstoff ausgestoßen wird, bevor er zu Ruß wird. Mit anderen Worten, der lineare Kohlenwasserstoff oder der aromatische Kohlenwasserstoff, der in dem Kraftstoff enthalten ist, wie in 4 gezeigt, wird thermisch zersetzt, wenn er auf einen Zustand von Sauerstoffmangel erhitzt und ein Vorläufer von Ruß gebildet wird. Dann wird Ruß erzeugt, der aus einer festen Phase von Kohlenstoffatomen besteht. In diesem Fall ist der tatsächliche Prozess, in dem Ruß erzeugt wird, kompliziert, und es ist unklar, welchen Zustand der Vorläufer von Ruß einnimmt.
In jedem Fall wächst der Kohlenwasserstoff, wie in 4 gezeigt, über den Vorläufer von Ruß zu Ruß an. Folglich, wie vorstehend beschrieben, wenn die Erzeugung der Menge an Ruß etwa zu Null wird, dann steigen die ausgestoßenen Mengen an HC und CO an, wie in 2 gezeigt. Zu diesem Zeitpunkt ist HC entweder der Vorläufer von Ruß oder Kohlenwasserstoff in einem Zustand vor dem Vorläufer von Ruß.
Die oben beschriebenen Studien, die auf den experimentellen Ergebnissen basieren, die in 2, 3A und 3B gezeigt sind, werden wie folgt zusammengefasst. Das heißt, wenn die Verbrennungstemperatur in der Verbrennungskammer 5 gering ist, dann ist die Erzeugung der Menge an Ruß etwa Null. Zu diesem Zeitpunkt wird der Vorläufer von Ruß oder Kohlenwasserstoff in einen Zustand vor dem Vorläufer von Ruß aus der Verbrennungskammer 5 ausgeschieden. Als ein Ergebnis von sorgfältigen Experimenten und Studien bezüglich dieses Gegenstandes wurde bestimmt, dass der Umwandlungsprozess von Ruß auf halbem Wege gestoppt wird, das heißt, es wird in dem Fall kein Ruß erzeugt, wenn die Temperatur des Kraftstoffs und der Umgebungsluft in der Verbrennungskammer 5 gleich oder kleiner ist als eine bestimmte Temperatur. Wenn die Temperatur des Kraftstoffs oder der Umgebungsluft in der Verbrennungskammer 5 gleich oder größer als die bestimmte Temperatur wird, dann wird Ruß erzeugt.
Die Temperatur des Kraftstoffs und der Umgebungsluft zu dem Zeitpunkt des Anhaltens des Prozesses der Erzeugung von Kohlenwasserstoff in einem Zustand vor dem Vorläufer von Ruß, nämlich die oben genannte bestimmte Temperatur, verändert sich abhängig von verschiedenen Faktoren, wie zum Beispiel der Typ von Kraftstoff, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis, das Kompressionsverhältnis und ähnliches. Es ist folglich nicht möglich, einen einzigen konkreten Wert für die oben genannte bestimmte Temperatur zur Verfügung zu stellen. Die bestimmte Temperatur befindet sich jedoch in einer engen Beziehung zu der Erzeugung der Menge an NOx und kann somit auf ein bestimmtes Gebiet begrenzt werden, das sich aus der Erzeugung der Menge von NOx ableitet. Mit anderen Worten, je höher die EGR-Rate wird, desto geringer wird die Temperatur von Kraftstoff und Umgebungsluft während der Verbrennung. Je höher die EGR-Rate wird, desto kleiner wird die Erzeugung der Menge an NOx. In diesem Fall, wenn die Erzeugung der Menge an NOx etwa 10 ppm oder kleiner wird, wird kaum Ruß erzeugt. Folglich stimmt die oben genannte bestimmte Temperatur virtuell mit einer Temperatur überein, bei der die Erzeugung der Menge an NOx etwa 10 ppm oder kleiner wird.
Wenn Ruß erzeugt wurde, dann kann der Ruß nicht mit Hilfe einer Nachbehandlung entfernt werden, die einen Katalysator mit einer Oxidationsfunktion verwendet. Andererseits kann der Vorläufer von Ruß oder Kohlenwasserstoff in einem Zustand vor dem Vorläufer von Ruß einfach mit Hilfe einer Nachbehandlung entfernt werden, die einen Katalysator mit einer Oxidationsfunktion verwendet. Wenn eine solche Nachbehandlung, die den Katalysator mit der Oxidationsfunktion verwendet, in Betracht gezogen wird, dann gibt es einen großen Unterschied zwischen dem Fall, in dem Kohlenwasserstoff aus der Verbrennungskammer 5 als der Vorläufer von Ruß oder in einem Zustand vor dem Vorläufer von Ruß ausgestoßen wird, und dem Fall, in dem Kohlenwasserstoff aus der Verbrennungskammer 5 als Ruß ausgestoßen wird. Die wichtigen Merkmale des neuen Verbrennungssystems, das bei der vorliegenden Erfindung verwendet wird, bestehen darin, dass Kohlenwasserstoff aus der Verbrennungskammer 5 als der Vorläufer von Ruß oder in einem Zustand vor dem Vorläufer von Ruß ausgestoßen wird, ohne dass in der Verbrennungskammer 5 Ruß erzeugt wird, und dass der Kohlenwasserstoff mit Hilfe eines Katalysators mit einer Oxidationsfunktion oxidiert wird.
Um das Umwandeln von Kohlenwasserstoff in dem Zustand vor der Erzeugung von Ruß (d. h. als der Vorläufer) zu stoppen, ist es erforderlich, den Kraftstoff und die Umgebungsluft in der Verbrennungskammer 5 während der Verbrennung unter einer Temperatur zu halten, bei der Ruß erzeugt wird. In diesem Fall wurde bestimmt, dass der endothermische Effekt von Umgebungsgas zum Zeitpunkt der Kraftstoffverbrennung einen enormen Effekt bei der Begrenzung der Temperatur von Kraftstoff und Umgebungsgas hat.
Mit anderen Worten, wenn sich nur Luft um den Kraftstoff herum befindet, dann reagiert der verdampfte Kraftstoff unmittelbar mit dem Sauerstoff in der Luft und brennt. In diesem Fall steigt die Temperatur der Luft, die sich entfernt von dem Kraftstoff befindet, nicht beträchtlich an, und lediglich die Luft, die den Kraftstoff umgibt, erreicht lokal eine sehr hohe Temperatur. Zu diesem Zeitpunkt ist nämlich die Luft, die sich entfernt von dem Kraftstoff befindet, kaum Gegenstand des endothermischen Effekts der Verbrennungswärme des Kraftstoffs. In diesem Fall, da die Verbrennungstemperatur lokal sehr groß wird, erzeugt der unverbrannter Kohlenwasserstoff, der die Verbrennungswärme erreicht hat, Ruß.
Wenn sich andererseits der Kraftstoff in einer Mischung von einer großen Menge an inertem Gas und einer kleinen Menge an Umgebungsluft befindet, sind die Ergebnisse anders. In diesem Fall ist der verdampfte Kraftstoff überall verteilt, reagiert mit dem Sauerstoff, der in dem inertem Gas vermischt ist, und verbrennt. In diesem Fall, da das inerte Gas in der Umgebung Verbrennungswärme absorbiert, steigt die Verbrennungstemperatur nicht beträchtlich an. Somit kann die Verbrennungstemperatur auf eine geringe Temperatur begrenzt werden. Das Vorhandensein von inertem Gas spielt nämlich eine wichtige Rolle bei der Begrenzung der Verbrennungstemperatur, und der endothermische Effekt des inerten Gases macht es möglich, die Verbrennungstemperatur gering zu halten.
Um in diesem Fall den Kraftstoff und die Umgebungsluft bei der Temperatur zu halten, die kleiner ist als eine Temperatur, bei der Ruß erzeugt wird, ist eine ausreichende Menge an inertem Gas erforderlich, das Wärme in einem Ausmaß absorbieren kann, das ausreichend ist, um einen solchen Zweck zu erreichen. Wenn folglich die Menge an Kraftstoff ansteigt, dann steigt entsprechend die geforderte Menge an inertem Gas. Je größer in diesem Fall die spezifische Wärme des inerten Gases wird, desto größer wird dessen endothermischer Effekt. Es ist daher bevorzugt, dass die spezifische Wärme des inerten Gases groß ist. Von diesem Standpunkt, da CO₂ und EGR eine relativ große spezifische Wärme haben, ist es bevorzugt, EGR-Gas als das inerte Gas zu verwenden.
5 zeigt eine Beziehung zwischen der EGR-Rate und dem Rauch in dem Fall, wenn EGR-Gas als das inerte Gas verwendet wird und das Ausmaß der Abkühlung des EGR-Gases verändert wird. Unter Bezugnahme auf 5 stellt die Kurve A einen Fall dar, in dem das EGR-Gas bei etwa 90°C gehalten wird, indem das EGR-Gas intensiv gekühlt wird, Kurve B stellt einen Fall dar, in dem EGR-Gas durch ein kompaktes Kühlsystem gekühlt wird, und Kurve C stellt einen Fall dar, in dem EGR-Gas nicht wesentlich gekühlt wird.
Wie durch die Kurve A in 5 angegeben, erreicht in dem Fall, wenn das EGR-Gas intensiv gekühlt wird, die Erzeugung der Menge an Ruß ihren Spitzenwert, wenn die EGR-Rate etwas kleiner als 50% ist. Wenn in diesem Fall die EGR-Rate auf etwa 55% oder mehr eingestellt wird, dann wird kaum Ruß erzeugt.
Andererseits, wie durch die Kurve B angegeben, erreicht in dem Fall, in dem das EGR-Gas durch ein kompaktes Kühlsystem gekühlt wird, die Erzeugung der Menge an Ruß ihren Spitzenwert, wenn die EGR-Rate etwas größer als 50% ist. Wenn daher in diesem Fall die EGR-Rate auf etwa 65% oder mehr eingestellt wird, dann wird kaum Ruß erzeugt.
Außerdem, wie durch die Kurve C in 5 angegeben, erreicht in dem Fall, wenn das EGR-Gas nicht wesentlich gekühlt wird, die Erzeugung der Menge an Ruß ihren Spitzenwert, wenn sich die EGR-Rate in der Nähe von 55% befindet. Wenn in diesem Fall die EGR-Rate auf etwa 70% oder mehr eingestellt wird, dann wird kaum Ruß erzeugt.
5 zeigt eine Erzeugung einer Menge an Rauch, wenn die Last der Maschine relativ groß ist. Wenn die Last der Maschine absinkt, dann sinkt die EGR-Rate, bei der die Erzeugung der Menge an Ruß ihren Spitzenwert einnimmt, leicht ab, und die untere Grenze der EGR-Rate, bei der Ruß kaum erzeugt wird, sinkt ebenfalls leicht. Daher verändert sich die untere Grenze der EGR-Rate, bei der kaum Ruß erzeugt wird, abhängig von dem Ausmaß der Kühlung des EGR-Gases oder der Last der Maschine.
6 zeigt eine Menge der Mischung an EGR-Gas und Luft sowie ein Verhältnis von Luft zu EGR-Gas in der Mischung, die erforderlich ist, um den Kraftstoff und die Umgebungsluft während der Verbrennung bei einer Temperatur zu halten, die kleiner ist als eine Temperatur, bei der Ruß erzeugt wird, und zwar in dem Fall, wo EGR-Gas als inertes Gas verwendet wird. In 6 stellt die vertikale Achse die gesamte Einlassgasmenge dar, die in die Verbrennungskammer 5 eingeleitet wird, und eine abwechselnd lang und kurz gestrichelte Linie Y stellt eine gesamte Menge an Einlassgas dar, das in die Verbrennungskammer 5 eingeleitet wird, wenn der Vorverdichter-Betrieb nicht durchgeführt wird. Außerdem stellt die horizontale Achse eine Last-Anforderung dar.
Unter Bezugnahme auf 6 stellt das Verhältnis von Luft, nämlich die Menge an Luft in der Mischung, ein Menge an Luft dar, die erforderlich ist, um die Verbrennung des eingespritzten Kraftstoffs vollständig durchzuführen. Das heißt, in dem in 6 gezeigten Fall ist das Verhältnis der Menge an Luft zu der Menge an eingespritztem Kraftstoff gleich dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis. Andererseits stellt in 6 das Verhältnis von EGR-Gas, nämlich die Menge von EGR-Gas in der Mischung, eine minimale Menge an EGR-Gas dar, die erforderlich ist, um den Kraftstoff und das Umgebungsgas bei einer Temperatur zu halten, die kleiner ist als eine Temperatur, bei der Ruß gebildet wird. Die oben genannte Menge an EGR-Gas entspricht einer EGR-Rate von etwa 55% oder mehr. In dem in 6 gezeigten Ausführungsbeispiel ist die EGR-Rate gleich oder größer als 70%. In dem Fall nämlich, in dem die gesamte Menge an Einlassgas, das in die Verbrennungskammer 5 eingeleitet wird, durch eine durchgezogene Linie X in 6 dargestellt ist und das Verhältnis der Menge von Luft zu der Menge an EGR-Gas eingestellt ist, wie in 6 gezeigt, wird die Temperatur von Kraftstoff und Umgebungsgas kleiner als eine Temperatur, bei der Ruß erzeugt wird, und daher entsteht kein Ruß. In diesem Fall beträgt die Erzeugung der Menge an NOx etwa 10 ppm oder weniger. Folglich ist die Erzeugung der Menge an NOx sehr gering.
Wenn die Menge an eingespritztem Kraftstoff ansteigt, dann steigt auch die Verbrennungswärme an. Um daher die Temperatur des Kraftstoffs und des Umgebungsgases kleiner zu halten als eine Temperatur, bei der Ruß erzeugt wird, ist es erforderlich, die Menge an Wärme zu erhöhen, die durch das EGR-Gas absorbiert wird. Daher muss, wie in 6 gezeigt wird, die Menge an EGR-Gas erhöht werden, wenn die Menge an eingespritztem Kraftstoff ansteigt. Mit anderen Worten, ist es erforderlich, eine Menge an EGR-Gas zu erhöhen, wenn die Last-Anforderung größer wird.
In diesem Fall hier, wenn keine Vorverdichtung durchgeführt wird, beträgt die obere Grenze der Menge X des gesamten Einlassgases, das in die Verbrennungskammer 5 eingeleitet wird, gleich Y. In 6, in einem Gebiet, das eine Last-Anforderung von mehr als L₀ hat, kann das Luft-Kraftstoff-Verhältnis nicht bei den stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis gehalten werden, wenn nicht die EGR-Gas-Rate reduziert wird, wenn die Last-Anforderungen größer werden. Mit anderen Worten, in dem Fall, wenn beabsichtigt ist, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis bei dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis in dem Gebiet beizubehalten, in dem die gewünschte Last größer als L₀ ist, obwohl keine Vorverdichtung durchgeführt wird, dann wird die EGR-Rate reduziert, wenn die Last-Anforderung groß wird. Folglich ist es in dem Gebiet mit der gewünschten Last größer als L₀ unmöglich, die Temperatur des Kraftstoffs und des Umgebungsgases auf dem Wert zu halten, der kleiner ist als die Temperatur, bei der Ruß erzeugt wird.
Wenn jedoch, wie in 1 gezeigt wird, das EGR-Gas zurück in die Einlassseite des Vorverdichters zirkuliert wird, das heißt, über den EGR-Durchgang 29 in die Lufteinlassleitung 17 des Abgas-Vorverdichters 15, und zwar in dem Gebiet, in dem die Last-Anforderung größer als L₀ ist, dann ist es möglich, die EGR-Rate auf dem Wert zu halten, der gleich oder größer als 55% ist, beispielsweise 70%. Folglich kann die Temperatur des Kraftstoffs und des umgebenden Gases auf dem Wert gehalten werden, der kleiner ist als die Temperatur, bei der Ruß erzeugt wird. Das heißt, wenn das EGR-Gas so zurück zirkuliert wird, dass die EGR-Rate in der Lufteinlassleitung 17 beispielsweise 70% wird, dann wird die EGR-Rate des Einlassgases bei dem Druck, der durch den Kompressor 16 des Abgas-Vorverdichters 15 stark erhöht wird, ebenfalls 70%. Es ist folglich möglich, die Temperatur des Kraftstoffs und des Umgebungsgases bei der Temperatur zu halten, bei der kein Ruß erzeugt wird, solange es den Kompressor 16 ermöglicht wird, eine Druckerhöhung durchzuführen. Es ist folglich möglich, das Betriebsgebiet der Maschine zu erweitern, bei dem eine Niedrigtemperaturverbrennung stattfinden kann. In dem Fall, wenn die EGR-Rate auf einen Wert von gleich oder größer als 55% in dem Gebiet bei der Last-Anforderung von mehr als L₀ eingestellt wird, wird das EGR-Steuerventil 31 vollständig geöffnet, und die Drosselklappe 20 wird etwas geschlossen. Wie vorstehend erwähnt, zeigt 6 die Verbrennung von Kraftstoff bei dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis. Auch dann, wenn die Luftmenge kleiner als die Luftmenge eingestellt wird, die in 6 gezeigt ist, das heißt ein Einstellen des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses hin zur rechten Seite, ist es möglich, die Erzeugung der Menge an NOx auf etwa 10 ppm oder weniger zu begrenzen, während die Erzeugung von Ruß beschränkt wird. Außerdem, auch wenn die Einstellung der Menge an Luft größer ist als die Luftmenge, die in 6 gezeigt ist, das heißt, Einstellen eines Durchschnittswertes des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses auf einen mageren Wert, der von 17 bis 18 reicht, ist es möglich, die Erzeugung der Menge an NOx auf etwa 10 ppm oder weniger zu begrenzen, während die Erzeugung von Ruß beschränkt wird.
Wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis fett gemacht wird, dann ist sehr viel Kraftstoff vorhanden. Da jedoch die Verbrennungstemperatur auf einen geringen Wert begrenzt ist, wandelt sich der überschüssige Kraftstoff nicht in Ruß um, so dass kein Ruß erzeugt wird. Zu diesem Zeitpunkt wird außerdem lediglich eine sehr geringe Menge an NOx erzeugt. Im Gegensatz dazu, wenn das durchschnittliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis mager ist oder wenn sogar das Luft-Kraftstoff-Verhältnis den stöchiometrischen Wert erreicht, dann kann bei einer hohen Verbrennungstemperatur bei herkömmlichen Systemen eine geringe Menge an Ruß erzeugt werden. Da jedoch gemäß der vorliegenden Erfindung die Verbrennungstemperatur auf einen geringen Wert begrenzt ist, wird kaum Ruß erzeugt. Außerdem wird kaum NOx erzeugt.
Wie oben erwähnt, wenn eine Niedrigtemperaturverbrennung durchgeführt wird, dann wird unabhängig von dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis kein Ruß erzeugt. Das heißt, unabhängig davon, ob das Luft-Kraftstoff-Verhältnis fett wird oder das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist oder das Luft-Kraftstoff-Verhältnis mager wird, wird lediglich eine geringe Menge an NOx erzeugt. Hinsichtlich der Verbesserung des spezifischen Kraftstoffverbrauchs ist es folglich bevorzugt, das durchschnittliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis mager einzustellen.
In diesem Fall kann der Kraftstoff und das Umgebungsgas in der Verbrennungskammer während der Verbrennung gleich oder kleiner als die Temperatur gehalten werden, bei der das Umwandeln von Kohlenwasserstoff auf halbem Wege gestoppt wird, aber nur dann, wenn die Last der Maschine relativ gering ist, das heißt, wenn der exothermische Wert der Verbrennung klein ist. Gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung werden daher dann, wenn die Last der Maschine relativ klein ist, der Kraftstoff und das Umgebungsgas während der Verbrennung bei einer Temperatur gehalten, die kleiner ist als eine Temperatur, bei der das Umwandeln von Kohlenwasserstoff auf halbem Wege gestoppt wird, und ein erster Verbrennungsmodus, nämlich die zuvor beschriebene Niedrigtemperaturverbrennung, wird durchgeführt. Wenn die Last der Maschine relativ hoch ist, dann wird ein zweiter Verbrennungsmodus, nämlich die herkömmlich Verbrennung, durchgeführt. Aus der vorstehenden Beschreibung ist offensichtlich, dass dann, wenn der erste Verbrennungsmodus durchgeführt wird, nämlich die Niedrigtemperaturverbrennung, die Menge an inertem Gas in der Verbrennungskammer größer ist als eine Menge an inertem Gas, die der Erzeugung eines Spitzenwertes von Ruß entspricht, so dass kaum Ruß erzeugt wird. Wenn der zweite Verbrennungsmodus durchgeführt wird, nämlich die herkömmliche Verbrennung, dann ist die Menge an inertem Gas in der Verbrennungskammer kleiner als die Menge an inertem Gas, die der Erzeugung eines Spitzenwertes von Ruß entspricht.
7 zeigt ein Betriebsgebiet I als ein erstes Betriebsgebiet, in dem der erste Verbrennungsmodus durchgeführt wird, nämlich die Niedrigtemperaturverbrennung, und ein Betriebsgebiet II als ein zweites Betriebsgebiet, in dem der zweite Verbrennungsmodus durchgeführt wird, nämlich die herkömmliche Verbrennung. In 7 stellt die vertikale Achse L ein Ausmaß der Betätigung des Gaspedals 50 dar, das heißt, die Last-Anforderung, und die horizontale Achse N stellt sie Drehzahl der Maschine dar. Außerdem stellt X(N) eine erste Grenze zwischen dem ersten Betriebsgebiet I und dem zweiten Betriebsgebiet II dar, und Y(N) stellt eine zweite Grenze zwischen dem ersten Betriebsgebiet I und dem zweiten Betriebsgebiet II dar. Basierend auf der ersten Grenze X(N) wird bestimmt, ob ein Übergang von dem ersten Betriebsgebiet I in das zweite Betriebsgebiet II erfolgt ist oder nicht. Basierend auf der zweiten Grenze Y(N) wird bestimmt, ob ein Übergang von dem zweiten Betriebsgebiet II in das erste Betriebsgebiet I stattgefunden hat oder nicht.
Das heißt, wenn der Betriebszustand der Maschine in dem ersten Betriebsgebiet I und eine Niedrigtemperaturverbrennung durchgeführt wird, wenn die Last-Anforderungen L die erste Grenze X(N) übersteigen, die eine Funktion der Drehzahl N der Maschine ist, dann wird bestimmt, dass ein Übergang in das zweite Betriebsgebiet II erfolgt ist. Daher wird die normale Verbrennung durchgeführt. Dann, wenn die Last-Anforderung L kleiner als die zweite Grenze Y(N) wird, wird bestimmt, dass ein Übergang in das erste Betriebsgebiet I durchgeführt wurde. Daher wird wieder eine Niedrigtemperaturverbrennung durchgeführt.
Ein Grund, weshalb die erste Grenze X(N) und die zweite Grenze Y(N), die mehr in Richtung auf eine untere Lastseite geneigt als die erste Grenze X(N), vorgesehen sind, besteht darin, dass die Verbrennungstemperatur an einer hohen Lastseite in dem zweiten Betriebsgebiet II relativ hoch ist und die Niedrigtemperaturverbrennung nicht sofort unmittelbar durchgeführt werden kann, und zwar auch dann nicht, wenn die Last-Anforderung L kleiner geworden ist als die erste Grenze X(N). Mit anderen Worten, wenn nicht die Last-Anforderung L unverhältnismäßig klein geworden und unter die zweite Grenze Y(N) gesunken ist, dann kann die Niedrigtemperaturverbrennung nicht unmittelbar beginnen. Ein anderer Grund besteht darin, das eine Hysterese eingestellt ist, um Fluktuationen zwischen dem ersten Betriebsgebiet I und dem zweiten Betriebsgebiet II zu vermeiden.
Wenn sich die Maschine im ersten Betriebsgebiet I befindet und die Niedrigtemperaturverbrennung durchgeführt wird, dann wird kaum Ruß erzeugt. Statt dessen wird unverbrannter Kohlenwasserstoff aus der Verbrennungskammer 5 in der Form eines Vorläufers von Ruß oder in einem Zustand vor dem Vorläufer von Ruß ausgestoßen. Zu diesem Zeitpunkt wird der unverbrannte Kohlenwasserstoff, der aus der Verbrennungskammer 5 ausgestoßen wird, durch den Katalysator 25 ausreichend oxidiert, der eine Oxidationsfunktion hat.
Als Katalysator 25 kann ein Oxidationskatalysator, ein Drei-Wege-Katalysator oder ein NOx-Absorbierer verwendet werden. Der NOx-Absorbierer hat die Funktionen des Absorbierens von NOx, wenn das durchschnittliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis in der Verbrennungskammer 5 mager ist, und stößt das NOx aus, wenn das durchschnittliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis in der Verbrennungskammer 5 fett ist.
Der NOx-Absorbierer weist einen Träger auf, zum Beispiel aus Aluminium. An dem Träger ist beispielsweise eines von zumindest einem Material gehalten, das aus einem Alkalimetall ausgewählt ist, wie zum Beispiel Kalium (K), Natrium (Na), Lithium (Li) und Cäsium (Cs). Ein Erdalkalimetall, wie zum Beispiel Barium (Ba) und Calcium (Ca), und seltene Erdmetalle, wie zum Beispiel Lanthan (La) und Yttrium (Y), sowie ein Edelmetall, wie. zum Beispiel Platin (Pt).
Der Oxidationskatalysator, der Drei-Wege-Katalysator und der NOx-Absorbierer haben ebenfalls die Funktionen der Oxidation. Daher, wie oben beschrieben, können der Drei-Wege-Katalysator und der NOx-Absorbierer als Katalysator 25 verwendet werden.
8 zeigt die Ausgabe von dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 27. Wie in 8 gezeigt, verändert sich der Ausgangsstrom I von dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 27 entsprechend dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F. Daher kann das Luft-Kraftstoff-Verhältnis aus dem Ausgangsstrom I von dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 27 bestimmt werden.
Ein Überblick der Betriebssteuerung, die in dem ersten Betriebsgebiet I und in dem zweiten Betriebsgebiet II stattfindet, wird nun unter Bezugnahme auf 9 beschrieben.
9 zeigt Veränderungen in Bezug auf den Öffnungsgrad der Drosselklappe 20, den Öffnungsgrad des EGR-Steuerventils 31, die EGR-Rate, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis, die Einspritzzeit und die Einspritzmenge gemäß den Veränderungen der Last-Anforderung L. Wie in 9 gezeigt, nimmt in dem ersten Betriebsgebiet I, wo die Last-Anforderung L gering ist, wenn die Last-Anforderung L größer wird, der Öffnungsgrad der Drosselklappe 20 schrittweise zu, und zwar etwa von einem vollständig geschlossenen Zustand zu einem Öffnungsgrad von 2/3. Außerdem, wenn die Last-Anforderung L größer wird, dann wird der Öffnungsgrad des EGR-Steuerventils 31 schrittweise größer, und zwar etwa von einem vollständig geschlossenen Zustand bis zu einem vollständig offenen Zustand. Außerdem, gemäß einem in 9 gezeigten Beispiel, beträgt die EGR-Rate etwa 70% in dem ersten Betriebsgebiet I, und das Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist relativ mager (ein mageres Luft-Kraftstoff-Verhältnis).
Mit anderen Worten, die Öffnungsgrade der Drosselklappe 20 und des EGR-Steuerventils 31 werden so gesteuert, dass die EGR-Rate etwa 70% beträgt und das Luft-Kraftstoff-Verhältnis in dem ersten Betriebsgebiet I etwas mager ist. Außerdem wird in dem ersten Betriebsgebiet I eine Kraftstoffeinspritzung durchgeführt, und zwar vor dem oberen Todpunkt TDC der Kompression. In diesem Fall wird eine Einspritz-Startzeit 8S verzögert, wenn die Last-Anforderung L größer wird. Außerdem wird die Einspritz-Endzeit θE ebenfalls verzögert, wenn die Einspritz-Startzeit θS verzögert ist.
Während des Leerlaufbetriebs wird die Drosselklappe 20 geschlossen, bis sie fast vollständig geschlossen ist, und das EGR-Steuerventil 31 wird geschlossen, bis es fast vollständig geschlossen ist. Wenn die Drosselklappe 20 geschlossen wird, bis sie fast vollständig geschlossen ist, wird der Druck in der Verbrennungskammer 5 zu Beginn der Kompression gering. Somit wird der Kompressionsdruck klein. Wenn der Kompressionsdruck klein wird, dann wird die Höhe der Kompressionsarbeit, die von dem Kolben 4 durchgeführt wird, ebenfalls klein, so dass die Vibration des Maschinenkörpers 1 vermindert wird. Mit anderen Worten, um während eines Leerlaufbetriebs die Vibrationen des Maschinenkörpers 1 zu vermindern, wird die Drosselklappe 20 geschlossen, bis sie nahezu vollständig geschlossen ist.
Andererseits, wenn die Maschine einen Übergang von dem ersten Betriebsgebiet I in das zweite Betriebsgebiet II durchläuft, dann wird der Öffnungsgrad der Drosselklappe 20 schrittweise von einem Öffnungsgrad von 2/3 bis hin zu einem vollständig geöffneten Zustand vergrößert. Zu diesem Zeitpunkt, gemäß dem in 9 gezeigten Beispiel, nimmt die EGR-Rate schrittweise von etwa 70% auf etwa 40% oder weniger ab, und das Luft-Kraftstoff-Verhältnis steigt schrittweise. Das heißt, da die EGR-Rate durch einen in 5 gezeigten Bereich läuft, wo eine große Menge an Rauch erzeugt wird, wird kurzzeitig eine große Menge an Rauch erzeugt, wenn die Maschine einen Übergang von dem ersten Betriebsgebiet I in das zweite Betriebsgebiet II durchläuft.
In dem zweiten Betriebsgebiet II wird die herkömmliche Verbrennung durchgeführt. In dem zweiten Betriebsgebiet II wird, mit Ausnahme von einigen wenigen Ausnahmebereichen, die Drosselklappe 20 in einem vollständig geöffneten Zustand gehalten, und der Öffnungsgrad des EGR-Steuerventils 31 wird schrittweise reduziert, wenn die Last-Anforderung L größer wird. In dem zweiten Betriebsgebiet II wird die EGR-Rate kleiner, wenn die Last-Anforderung L größer wird, und das Luft-Kraftstoff-Verhältnis wird kleiner, wenn die Last-Anforderung L größer wird. Jedoch bleibt das Luft-Kraftstoff-Verhältnis mager, und zwar auch dann, wenn die Last-Anforderung L groß wird. Außerdem, liegt die Einspritz-Startzeit θS in der Nähe des oberen Todpunkts TDC der Kompression.
10A zeigt ein Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F in dem ersten Betriebsgebiet I. Unter Bezugnahme auf 10A stellen die Kurven, die mit A/F = 15,5, A/F = 16, A/F = 17 und A/F = 18 bezeichnet sind, die Fälle dar, in denen das Luft-Kraftstoff-Verhältnis 15,5, 16, 17 bzw. 18 beträgt. Die Luft-Kraftstoff-Verhältnisse zwischen den jeweiligen Kurven werden mittels einer proportionalen Verteilung bestimmt. In dem ersten Betriebsgebiet I ist das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis mager. Wenn die Last-Anforderung L kleiner wird, dann wird das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F in Richtung auf die magere Seite verschoben.
Mit anderen Worten, wenn die Last-Anforderung L kleiner wird, dann sinkt die Verbrennungstemperatur. Folglich, wenn die Last-Anforderung L kleiner wird, dann kann die Niedrigtemperaturverbrennung leichter durchgeführt werden, und zwar auch dann, wenn die EGR-Rate kleiner geworden ist. Wenn die EGR-Rate kleiner wird, dann wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis größer. Wenn daher, wie in 10A gezeigt, die Last-Anforderung L kleiner wird, wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F größer gemacht. Je größer das Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F wird, desto mehr wird die Rate des Kraftstoffverbrauchs verbessert. Um daher das Luft-Kraftstoff-Verhältnis in Richtung der mageren Seite auf den maximal möglichen Wert einzustellen, wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F gemäß diesem Ausführungsbeispiel größer gemacht, wenn die Last-Anforderung L kleiner wird.
In diesem Fall wird das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F vorläufig in dem ROM 42 als eine Funktion der Last-Anforderung L und der Drehzahl N der Maschine in der Form einer Tabelle gespeichert, wie in 10B gezeigt. Außerdem werden ein Ziel-Öffnungsgrad ST der Drosselklappe 20 und ein Ziel-Öffnungsgrad SE des EGR-Steuerventils 31, die erforderlich sind, um das Luft-Kraftstoff-Verhältnis in Richtung auf das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F einzustellen, wie in 10A gezeigt, vorläufig in dem ROM 42 als eine Funktion der Last-Anforderung L und der Drehzahl N der Maschine in der Form von Tabellen gespeichert, wie in 11A bzw. 11B gezeigt.
12A zeigt das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis in dem zweiten Betriebsgebiet II, das heißt, wenn die herkömmliche Verbrennung durchgeführt wird. Unter Bezugnahme auf 12A stellen die Kurven, die durch A/F = 24, A/F = 35, A/F = 45 und A/F = 60 dargestellt sind, die Fälle dar, in denen das Luft-Kraftstoff-Verhältnis 24, 35, 45 bzw. 60 beträgt. In diesem Fall wird das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F vorläufig in dem ROM 42 als eine Funktion der Last-Anforderung L und der Drehzahl N der Maschine in der Form einer Tabelle gespeichert, wie in 12B gezeigt. Außerdem werden ein Ziel-Öffnungsgrad ST der Drosselklappe 20 und ein Ziel-Öffnungsgrad SE des EGR-Steuerventils 31, die erforderlich sind, um das Luft-Kraftstoff-Verhältnis in Richtung auf das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F einzustellen, wie in 12A gezeigt, vorläufig in dem ROM 42 als eine Funktion der Last-Anforderung L und Drehzahl N der Maschine in der Form von Tabellen gespeichert, wie in 13A bzw. 13B gezeigt.
Außerdem wird die Einspritzmenge Q, wenn der zweite Verbrennungsmodus durchgeführt wird, basierend auf der Last-Anforderung L und der Drehzahl N der Maschine berechnet. Die Einspritzmenge Q wird vorläufig in dem ROM 42 als eine Funktion der Last-Anforderung L und der Drehzahl N der Maschine in der Form einer Tabelle gespeichert, wie in 14 gezeigt.
Als nächstes erfolgt eine Erläuterung bezüglich der Betriebssteuerung von dem Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf 15 bis 17.
Als erstes wird in Schritt 100 ein Zähler C1, der die Anzahl von lesbaren Daten der Last L zählt, inkrementiert (C1 ← C1 + 1). Als nächstes wird in Schritt 101 eine Last gelesen, die durch den Lastsensor 51 erfasst wird. Als nächstes wird in Schritt 102 bestimmt, ob die gelesene Last L größer ist als die Summe aus der vorher gelesenen Last L0 und einem vorbestimmten Wert ΔL. Wenn in Schritt 102 bestimmt wurde, dass L > L0 + ΔL (JA), dann wird bestimmt, dass sich die Last L verändert hat, und dann geht der Prozess zu Schritt 104. Wenn andererseits bestimmt wurde, dass L ≤ L0 + ΔL, das heißt NEIN in Schritt 102, dann geht der Prozess zu Schritt 103. In Schritt 103 wird bestimmt, ob die gelesene Last kleiner ist als der Wert, der durch Subtrahieren des vorbestimmten Wertes ΔL von dem zuvor gelesenen Wert L0 berechnet wird, oder nicht. Wenn in Schritt 103 bestimmt wurde, das L < L0 – ΔL (JA), dann wird bestimmt, dass sich die Last L verändert hat, und dann geht der Prozess zu Schritt 104. Wenn andererseits bestimmt worden ist, dass L ≥ L0 – ΔL, das heißt NEIN in Schritt 103, dann wird bestimmt, dass sich die Last L nicht verändert hat, und dann geht der Prozess zu Schritt 105.
Dann wird in Schritt 104 ein Zähler C2 inkrementiert (C2 ← C2 + 1). Der Zähler C2 zählt die Anzahl der Daten der Last L, die sich im Vergleich mit der vorhergehenden Last L0 verändert haben. In Schritt 105 wird bestimmt, ob C2 gleich oder größer als ein vorbestimmter Grenzwert C2T ist oder nicht. Wenn in Schritt 105 bestimmt wird, dass C2 ≥ C2T (JA), dann wird bestimmt, dass die Frequenz der Veränderung der Last groß ist, und dann geht der Prozess zu Schritt 116. Es wird nämlich bestimmt, dass die Frequenz des Übergangs zwischen den Verbrennungsmodi, der erste Verbrennungsmodus (Niedrigtemperaturverbrennung) und der zweite Verbrennungsmodus (herkömmliche Verbrennung) groß ist. In Schritt 116 wird der zweite Verbrennungsmodus durchgeführt, und eine Durchführung der ersten Verbrennung wird verhindert. Wenn in Schritt 105 bestimmt wird, dass C2 < C2T (NEIN), dann geht der Prozess zu Schritt 106.
In Schritt 106 wird bestimmt, ob eine Flagge I, die angibt, dass sich die Maschine in dem ersten Betriebsgebiet I befindet, gesetzt ist oder nicht. Wenn die Flagge I gesetzt ist, dann geht der Prozess zu Schritt 107, wo bestimmt wird, ob die Last-Anforderung L größer als die erste Grenze X(N) geworden ist oder nicht. Wenn die Beziehung L ≤ X(N) erreicht ist, dann geht der Prozess zu Schritt 111, wo die Niedrigtemperaturverbrennung durchgeführt wird.
Wenn in Schritt 107 bestimmt wird, dass L > X(N), dann geht der Prozess zu Schritt 108, wo die Flagge I zurückgesetzt wird. Der Prozess geht dann weiter zu Schritt 116, in dem der zweite Verbrennungsmodus durchgeführt wird.
Wenn andererseits in Schritt 106 bestimmt worden ist, dass die Flagge I nicht gesetzt ist, dann geht der Prozess zu Schritt 109, wo bestimmt wird, ob die Last-Anforderung L kleiner als die zweite Grenze Y(N) geworden ist oder nicht. Wenn die Beziehung L ≥ Y(N) erreicht ist, dann geht der Prozess weiter zu Schritt 116, wo der zweite Verbrennungsmodus unter einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis durchgeführt wird.
Wenn in Schritt 109 bestimmt wird, dass L < Y(N), dann geht der Prozess zu Schritt 110, wo die Flagge I gesetzt wird. Der Prozess geht dann weiter zu Schritt 111, wo der erste Verbrennungsmodus durchgeführt wird.
Danach wird in Schritt 111 ein Ziel-Öffnungsgrad ST der Drosselklappe 20 aus der in 11A gezeigten Tabelle berechnet, und der Öffnungsgrad der Drosselklappe 20 wird auf den so berechneten Öffnungsgrad ST eingestellt. In Schritt 112 wird ein Ziel-Öffnungsgrad SE des EGR-Steuerventils 31 aus der in 11B gezeigten Tabelle berechnet, und der Öffnungsgrad des EGR-Steuerventils 31 wird auf den so berechneten Ziel-Öffnungsgrad SE eingestellt. Dann wird in Schritt 113 eine Mengendurchflussrate GA der Einlassluft (anschließend einfach als eine Menge an Einlassgas GA bezeichnet) gelesen, die durch die Mengendurchflussmesseinrichtung 21 erfasst wird, und danach wird in Schritt 114 das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F aus der in 10B gezeigten Tabelle berechnet. Danach wird in Schritt 115 eine Kraftstoffeinspritzmenge Q eingestellt, die für das Einstellen des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses auf das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F erforderlich ist.
Wie vorstehend erläutert, werden in dem Fall, in dem die Niedrigtemperaturverbrennung durchgeführt wird, wenn sich die Last-Anforderung L oder die Drehzahl N der Maschine verändert haben, der Öffnungsgrad der Drosselklappe 20 und der Öffnungsgrad des EGR-Steuerventils 31 unmittelbar so eingestellt, um mit den Ziel-Öffnungsgraden ST und SE zusammenfallen, die der Last-Anforderung L und der Drehzahl N der Maschine entsprechen. Wenn folglich beispielsweise die Last-Anforderung L ansteigt, dann steigt die Menge an Luft in der Verbrennungskammer 5 unmittelbar an, so dass das durch die Maschine erzeugte Drehmoment unmittelbar ansteigt.
Andererseits, wenn die Menge der Einlassluft so verändert wird, dass der Öffnungsgrad der Drosselklappe 20 oder der Öffnungsgrad des EGR-Steuerventils 31 verändert werden, dann wird die Veränderung der Menge an Einlassluft GA durch die Mengendurchflussmesseinrichtung 21 erfasst, und die Kraftstoffeinspritzmenge Q wird auf der Basis der erfassten Menge an Einlassluft GA gesteuert. Das heißt, die Kraftstoffeinspritzmenge Q wird verändert, nachdem sich die Menge an Einlassluft GA tatsächlich verändert hat.
In Schritt 116 wird die Ziel-Kraftstoffeinspritzmenge Q aus der in 14 gezeigten Tabelle berechnet, und die Kraftstoffeinspritzmenge wird auf die so berechnete Ziel-Kraftstoffeinspritzmenge Q eingestellt. Als nächstes wird in Schritt 117 der Ziel-Öffnungsgrad ST der Drosselklappe 20 aus der in 13 gezeigten Tabelle berechnet. Danach wird in Schritt 118 der Ziel-Öffnungsgrad des EGR-Steuerventils 31 aus der in 13B gezeigten Tabelle berechnet, und der Öffnungsgrad des EGR-Steuerventils 31 wird auf den Ziel-Öffnungsgrad SE eingestellt.
Als nächstes wird in Schritt 119 die Menge an Einlassluft GA durch die Mengendurchflussmesseinrichtung 21 gelesen. Als nächstes wird in Schritt 120 das aktuelle Luft-Kraftstoff-Verhältnis (A/F)_R auf der Basis der Kraftstoffeinspritzmenge Q und der Menge an Einlassluft GA berechnet. Als nächstes wird in Schritt 121 das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F aus der in 12B gezeigten Tabelle berechnet. Als nächstes wird in Schritt 122 bestimmt, ob das aktuelle Luft-Kraftstoff-Verhältnis (A/F)_R größer ist als das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F oder nicht. Wenn bestimmt wird, dass (A/F)_R > A/F, dann geht der Prozess zu Schritt 123, wo der Korrekturwert ΔST von dem Öffnungsgrad der Drosselklappe lediglich um einen vorbestimmten Wert α reduziert wird, und dann geht der Prozess zu Schritt 125. Im Gegensatz dazu, wenn die Beziehung (A/F)_R ≤ A/F erreicht ist, dann geht der Prozess zu Schritt 124, in dem der Korrekturwert ΔST lediglich um einen feststehenden Wert α erhöht wird, und dann geht der Prozess zu Schritt 125. In Schritt 125 wird der endgültige Ziel-Öffnungsgrad ST durch Addieren des Korrekturwertes ΔST zu dem Ziel-Öffnungsgrad ST der Drosselklappe 20 berechnet, und der Öffnungsgrad der Drosselklappe 20 wird auf den endgültigen Ziel-Öffnungsgrad ST eingestellt. Das heißt, der Öffnungsgrad der Drosselklappe 20 wird so gesteuert, dass das aktuelle Luft-Kraftstoff-Verhältnis (A/F)_R das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F wird.
Wie oben erläutert, wird in dem Fall, wenn der zweite Verbrennungsmodus durchgeführt wird, wenn die Last-Anforderung L oder die Drehzahl N der Maschine verändert werden, die Kraftstoffeinspritzmenge unmittelbar mit der Ziel-Kraftstoffeinspritzmenge Q in Übereinstimmung gebracht, die der Last-Anforderung L und der Drehzahl N der Maschine entspricht. Wenn beispielsweise die Last-Anforderung L ansteigt, dann steigt die Kraftstoffeinspritzmenge unmittelbar so an, dass das durch die Maschine erzeugte Drehmoment unmittelbar ansteigt.
Wenn andererseits das Luft-Kraftstoff-Verhältnis gegenüber dem Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F verschoben wird, wenn die Kraftstoffeinspritzmenge Q ansteigt, dann wird der Öffnungsgrad der Drosselklappe 20 so gesteuert, dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu dem Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F wird. Das heißt, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis wird verändert, nachdem sich die Kraftstoffeinspritzmenge Q verändert hat.
In diesem Ausführungsbeispiel wird während der Niedrigtemperaturverbrennung die Kraftstoffeinspritzmenge Q durch einen offenen Regelkreis gesteuert, wobei während des zweiten Verbrennungsmodus das Luft-Kraftstoff-Verhältnis durch Veränderung des Öffnungsgrades der Drosselklappe 20 gesteuert wird. Die Kraftstoffeinspritzmenge Q kann jedoch durch eine Rückführsteuerung basierend auf einem Ausgangssignal von dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 27 gesteuert werden, wenn die Niedrigtemperaturverbrennung durchgeführt wird. Wenn andererseits der zweite Verbrennungsmodus durchgeführt wird, kann das Luft-Kraftstoff-Verhältnis gesteuert werden, indem der Öffnungsgrad des EGR-Steuerventils 31 verändert wird.
In 26 wird die vorhergehende Last L0 erneuert (L0 ← L), die aktuelle Last wird nämlich durch die vorhergehende Last L0 ersetzt. Danach wird in Schritt 127 der Zähler C1 mit dem vorbestimmten Grenzwert C1T verglichen. Wenn die Beziehung C1 < C1T erreicht ist, das heißt NEIN in Schritt 127, dann wird bestimmt, dass die Anzahl von Daten nicht ausreichend ist, um zu bestimmen, ob die Frequenz der Veränderung der Last L hoch ist oder nicht, und dann wird die Routine beendet. Im Gegensatz dazu, wenn die Beziehung C1 ≥ C1T erreicht ist, das heißt JA in Schritt 127, dann wird bestimmt, dass die Entscheidung bezüglich der Frequenz der Veränderung der Last L beendet ist, und dann werden die Zähler C1 und C2 in Schritten 128 bzw. 129 für die nächste Funktion der Routine zurückgesetzt.
In dem oben genannten Ausführungsbeispiel wird vorausgesetzt, dass sich ein Betriebszustand der Maschine in dem Zustand befindet, wo der erste Verbrennungsmodus und der zweite Verbrennungsmodus häufig umgeschaltet werden. Wenn sich der Betriebszustand der Maschine in einem hochfrequenten Zustand befindet, das heißt die Frequenz der Veränderung der Last ist hoch, dann wird die Durchführung des ersten Verbrennungsmodus verhindert. Während des hochfrequenten Zustandes wird nämlich nur der zweite Verbrennungsmodus durchgeführt. Als Folge ist es möglich, eine unerwünschte Situation zu vermindern, in der die Erzeugung einer Menge an Ruß entsprechend dem Übergang zwischen dem ersten Verbrennungsmodus und dem zweiten Verbrennungsmodus ansteigt.
Ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nun beschrieben. Die Struktur des Ausführungsbeispiels ist die gleiche wie die des ersten Ausführungsbeispiels, das in 1 gezeigt ist.
Eine Erläuterung der Betriebssteuerung des Ausführungsbeispiels erfolgt nun unter Bezugnahme auf 18 bis 20, wobei besonderes Augenmerk auf Prozessen liegt, die verschieden sind von dem ersten Ausführungsbeispiel. Anschließend wird die Beschreibung von Schritten weggelassen, die die gleichen Bezeichnungen haben wie oben beschrieben.
In dem zweiten Ausführungsbeispiel geht der Prozess in Schritt 105 weiter zu Schritt 1800, wenn bestimmt wurde, dass C2 ≥ C2T (JA). In dem Fall, werden das erste Betriebsgebiet I und das zweite Betriebsgebiet II so eingestellt, wie in 21 gezeigt. Aus einem Vergleich von 7 und 21 wird verstanden, dass das erste Betriebsgebiet I in diesem Ausführungsbeispiel verkleinert ist. Daher wird der erste Verbrennungsmodus kaum durchgeführt. Im Gegensatz dazu, wenn in Schritt 105 NEIN bestimmt wurde, geht der Prozess weiter zu Schritt 106, und zwar ohne eine Verminderung des ersten Betriebsgebiets I. In diesem Fall sind das erste Betriebsgebiet I und das zweite Betriebsgebiet II in 7 statt in 21 gezeigt.
Die folgenden in 19 und 20 gezeigten Schritte sind die gleichen wie die Schritte, die in 16 und 17 gezeigt sind, und daher wird eine Erläuterung dieser Schritte weggelassen.
In dem zweiten Ausführungsbeispiel wird bestimmt, ob sich ein Betriebszustand der Maschine in einem Zustand befindet, in dem häufig ein Umschalten zwischen dem ersten Verbrennungsmodus und dem zweiten Verbrennungsmodus stattfindet oder nicht. Wenn sich der Betriebszustand der Maschine in einem hochfrequenten Zustand befindet, das heißt, die Frequenz der Veränderung der Last ist hoch, dann wird das erste Betriebsgebiet I verkleinert, wo der erste Verbrennungsmodus durchgeführt wird. Der erste Verbrennungsmodus wird nämlich kaum durchgeführt, und dann wird die Anzahl der Häufigkeit des Umschaltens zwischen dem ersten Modus und dem zweiten Modus vermindert. Als ein Ergebnis ist es möglich, das Auftreten einer unerwünschten Situation zu reduzieren, in der eine Erzeugung einer Menge an Ruß gemäß dem Übergang zwischen dem ersten Verbrennungsmodus und dem zweiten Verbrennungsmodus ansteigt.
Außerdem wird in den oben genannten Ausführungsbeispielen die Bestimmung, ob sich die Last L verändert hat oder nicht, in jeder Routine durchgeführt. Es ist jedoch auch möglich zu bestimmen, dass die Frequenz der Veränderung der Last L hoch ist, und zwar wie folgt. 22 zeigt eine Grafik von einem Öffnungsgrad der Drosselklappe als eine Funktion der Zeit. In der Grafik bedeutet jeder schraffierte Bereich einen absoluten integrierten Wert des Öffnungsgrads der Drosselklappe. Wenn ein absoluter integrierter Wert oder ein quadratische integrierter Wert von dem Messwert, beispielsweise ein Öffnungsgrad der Drosselklappe, der zwischen t1 und t2 gemessen wird, wie in 22 gezeigt, größer ist als der vorbestimmte Wert, dann ist es möglich zu bestimmen, dass die Frequenz der Veränderung der Last L hoch ist. Als Messwert können auch eine Geschwindigkeit des Fahrzeugs, eine Drehzahl der Maschine und eine Einspritzmenge verwendet werden.
Ein drittes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nun beschrieben. Die Struktur des Ausführungsbeispiels ist die gleiche wie in dem ersten Ausführungsbeispiel, das in 1 gezeigt ist.
Eine Erläuterung der Betriebssteuerung des Ausführungsbeispiels erfolgt unter Bezugnahme der 23 bis 25, die sich im wesentlichen auf Prozesse beziehen, die verschieden sind von den obigen Ausführungsbeispielen.
In dem dritten Ausführungsbeispiel wird zuerst in Schritt 100' ein Zähler C1', der die Anzahl von lesbaren Daten der Last L und der Drehzahl N der Maschine zählt, inkrementiert (C1' ← C1' + 1). Danach wird in Schritt 101 die vom Lastsensor 51 erfasste Last L gelesen, und in Schritt 2200 wird die Drehzahl N der Maschine basierend auf einem Ausgabewert des Kurbelwellenwinkelsensors 52 gelesen. Danach wird in Schritt 2201 bestimmt, ob sich der Betriebszustand der Maschine in dem dritten Betriebsgebiet III befindet oder nicht, wie in 26 gezeigt, das ein Grenzgebiet zwischen dem ersten Betriebsgebiet I und dem zweiten Betriebsgebiet II ist (und der auch Bereiche des ersten und des zweiten Betriebsgebiets beinhalten kann). Wenn bestimmt wurde, dass sich der Betriebszustand der Maschine in dem dritten Gebiet III befindet, das heißt JA in Schritt 2201, dann ist bestimmt, dass sich der aktuelle Betriebszustand der Maschine in dem Gebiet befindet, wo eine Möglichkeit des Umschaltens zwischen dem ersten Verbrennungsmodus und dem zweiten Verbrennungsmodus groß ist, und dann geht der Prozess zu Schritt 104'. Im Gegensatz dazu, wenn in Schritt 2201 NEIN bestimmt wurde, dann geht der Prozess zu Schritt 105'.
In Schritt 104' wird dann ein Zähler C2', der die Höhe der Frequenz zählt, wenn sich der Betriebszustand der Maschine in dem dritten Betriebsgebiet III befindet, inkrementiert (C2' ← C2' + 1). In Schritt 105' wird bestimmt, ob C2' gleich oder größer als der vorbestimmte Grenzwert C2T' ist oder nicht. Wenn in Schritt 105' bestimmt wird, dass C2' ≥ C2T' (JA), dann wird bestimmt, dass sich der aktuelle Betriebszustand der Maschine in dem dritten Betriebsgebiet III befindet, und dann geht der Prozess zu Schritt 116. Es wurde nämlich bestimmt, dass die Frequenz des Übergangs zwischen den Verbrennungsmodi, der erste Verbrennungsmodus (Niedrigtemperaturverbrennung) und der zweite Verbrennungsmodus (herkömmliche Verbrennung), groß ist. In Schritt 116 wird der zweite Verbrennungsmodus durchgeführt. Wenn bestimmt wurde, dass C2' < C2T' (NEIN) ist, dann geht der Prozess zu Schritt 106.
Die nachfolgende Schritte 106 bis 125, die in 24 gezeigt sind, sind die gleichen Schritte, wie in 16 gezeigt.
Wie in 25 gezeigt, wird in Schritt 127' der Zähler C1' mit dem vorbestimmten Grenzwert C1T' verglichen. Wenn die Beziehung C1' < C1T' erreicht ist, das heißt NEIN in Schritt 127', dann ist bestimmt, dass die Anzahl von Daten nicht ausreicht, um zu bestimmen, ob die Frequenz der Häufigkeit, in der sich der Betriebszustand der Maschine in dem dritten Betriebsgebiet III befindet, ausreicht, und dann wird die Routine beendet. Im Gegensatz dazu, wenn die Beziehung C1' ≥ C1T' erreicht ist, dass heißt JA in Schritt 127', dann ist bestimmt, dass die Entscheidung bezüglich der Häufigkeit, in der sich der Betriebszustand der Maschine in dem dritten Betriebsgebiet III befindet, beendet ist, und dann werden die Zähler C1' und C2' in Schritten 128' bzw. 129' für den nächsten Betrieb der Routine zurückgesetzt.
In dem oben genannten dritten Ausführungsbeispiel wird bestimmt, ob sich ein Betriebszustand der Maschine in dem Zustand befindet, in dem ein Umschalten zwischen dem ersten Verbrennungsmodus und dem zweiten Verbrennungsmodus häufig stattfindet oder nicht. Wenn der Betriebszustand der Maschine ein hochfrequenter Zustand ist, das heißt, der Betriebszustand der Maschine befindet sich oft in dem dritten Betriebsgebiet III, dann wird die Durchführung des ersten Verbrennungsmodus verhindert. Es wird nämlich nur der zweite Verbrennungsmodus durchgeführt, wenn sich der Betriebszustand der Maschine oft in dem dritten Betriebsgebiet III befindet. Als ein Ergebnis ist es möglich, das Auftreten einer unerwünschten Situation zu vermindern, in der eine Erzeugung von Mengen an Ruß gemäß dem Übergang zwischen dem ersten Verbrennungsmodus und dem zweiten Verbrennungsmodus ansteigt.
Ein viertes Ausführungsbeispiel wird nun beschrieben. Die Struktur des Ausführungsbeispiels ist die gleiche wie die des ersten Ausführungsbeispiels, das in 1 gezeigt ist.
Eine Erläuterung bezüglich der Betriebssteuerung des vierten Ausführungsbeispiels erfolgt unter Bezugnahme auf 27 bis 29 mit genauer Betrachtung der Prozesse, die verschieden sind von denen des dritten Ausführungsbeispiels.
In dem vierten Ausführungsbeispiel geht der Prozess zu Schritt 1800, wenn in Schritt 105' bestimmt wurde, das C2' ≥ C2T' (JA). In diesem Fall sind das erste Betriebsgebiet I und das zweite Betriebsgebiet II so eingestellt, wie in 21 gezeigt. Aus einem Vergleich von 7 und 21 ist ersichtlich, dass das erste Betriebsgebiet I in diesem Ausführungsbeispiel verkleinert ist. Daher wird der erste Verbrennungsmodus kaum durchgeführt. Im Gegensatz dazu, wenn in Schritt 105 NEIN bestimmt wird, dann geht der Prozess ohne eine Verkleinerung des ersten Betriebsgebiets I zu Schritt 106.
Die folgenden in 28 und 29 gezeigten Schritte sind die gleichen Schritte, wie in 24 und 25 gezeigt, und daher wird eine Erläuterung dieser Schritte weggelassen.
In dem vierten Ausführungsbeispiel wird bestimmt, ob sich ein Betriebszustand der Maschine in dem Zustand befindet, in dem das Umschalten zwischen dem ersten Verbrennungsmodus und dem zweiten Verbrennungsmodus häufig stattfindet, oder nicht. Wenn sich der Betriebszustand der Maschine in einem hochfrequenten Zustand befindet, das heißt, dass der Betriebszustand der Maschine oft in dem dritten Betriebsgebiet III ist, dann wird das erste Betriebsgebiet verkleinert, in dem der erste Verbrennungsmodus durchgeführt wird. Der erste Verbrennungsmodus wird nämlich kaum durchgeführt, und dann ist die Anzahl der Häufigkeit des Umschaltens zwischen dem ersten Modus und dem zweiten Modus reduziert. Als ein Ergebnis ist es möglich, das Auftreten einer unerwünschten Situation zu reduzieren, in der die Erzeugung einer Menge an Ruß erhöht wird, und zwar entsprechend dem Übergang zwischen dem ersten Verbrennungsmodus und dem. zweiten Verbrennungsmodus.
Außerdem wird in dem dritten und vierten Ausführungsbeispiel, wie oben erläutert, die Bestimmung des Betriebszustands der Maschine, ob sich nämlich der Zustand in dem dritten Betriebsgebiet III befindet oder nicht, basierend auf der Last L und der Drehzahl N der Maschine durchgeführt. Es ist jedoch auch möglich, diese Bestimmung basierend auf anderen Parametern durchzuführen, beispielsweise ein Öffnungsgrad der Drosselklappe oder die Einspritzmenge.
Ein fünftes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nun beschrieben. Die Struktur des Ausführungsbeispiels ist die gleiche wie die des ersten Ausführungsbeispiels, das in 1 gezeigt ist.
Eine Erläuterung der Betriebssteuerung des fünften Ausführungsbeispiels erfolgt unter Bezugnahme auf 30 und 31.
Zuerst werden in Schritt 2900 Straßeninformationen gelesen, die von einem Navigationssystem 70 empfangen werden. Als nächstes wird in Schritt 2901 bestimmt, ob das Fahrzeug, beispielsweise auf einer Straße mit vielen Kurven oder mit einer starken Steigung fährt. Wenn in Schritt 2901 JA bestimmt wird, dann wird bestimmt, dass der aktuelle Betriebszustand der Maschine sich in dem Bereich befindet, wo eine Möglichkeit des Umschaltens zwischen dem ersten Verbrennungsmodus und dem zweiten Verbrennungsmodus groß ist, und dann geht der Prozess zu Schritt 116, wo der zweite Verbrennungsmodus durchgeführt wird. Im Gegensatz dazu, wenn in Schritt 2901 NEIN bestimmt wird, dann geht der Prozess zu Schritt 106.
Die nachfolgenden Schritte 106 bis 125, wie in 30 und 31 gezeigt, sind die gleichen Schritte, wie in 16 gezeigt. Jedoch wird in dem Ausführungsbeispiel die Betriebssteuerungsroutine nach Schritt 115 und 125 beendet. Der Prozess, der den oben genannten Schritten 127 bis 129 entspricht, wird nämlich nicht durchgeführt.
Wenn in dem obigen fünften Ausführungsbeispiel das Fahrzeug auf einer Straße mit vielen Kurven oder einer starken Steigung fährt, dann wird die Durchführung des ersten Verbrennungsmodus verhindert. Es wird nämlich nur der zweite Verbrennungsmodus durchgeführt, wenn das Fahrzeug auf einer solchen Straße fährt. Als Folge ist es möglich, das Auftreten einer unerwünschten Situation zu verhindern, in der die Erzeugung einer Menge an Ruß gemäß dem Übergang zwischen dem ersten Verbrennungsmodus und dem zweiten Verbrennungsmodus ansteigt.
Nun wird ein sechstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die Struktur des sechsten Ausführungsbeispiels ist die gleiche wie in dem ersten Ausführungsbeispiel, das in 1 gezeigt ist.
Eine Erläuterung der Betriebssteuerung des sechsten Ausführungsbeispiels erfolgt unter Bezugnahme auf 32 und 36, wobei besonderes Augenmerk auf Prozesse gerichtet wird, die von dem oben genannten fünften Ausführungsbeispiel verschieden sind.
Wenn in dem sechsten Ausführungsbeispiel in Schritt 2901 JA bestimmt wird, dann geht der Prozess zu Schritt 1800. In diesem Fall werden das erste Betriebsgebiet I und das zweite Betriebsgebiet II so eingestellt, wie in 21 gezeigt. Aus einem Vergleich von 7 und 21 ist offensichtlich, dass das erste Betriebsgebiet I in diesem Ausführungsbeispiel verkleinert ist. Daher wird der erste Verbrennungsmodus kaum durchgeführt. Wenn im Gegensatz dazu in Schritt 2901 NEIN bestimmt wird, dann geht der Prozess ohne eine Verkleinerung des ersten Betriebsgebiets I zu Schritt 106.
Die folgenden in 32 und 33 gezeigten Schritte sind die gleichen wie die Schritte, die in 30 und 31 gezeigt sind, und daher wird eine Beschreibung dieser Schritte weggelassen.
In dem sechsten Ausführungsbeispiel wird bestimmt, ob sich ein Betriebszustand der Maschine in dem Zustand befindet, in dem ein Umschalten zwischen dem ersten Verbrennungsmodus und dem zweiten Verbrennungsmodus häufig auftritt oder nicht. Wenn sich der Betriebszustand der Maschine in einem hochfrequenten Zustand befindet, das heißt, dass das Fahrzeug auf einer Straße mit vielen Kurven oder einer starken Steigung fährt, dann wird das erste Betriebsgebiet I, in dem der erste Verbrennungsmodus durchgeführt wird, verkleinert. Der erste Verbrennungsmodus wird nämlich kaum durchgeführt, und dann ist die Anzahl der Häufigkeit des Umschaltens zwischen dem ersten Modus und dem zweiten Modus reduziert. Als eine Folge ist es möglich, das Auftreten einer unerwünschten Situation zu reduzieren, in der die Erzeugung einer Menge an Ruß gemäß dem Übergang zwischen dem ersten Verbrennungsmodus und dem zweiten Verbrennungsmodus ansteigt.
Außerdem wird in dem fünften und sechsten Ausführungsbeispiel, wie oben erläutert, die Entscheidung, ob sich der Betriebszustand in dem Zustand befindet, in dem der erste Verbrennungsmodus und der zweite Verbrennungsmodus oft umgeschaltet werden, auf Basis der Straßeninformation durchgeführt, die von dem Navigationssystem 70 empfangen wird. Es ist jedoch auch möglich zu bestimmen, dass das Fahrzeug auf einer Straße mit vielen Kurven oder einer steil nach oben gerichteten Steigung fährt, wenn eine Fahrzeuggeschwindigkeit oder die Drehzahl der Maschine zufällig ansteigt oder wenn ein Öffnungsgrad der Drosselklappe oder die Kraftstoffeinspritzmenge groß sind.
Außerdem wird in dem fünften und sechsten Ausführungsbeispiel, wie oben erläutert, die Entscheidung, ob das Fahrzeug auf einer Straße mit vielen Kurven oder einer steilen Steigung fährt, auf Basis der Straßeninformation durchgeführt, die von dem Navigationssystem 70 empfangen wird. In den obigen Ausführungsbeispielen ist es jedoch auch möglich zu bestimmen, ob sich der Betriebszustand der Maschine in dem dritten Betriebsgebiet III befindet, wie in 26 gezeigt, das heißt, die Grenze zwischen dem ersten Betriebsgebiet I und dem zweiten Betriebsgebiet II, und zwar basierend auf der Straßeninformation, die von dem Navigationssystem 70 empfangen wird.
Außerdem ist es in jedem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel möglich, einen zusätzlichen Schritt kurz vor Schritt 111 durchzuführen, in dem ein Schiebediagramm für den ersten Verbrennungsmodus, wie in 34A gezeigt, zur Anwendung mit dem automatischen Getriebe 60 ausgewählt wird. Auf ähnlich Weise kann kurz vor Schritt 116 ein zusätzlicher Schritt durchgeführt werden, in dem ein Schiebediagramm für den zweiten Verbrennungsmodus, wie in 34B gezeigt, für das automatische Getriebe 60 angewendet wird.
In den in 34A und 34B gezeigten Schiebediagrammen zeigt die horizontale Achse die Drehzahl N des Motors, und die vertikale Achse zeigt die Last L. Jedoch kann die horizontale Achse auch durch eine Fahrzeuggeschwindigkeit und einen Öffnungsgrad der Drosselklappe ersetzt werden. Dies ist möglich, da die hohe Fahrzeuggeschwindigkeit der hohen Drehzahl des Motors entspricht und ein kleiner Öffnungsgrad der Drosselklappe einer niedrigen Last der Maschine entspricht.
Wie aus dem Vergleich von 34A mit 34B offensichtlich ist, sind die nach oben geschobenen Positionen und die nach unten geschobenen Positionen, die in 34A gezeigt sind, wo der erste Verbrennungsmodus durchgeführt wird, in Richtung auf die höhere Drehzahl und die geringere Lastseite verschoben, im Vergleich mit 34B, wo der zweite Verbrennungsmodus durchgeführt wird. Wenn daher der erste Verbrennungsmodus (Niedrigtemperaturverbrennung) durchgeführt wird, wird der Verschiebepunkt eingestellt, so dass niedrigere Schaltstufen einfach gewählt werden können.
Andererseits, wie in 7 gezeigt, wird die Durchführung der Niedrigtemperaturverbrennung begrenzt, das heißt, der Betriebszustand der Maschine befindet sich in dem ersten Betriebsgebiet I, wenn es möglich ist, die Temperatur des Kraftstoffs und der Umgebungsluft auf einem Wert zu halten, der geringer ist als die Temperatur, bei der Ruß erzeugt wird. Wenn sich nämlich der Betriebszustand der Maschine in dem ersten Betriebsgebiet I befindet, dann sollte die Last der Maschine relativ gering und die Verbrennungswärme relativ gering sein. Wie in 35 gezeigt, wenn Schaltstufe mit hoher Drehzahl in dem ersten Betriebsgebiet I ausgewählt ist, dann wird die Drehzahl der Maschine von N2 auf N1 reduziert, und die Last der Maschine steigt von L2 auf L1, wenn eine Arbeitsbelastung feststehend ist. Als eine Folge sollte der Betriebszustand der Maschine in das zweite Betriebsgebiet II geschaltet werden. Die Niedrigtemperaturverbrennung wird nämlich nicht länger durchgeführt. Im Gegensatz dazu ist es gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, die Drehzahl N2 der Maschine und die Last L2 der Maschine beizubehalten, da die niedrigere Schaltstufe leicht absichtlich ausgewählt wird. Der Betriebszustand der Maschine wird nämlich in dem ersten Betriebsgebiet gehalten, weshalb die Niedrigtemperaturverbrennung kontinuierlich durchgeführt wird.
Wie oben beschrieben, wenn die Niedrigtemperaturverbrennung durchgeführt wird, wenn das Schiebediagramm verwendet wird, das in 34A und 34B gezeigt ist, muss die Schiebeposition in Richtung auf eine höhere Drehzahl der Maschine und auf eine niedrigere Lastseite verschoben werden, im Vergleich dazu, wenn der zweite Verbrennungsmodus durchgeführt wird. Wenn folglich eine geforderte Arbeitsbelastung, die das Produkt ist, das aus der Drehzahl der Maschine und der Last der Maschine berechnet wird, wenn die Niedrigtemperaturverbrennung durchgeführt wird, gleich einer geforderten Arbeitsbelastung ist, wenn der zweite Verbrennungsmodus durchgeführt wird, dann ist es möglich, eine geringere Schaltstufe auszuwählen, wenn die Niedrigtemperaturverbrennung durchgeführt wird, so dass die Drehzahl der Maschine höher und die Last der Maschine geringer sein sollte, und zwar im Vergleich zu dem Fall, wenn der zweite Verbrennungsmodus durchgeführt wird. Das heißt, die Niedrigtemperaturverbrennung kann unter der Bedingung einer höheren Drehzahl der Maschine und einer geringeren Last der Maschine durchgeführt werden, wenn die Arbeitslast gleich ist. Das Gebiet, in dem die Niedrigtemperaturverbrennung durchgeführt werden kann, wird nämlich wesentlich vergrößert. Folglich ist es möglich, das Auftreten einer unerwünschten Situation zu reduzieren, in der eine Erzeugung einer Menge an Ruß gemäß dem Übergang zwischen dem ersten Verbrennungsmodus und dem zweiten Verbrennungsmodus ansteigt.
In der obigen Beschreibung werden sowohl der nach oben verschobene Punkt als auch der nach unten verschobene Punkt in Richtung auf die hohe Drehzahl der Maschine und auf die Seite der niedrigen Last verschoben, wie in 34A und 34B gezeigt. Es ist jedoch nicht immer erforderlich, beide Schiebepositionen zu verschieben. Es ist nämlich möglich, lediglich eine Schiebeposition zu verschieben, und zwar abhängig von der Anforderung.
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Steuerung (elektronische Steuereinheit 40) der Maschine als ein programmierter Mehrzweckcomputer implementiert. Für den Fachmann ist offensichtlich, dass die Steuerung auch unter Verwendung einer einzelnen integrierten Schaltung für spezielle Zwecke (zum Beispiel ASIC) mit einem Haupt- oder Zentralprozessorabschnitt für die gesamte Systempegelsteuerung und separaten Abschnitten implementiert werden kann, die für die Durchführung mehrerer verschiedener spezieller Berechnungen, Funktionen und anderer Prozesse durch Steuerung des Zentralprozessorabschnitts bestimmt sind. Die Steuerung kann auch eine Vielzahl von bestimmten separaten oder programmierbaren integrierten oder anderen elektronischen Schaltungen oder Vorrichtungen sein (z. B. verdrahtete Elektronik oder logische Schaltungen, wie zum Beispiel diskrete Bauelement-Schaltungen oder programmierbare Logikeinrichtungen, wie zum Beispiel PLDs, PLAs, PALs oder ähnliches). Die Steuerung kann unter Verwendung eines geeigneten programmierbaren Mehrzweckcomputers implementiert werden, zum Beispiel ein Mikroprozessor, ein Mikrocontroller oder eine andere Prozessoreinrichtung (CPU oder MPU), und zwar entweder alleine oder in Verbindung mit einer oder mehreren Daten- und Signalverarbeitungseinrichtungen (zum Beispiel integrierte Schaltungen). Allgemein kann irgendeine Einrichtung oder Baugruppe von Vorrichtungen als die Steuerung verwendet werden, mit denen eine Maschine mit einer endlichen Anzahl von Zuständen benutzt werden kann, die in der Lage ist, die in 15–20, 23–25, 27–32 und/oder 33 gezeigten Flussdiagramme zu implementieren. Für eine maximale Daten-Signal-Verarbeitungskapazität und Geschwindigkeit kann eine verteilte Verarbeitungsarchitektur verwendet werden.
Ein System für eine Brennkraftmaschine ist in der Lage, gleichzeitig Ruß und NOx zu reduzieren, und verhindert das Entstehen einer unerwünschten Situation, in der die Erzeugung einer Menge an Ruß entsprechend häufiger Übergänge zwischen einem ersten Verbrennungsmodus und einem zweiten Verbrennungsmodus ansteigt. In dem System werden der erste Verbrennungsmodus, bei dem eine Menge an inertem Gas in die Verbrennungskammer eingeleitet wird, die größer ist als eine Menge des inerten Gases, die bewirkt, dass die Erzeugung einer Menge an Ruß auf einen Spitzenwert ansteigt, so dass kaum Ruß erzeugt wird, und ein zweiter Verbrennungsmodus wahlweise durchgeführt, bei dem eine Menge an inertem Gas, das der Verbrennungskammer zugeführt wird, kleiner ist als die Menge des inerten Gases, die bewirkt, dass die Erzeugung einer Menge an Ruß ein Spitzenwert erreicht. Wenn die Bedingungen so sind, das ein Umschalten zwischen dem ersten Verbrennungsmodus häufig stattfinden kann, dann wird die Durchführung des ersten Verbrennungsmodus gesteuert. Die Frequenz des Umschaltens kann bestimmt werden, und zwar beispielsweise auf einer Frequenz der Veränderung der Maschinenlast, eines Betriebszustands der Maschine oder Straßeninformationen.

Claims

System für eine Brennkraftmaschine, bei welchem, wenn eine Menge an Wiederumlaufabgas, welches einer Verbrennungskammer (5) zugeführt wird, erhöht wird, sich eine Erzeugungsmenge an Ruß stufenförmig erhöht und ihre Spitze erreicht, umfassend: eine Verbrennungskammer; und ein Steuermittel (40) zum selektiven Schaltbetrieb des Maschinensystems zwischen einem ersten Verbrennungsmodus, in welchem eine Menge an wirkungslosem Gas, welches der Verbrennungskammer (5) zugefügt wird, höher ist als eine Menge des wirkungslosen Gases, welches eine Menge an Ruß verursacht, welches so erzeugt wird, dass es die Spitzenmenge einnimmt, so dass Ruß kaum erzeugt wird, und einem zweiten Verbrennungsmodus, in welchem eine Menge des wirkungslosen Gases, welches der Verbrennungskammer (5) zugeführt wird, geringer ist als die Menge des wirkungslosen Gases, welches die Erzeugungsmenge an Ruß verursacht, so dass es die Spitzenmenge annimmt, wobei das Steuermittel (40) bestimmt, ob ein Betriebszustand der Maschine in einem Zustand ist, bei welchem ein Schalten zwischen dem ersten Verbrennungsmodus und dem zweiten Verbrennungsmodus häufig auftreten würde, und dann die Ausführung des ersten Verbrennungsmodus und des zweiten Verbrennungsmodus derart steuert, so dass eine Häufigkeit zum Schalten zwischen dem ersten Verbrennungsmodus und dem zweiten Verbrennungsmodus daran gehindert wird oberhalb einer vorbestimmten Menge anzusteigen.
System für eine Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, bei welchem das Steuermittel (40) eine Ausführung des ersten Verbrennungsmodus unterdrückt, um die Schaltungshäufigkeit daran zu hindern, oberhalb der vorbestimmten Größe anzusteigen.
System für eine Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, bei welchem das Steuermittel (40) ein niedriglastseitiges erstes Betriebsgebiet und ein hochlastseitiges zweites Betriebsgebiet innerhalb eines Betriebsgebietes der Maschine bestimmt, und der erste Verbrennungsmodus im ersten Betriebsgebiet ausgeführt wird, und der zweite Verbrennungsmodus im zweiten Betriebsgebiet ausgeführt wird.
System für eine Brennkraftmaschine nach Anspruch 3, bei welchem das Steuermittel (40) das erste Betriebsgebiet reduziert, um die Schaltungshäufigkeit daran zu hindern, oberhalb der vorbestimmten Größe anzusteigen.
System für eine Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, bei welchem das Steuermittel (40) eine Ausführung des ersten Verbrennungsmodus unterdrückt, wenn bestimmt wird, dass die Schaltungshäufigkeit hoch ist.
System für eine Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, bei welchem das Steuermittel (40) die Schaltungshäufigkeit zwischen dem ersten und zweiten Verbrennungsmodus basierend auf einer Last auf die Maschine bestimmt.
System für eine Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, bei welchem das Steuermittel (40) ein niedriglastseitiges erstes Betriebsgebiet und ein hochlastseitiges zweites Betriebsgebiet innerhalb eines Betriebsgebietes der Maschine bestimmt, und der erste Verbrennungsmodus im ersten Betriebsgebiet ausgeführt wird, und der zweite Verbrennungsmodus im zweiten Betriebsgebiet ausgeführt wird.
System für eine Brennkraftmaschine nach Anspruch 7, bei welchem der Steuerer bestimmt, dass die Schaltungshäufigkeit zwischen dem ersten Verbrennungsmodus und dem zweiten Verbrennungsmodus hoch ist, wenn die Häufigkeit, mit welcher ein Betriebszustand der Maschine um ein Grenzgebiet zwischen dem ersten Betriebsgebiet und dem zweiten Betriebsgebiet lokalisiert wird, höher als ein vorbestimmter Wert ist.
System für eine Brennkraftmaschine nach Anspruch 7 oder 8, bei welchem das Steuermittel (40) das erste Betriebsgebiet reduziert, wenn das Steuermittel (40) bestimmt, dass die Schaltungshäufigkeit zwischen dem ersten Verbrennungsmodus und dem zweiten Verbrennungsmodus hoch ist.
System für eine Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, ferner umfassend ein Empfangsmittel (70) zum Empfangen einer Information über Fahrbedingungen, wobei ein Fahrzeug, welches die Brennkraftmaschine (1) hat, lokalisiert wird, und wobei das Steuermittel (40) basierend auf die empfangenen Fahrbedingungen bestimmt, dass die Schaltungshäufigkeit zwischen dem ersten Verbrennungsmodus und dem zweiten Verbrennungsmodus hoch ist.
System für eine Brennkraftmaschine nach Anspruch 10, bei welchem die Fahrbedingungen eine Information über die Straße enthält, auf welcher das Fahrzeug lokalisiert wird, und das Steuermittel (40) bestimmt, dass die Schaltungshäufigkeit hoch ist, wenn mindestens eine Anzahl an Kurven auf der Straße und/oder ein Steigungsgrad der Straße höher ist als ein vorbestimmter Wert.
System für eine Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, ferner umfassend: ein mit der Maschine (1) verbundenes Automatikgetriebe (60); und ein Getriebesteuermittel (40) zum Steuern eines Schaltdiagrammes des Automatikgetriebes (60), so dass Schaltpunkte, bei denen der erste Verbrennungsmodus durchgeführt wird, in Richtung zu einer hohen Maschinengeschwindigkeit und einer Niedrigbelastungsseite verschoben werden, verglichen mit Schaltpunkten, bei denen der zweite Verbrennungsmodus durchgeführt wird.
System für eine Brennkraftmaschine nach Anspruch 12, bei welchem das Getriebesteuermittel (40) einen niedrigeren Gang des Automatikgetriebes (60) für eine gegebene Arbeitslast auswählt, welche ein Produkt aus einer Maschinengeschwindigkeit und einer Last auf die Maschine (1) ist, welche während des ersten Verbrennungsmodus angefordert wird, in Relation zu einer gleichen Arbeitslast, welche während des zweiten Verbrennungsmodus angefordert wird.