DE69929375T2

DE69929375T2 - Verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE69929375T2
Application number: DE69929375T
Authority: DE
Inventors: Shizuo Toyota-shi Aichi-ken Sasaki; Masato Toyota-shi Aichi-ken Gotoh; Takekazu Toyota-shi Aichi-ken Ito; Kouji Toyota-shi Aichi-ken Yoshizaki; Hiroki Toyota-shi Aichi-ken Murata
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1998-06-05
Filing date: 1999-05-28
Publication date: 2006-08-24
Anticipated expiration: 2019-05-29
Also published as: DE69929375D1; EP0962638A3; EP0962638A2; EP0962638B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit einer Verbrennungskammer, in die inaktives Gas eingeführt wird, um eine Verbrennung zu verursachen.
In herkömmlicher Weise sind bei einer Brennkraftmaschine, wie beispielsweise einem Dieselmotor, ein Motorauslasskanal und ein Motoreinlasskanal über eine Abgasrückführ- (hiernach als EGR bezeichnet) Leitung miteinander verbunden. Abgas, d.h. EGR-Gas, wird über die EGR-Leitung in den Motoreinlasskanal rückgeführt. In diesem Fall besitzt das EGR-Gas eine relativ hohe spezifische Wärme und kann eine große Wärmemenge absorbieren. Wenn daher die Menge des EGR-Gases erhöht wird, d.h. die EGR-Rate (Menge des EGR-Gases/(Menge des EGR-Gases + Menge der Ansaugluft)) erhöht wird, nimmt die Verbrennungstemperatur in einer Verbrennungskammer ab. Wenn die Verbrennungstemperatur abnimmt, wird die erzeugte Menge an NOx reduziert. Je größer daher die EGR-Rate wird, desto geringer wird die erzeugte NOx-Menge.
Es ist bekannt, daß die erzeugte Menge an NOx durch Erhöhung der EGR-Rate verringert wird. Wenn jedoch im Prozeß der Erhöhung der EGR-Rate die EGR-Rate einen bestimmten Schwellenwert übersteigt, beginnt die Menge an erzeugtem Ruß, d.h. an Rauch, abrupt anzusteigen. Hierbei wird davon ausgegangen, daß bei einem Ansteigen der EGR-Rate über einen bestimmten Schwellenwert die Menge an Ruß endlos ansteigt. Mit anderen Worten, die EGR-Rate, bei der die Menge an Ruß abrupt anzusteigen beginnt, wird als maximal zulässiger Wert der EGR-Rate angesehen.
Die EGR-Rate wird daher unter den maximal zulässigen Wert gesetzt. Obwohl sich der maximal zulässige Wert der EGR-Rate in Abhängigkeit vom Typ des Motors oder Kraftstoffs stark unterscheidet, beträgt er etwa 30 bis 50%. Daher wird bei einem Dieselmotor die EGR-Rate maximal auf 30 bis 50% eingestellt.
Wie vorstehend erläutert, wird in herkömmlicher Weise davon ausgegangen, daß die EGR-Rate einen maximal zulässigen Wert besitzt. Somit wird die EGR-Rate so eingestellt, daß die Menge an erzeugtem NOx auf das maximal zulässige Ausmaß reduziert wird, und zwar unter der Bedingung, daß die EGR-Rate den maximal zulässigen Wert nicht übersteigt. Selbst wenn jedoch die EGR-Rate auf diese Weise festgelegt wird, kann die Menge an erzeugtem NOx nicht unbegrenzt reduziert werden. In der Tat ist die Erzeugung einer beträchtlichen Menge an NOx unvermeidbar.
In diesem Zusammenhand wird auf die EP-A-803 645 Bezug genommen, die sich mit einer Brennkraftmaschine vom Kompressionszündtyp befasst, die in der Lage ist, die Menge an erzeugtem Ruß und NOx zu reduzieren. Die Erzeugung von Ruß und NOx wird dabei verringert, indem die Kraftstofftropfen relativ groß ausgebildet werden und der Kraftstoff vor 60° vor dem oberen Totpunkt des Kompressionshubes eingespritzt wird, damit sich die Kraftstofftropfen gleichmäßig verteilen und die Dichte der Kraftstofftropfen gering ist. Ferner wird die Dichte des Sauerstoffs um die Kraftstofftropfen herum reduziert, indem eine Umwälzung des EGR-Gases in der Verbrennungskammer bei einem Betrieb des Motors unter hoher Last und eine Einstellung des EGR-Verhältnisses auf mindestens etwa 40% bewirkt wird. Dabei wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis im wesentlichen auf das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis gesteuert, und die Verbrennung wird dadurch gesteuert, daß das EGR-Verhältnis auf der Basis der Größe des Niederdrückens eines Gaspedales eingestellt wird.
Die folgende Tatsache wurde im Verlaufe der Untersuchungen der Verbrennung bei Dieselmotoren entdeckt. Wenn, wie vorstehend beschrieben, die EGR-Rate größer gemacht wird als der maximal zulässige Wert, nimmt die Menge an erzeugtem Rauch abrupt zu. Die erzeugte Menge an Rauch hat jedoch eine Spitze. Wenn die EGR-Rate weiter erhöht wird, nachdem die erzeugte Menge an Rauch ihre Spitze erreicht hat, beginnt die erzeugte Rauchmenge dann abrupt abzunehmen. Wenn die EGR-Rate während eines Leer laufbetriebes auf 70% oder mehr oder in einem Fall, in dem das EGR-Gas intensiv gekühlt wird, auf etwa 55% oder mehr eingestellt wird, wird kaum NOx erzeugt und wird die Menge an erzeugtem Rauch nahezu Null. Es wird daher kaum Ruß erzeugt. Auf der Basis dieser Erkenntnis wurden weitere Untersuchungen darüber durchgeführt, warum kaum Ruß erzeugt wird. Als Ergebnis wurde ein neuartiges unerwartetes Verbrennungssystem konstruiert, das in der Lage ist, gleichzeitig Ruß und NOx zu verringern. Dieses neuartige Verbrennungssystem wird später im einzelnen erläutert. Kurz gesagt, dieses Verbrennungssystem basiert auf der Idee, das Wachstum von Kohlenwasserstoffen zu stoppen, bevor diese zu Ruß werden.
Mit anderen Worten, durch wiederholte Untersuchungen und Versuche wurde festgestellt, daß dann, wenn die Temperatur des Kraftstoffs und Umgebungsgases in der Verbrennungskammer während der Verbrennung einer bestimmten Temperatur entspricht oder niedriger als diese ist, das Wachstum von Kohlenwasserstoff gestoppt wird, bevor dieser zu Ruß wird, und daß dann, wenn die Temperatur des Kraftstoffs und Umgebungsgases höher wird als die vorstehend erwähnte bestimmte Temperatur, der Kohlenwasserstoff rasch zunimmt und zu Ruß wird. In diesem Fall wird die Temperatur des Kraftstoffs und Umgebungsgases stark durch den endothermen Effekt des den Kraftstoff zum Zeitpunkt der Kraftstoffverbrennung umgebenden Gases beeinflusst. Wenn dieser endotherme Wert des den Kraftstoff umgebenden Gases in Abhängigkeit von einem exothermen Wert während der Kraftstoffverbrennung einge stellt wird, kann die Temperatur des Kraftstoffs und Umgebungsgases gesteuert werden.
Wenn daher die Temperatur des Kraftstoffs und Umgebungsgases in der Verbrennungskammer während der Verbrennung auf eine Temperatur oder niedriger als diese eingestellt wird, bei der das Wachstum von Kohlenwasserstoff auf halbem Wege gestoppt wird, wird kein Ruß erzeugt. Die Temperatur des Kraftstoffs und Umgebungsgases in der Verbrennungskammer während der Verbrennung kann auf eine Temperatur oder niedriger als diese eingestellt werden, bei der das Wachstum an Kohlenwasserstoff auf halbem Wege gestoppt wird, indem ein endothermer Wert des den Kraftstoff umgebenden Gases eingestellt wird. Der Kohlenwasserstoff, dessen Wachstum gestoppt wurde, bevor er zu Ruß wurde, kann in einfacher Weise über eine Nachbehandlung, bei der ein Oxidationskatalysator o.ä. verwendet wird, gereinigt werden. Dies stellt das Grundkonzept des neuartigen Verbrennungssystems dar. Der Patentinhaber hat bereits unter der Veröffentlichungsnummer EP-A-879 946 ein Patent für eine Brennkraftmaschine, bei der dieses neuartige Verbrennungssystem Anwendung findet, angemeldet.
Bei der Durchführung einer geeigneten Verbrennung mit dem neuartigen Verbrennungssystem besitzen das Luft-Kraftstoff-Verhältnis und die EGR-Rate ihre entsprechenden optimalen Werte, die in Abhängigkeit vom Betriebszustand des Motors festgelegt werden. Wenn daher eine Änderung im Betriebszustand des Motors bei dem neuartigen Verbrennungssystem auftritt, müssen das Luft-Kraftstoff- Verhältnis und die EGR-Rate auf ihre entsprechenden optimalen Werte, die dem momentanen Betriebszustand des Motors entsprechen, eingestellt werden.
Andererseits beeinflusst die Konzentration des im EGR-Gas, das dem Motoreinlasskanal zugeführt wird, enthaltenen Sauerstoffs das Luft-Kraftstoff-Verhältnis beträchtlich. Mit anderen Worten, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis steigt an, wenn die Konzentration des im EGR-Gas enthaltenen Sauerstoffs höher wird, und das Luft-Kraftstoff-Verhältnis nimmt ab, wenn die Konzentration des im EGR-Gas enthaltenen Sauerstoffs geringer wird.
Wenn sich, wie vorstehend beschrieben, der Betriebszustand des Motors bei dem neuartigen Verbrennungssystem verändert, ändern sich auch das optimale Luft-Kraftstoff-Verhältnis und die optimale EGR-Rate. Trotz der Änderung des Betriebszustandes des Motors ändert sich jedoch die Konzentration des im EGR-Gas, das dem Motoreinlasskanal zugeführt wird, enthaltenen Sauerstoffs nicht sofort, sondern verbleibt auf einem Niveau, das einem vorhergehenden Betriebszustand des Motors entspricht. Wenn daher nicht berücksichtigt wird, daß sich die Konzentration des im EGR-Gas enthaltenen Sauerstoffs in Abhängigkeit von einer Änderung des Betriebszustandes des Motors ändert, weichen das Luft-Kraftstoff-Verhältnis und die EGR-Rate von ihren entsprechenden optimalen Werten zum Zeitpunkt einer derartigen Änderung ab. Daher treten Probleme, wie die Erzeugung von Rauch oder eine unvollständige Verbrennung, auf.
Im Zusammenhang mit diesem Problem wird auf die JP-A-08-042369 Bezug genommen, die eine Verbesserung der Genauigkeit der Steuerung einer Brennkraftmaschine durch Detektieren der im EGR-Gas enthaltenen Sauerstoffmenge über einen Sauerstoffsensor, der in einem Auslasskanal des Motors angeordnet ist, das Feststellen der Menge an Sauerstoff, die tatsächlich in einem Zylinder des Motors strömen darf, und zwar einschließlich der Schwankungen durch die Abgasrückführung, und das Steuern der Kraftstoffeinspritzmenge auf der Basis der EGR-Gas-Menge und der Sauerstoffkonzentration vorschlägt.
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Brennkraftmaschine zu schaffen, mit der eine geeignete Verbrennung erreicht wird, d.h. die Erzeugung von Rauch und das Auftreten einer unvollständigen Verbrennung zum Zeitpunkt einer Änderung des Betriebszustandes der Brennkraftmaschine verhindert wird.
Das vorstehend genannte Ziel wird durch eine Kombination von Merkmalen erreicht, die im Hauptanspruch angegeben ist. Vorteilhafte Weiterentwicklungen der vorliegenden Erfindung gehen aus den abhängigen Ansprüchen hervor.
Erfindungsgemäß wird eine Brennkraftmaschine geschaffen, bei der ein erster Verbrennungsmodus und ein zweiter Verbrennungsmodus wahlweise durchgeführt werden. Während des ersten Verbrennungsmodus ist die Menge des einer Verbrennungskammer zugeführten rückgeführten Abgases größer als die Menge des zurückgeführten Abgases, die einer Spitzenerzeugungsmenge von Ruß entspricht, und es wird kaum Ruß erzeugt. Während des zweiten Verbrennungsmodus ist die Menge des der Verbrennungskammer zugeführten rückgeführten Abgases geringer als die Menge des rückgeführten Abgases, die der Spitzenerzeugungsmenge an Ruß entspricht. Die Konzentration des in einem Motoreinlasskanal zugeführten rückgeführten Abgas enthaltenen Sauerstoffs wird geschätzt. Auf der Basis der Konzentration des im rückgeführten Abgas enthaltenen Sauerstoffs wird mindestens ein Wert aus dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis und der Abgasrückführrate auf seinen Sollwert eingestellt.
Mit dieser Brennkraftmaschine kann eine geeignete Verbrennung erzielt werden. Mit anderen Worten, es ist möglich, eine Erzeugung von Rauch und das Auftreten einer unvollständigen Verbrennung selbst zum Zeitpunkt einer Änderung des Betriebszustandes der Brennkraftmaschine zu verhindern.
Obwohl diese Zusammenfassung nicht sämtliche Merkmale der vorliegenden Erfindung enthält, versteht es sich, daß jede beliebige Kombination der in den abhängigen Ansprüchen angegebenen Merkmale im Schutzumfang der vorliegenden Erfindung liegt.
Die vorstehend genannten und weiteren Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlich aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen derselben in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen. Hiervon zeigen:
1 eine Generalansicht einer Brennkraftmaschine vom Kompressionszündtyp gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 die erzeugten Mengen an Rauch und NOx;
die 3A und 3B den Verbrennungsdruck;
4 Kraftstoffmoleküle während der Verbrennung;
5 die Beziehung zwischen der Menge an erzeugtem Rauch und der EGR-Rate;
6 die Beziehung zwischen der Kraftstoffeinspritzmenge und der Menge an vermischtem Gas;
7 einen ersten Betriebsbereich I und einen zweiten Betriebsbereich II;
8 den Öffnungsgrad einer Drosselklappe u.ä.;
die 9A und 9B eine Drehmomentanforderung;
die 10A und 10B ein Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis im ersten Betriebszustand I;
die 11A und 11B eine Soll-EGR-Rate im ersten Betriebsbereich I;
die 12A bis 12D Karten des Sollöffnungsgrades der Drosselklappe;
die 13A bis 13D Karten des Sollöffnungsgrades des EGR-Steuerventils;
die 14A bis 14D Karten des Sollwertes der Ansaugluftmenge;
die 15A bis 15A Karten des Sollwertes der EGR-Gasmenge;
16 den effektiven Durchflußbereich des EGR-Steuerventils;
die 17A und 17B das Luft-Kraftstoff-Verhältnis und die Soll-EGR-Rate während des zweiten Verbrennungsmodus;
18 die Beziehung zwischen der EGR-Gasmenge und dem Wert von i;
19 ein Ablaufdiagramm zum Schätzen der Sauerstoffkonzentration;
20 ein Ablaufdiagramm zum Steuern des Betriebes der Brennkraftmaschine;
21 ein Ablaufdiagramm zum Steuern der Drosselklappe;
22 ein Ablaufdiagramm zum Steuern des EGR-Steuerventils;
23 ein Ablaufdiagramm zum Steuern der Drosselklappe;
24 ein Ablaufdiagramm zum Steuern des EGR-Steuerventils;
die 25A bis 25D Karten des Solldrucks in einem Ansaugkanal;
26 ein Ablaufdiagramm zum Steuern des EGR-Steuerventils;
27 ein Ablaufdiagramm zum Steuern des EGR-Steuerventils gemäß einer Modifikation der ersten Ausführungsform;
die 28A bis 28D Karten des Solldrucks in einer Verbrennungskammer;
29 ein Ablaufdiagramm zum Steuern des EGR-Steuerventils gemäß noch einer anderen Modifikation der ersten Ausführungsform;
30 ein Ablaufdiagramm zum Steuern des EGR-Steuerventils gemäß noch einer anderen Modifikation der ersten Ausführungsform;
31 eine Karte des Sollöffnungsgrades der Drosselklappe u.ä. gemäß einer zweiten Ausführungsform;
32 eine Karte der Einspritzmenge u.ä.;
33 Korrekturgrößen für die Drosselklappe und das EGR-Steuerventil;
34 ein Ablaufdiagramm zum Steuern des Betriebes der Brennkraftmaschine;
35 eine Darstellung der Funktionen zum Absorbieren und Abgeben von NOx;
36 eine Karte des Injektionsstarttiming gemäß einer dritten Ausführungsform;
die 37 und 38 eine Vielzahl von Betriebsbereichen der Brennkraftmaschine;
die 39 bis 41 Ablaufdiagramme zum Steuern des Betriebes der Brennkraftmaschine;
42 eine Karte der Absorptionsmenge von NOx pro Zeiteinheit gemäß einer vierten Ausführungsform;
43 eine Darstellung der NOx-Abgabe-Steuerung;
die 44 und 45 eine Einspritzmengensteuerung und eine Veränderung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses zum Zeitpunkt eines Überganges von einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis;
45 eine Karte der Einspritzmenge;
46 eine Einspritzmengensteuerung und eine Änderung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses zum Zeitpunkt eines Überganges von einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis;
47 ein Ablaufdiagramm zum Bearbeiten eines NOx-Abgabe-Kennzeichens;
48 ein Ablaufdiagramm zum Steuern des Betriebes der Brennkraftmaschine;
49 ein Ablaufdiagramm zur Durchführung einer Einspritzsteuerung I;
50 ein Ablaufdiagramm zur Durchführung einer Einspritzsteuerung II; die 51 und 52 Karten des Korrekturfaktors für den maximal zulässigen Wert gemäß einer fünften Ausführungsform;
53 ein Ablaufdiagramm zur Durchführung der Korrektur des maximal zulässigen Wertes;
54 ein Ablaufdiagramm zum Steuern des Betriebes der Brennkraftmaschine;
55 ein Ablaufdiagramm zum Steuern der Korrektur der Kraftstoffeinspritzung;
56 eine Darstellung der NOx-Abgabesteuerung gemäß einer sechsten Ausführungsform;
die 57 und 58 Ablaufdiagramme zum Steuern des Betriebes der Brennkraftmaschine;
59 eine Darstellung der NOx-Abgabesteuerung;
60 ein Ablaufdiagramm eines Unterprogramms zum Steuern der Kraftstoffeinspritzung;
die 61 bis 63 die Beziehung zwischen der Einspritzmengensteuerung und Änderungen des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses zum Zeitpunkt eines Überganges von einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis gemäß einer siebten Ausführungsform;
64 ein Ablaufdiagramm zur Bearbeitung eines NOx-Abgabe-Kennzeichens;
65 ein Ablaufdiagramm zum Steuern des Betriebes der Brennkraftmaschine;
66 ein Ablaufdiagramm zur Durchführung der Einspritzsteuerung I;
67 ein Ablaufdiagramm zur Durchführung der Einspritzsteuerung II;
68 ein Ablaufdiagramm zur Durchführung der Einspritzsteuerung III;
69 die Beziehung zwischen der Einspritzmengensteuerung und Änderungen des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses zum Zeitpunkt eines Überganges von einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis;
70 die Beziehung zwischen dem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis und der Zeit;
71 ein Ablaufdiagramm zur Durchführung der Einspritzsteuerung II;
72 die Beziehung zwischen der Einspritzmengensteuerung und Änderungen des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses zum Zeitpunkt eines Überganges von einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis;
73 ein Ablaufdiagramm zur Durchführung der Einspritzsteuerung II;
74 eine Generalansicht einer Brennkraftmaschine vom Kompressionszündtyp gemäß einer achten Ausführungsform;
75 ein Ablaufdiagramm zur Durchführung der Einspritzsteuerung I;
76 ein Ablaufdiagramm, das ein Zeitunterbrechungsunterprogramm zeigt; und
77 ein Ablaufdiagramm zur Durchführung der Einspritzsteuerung II.
1 zeigt eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die eine Viertakt-Brennkraftmaschine vom Kompressionszündtyp betrifft.
Ein Motorkörper 1 besteht aus einem Zylinderblock 2, einem Zylinderkopf 3, einem Kolben 4, einer Verbrennungskammer 5, einem elektronisch gesteuerten Kraftstoffeinspritzventil 6, einem Einlassventil 7, einer Einlassöffnung 8, einem Auslassventil 9 und einer Auslassöffnung 10. Die Einlassöffnung 8 steht mit einem Druck ausgleichsbehälter 12 über ein entsprechendes Einlasszweigrohr 11 in Verbindung, während der Druckausgleichsbehälter 12 mit einem Auslassabschnitt eines Kompressors 16 eines Abgasturboladers 15 über einen Ansaugkanal 13 und einen Zwischenkühler 14 in Verbindung steht. Der Einlassabschnitt des Kompressors ist über ein Luftansaugrohr 17 mit einem Luftfilter 18 verbunden. Andererseits steht die Auslassöffnung 10 mit dem Einlassabschnitt einer Abgasturbine 20 des Abgasturboladers 15 über einem Auslassverteiler 17 in Verbindung. Ein Auslassabschnitt der Abgasturbine 20 ist über ein Auslassrohr 21 mit einem katalytischen Wandler 23 verbunden. Der katalytische Wandler 23 umfaßt einen Katalysator 22, der eine Oxidationsfunktion besitzt. Als Katalysator 22 mit Oxidationsfunktion kann ein Dreiwegekatalysator oder ein NOx-Absorber Verwendung finden.
Im Ansaugkanal 13 ist eine Drosselklappe 25 angeordnet, die von einem Schrittmotor 24 angetrieben wird. Der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 26 ist im Auslasskrümmer angeordnet. Der Auslasskrümmer steht über einen EGR-Kanal 27 mit dem Druckausgleichsbehälter 12 in Verbindung. Im EGR-Kanal 27 ist ein EGR-Steuerventil 29 angeordnet, das von einem Schrittmotor 28 angetrieben wird. Des weiteren ist eine Kühlvorrichtung 30 zum Kühlen des durch den EGR-Kanal 27 strömenden EGR-Gases um den EGR-Kanal 27 herum angeordnet. Bei der in 1 gezeigten Ausführungsform wird Motorkühlmittel in die Kühlvorrichtung 30 eingeführt. Das Motorkühlmittel kühlt das EGR-Gas.
Jedes Kraftstoffeinspritzventil 6 steht mit einem Kraftstoffspeicher, d.h. einer common rail 32, über ein Kraftstoffzuführrohr 31 in Verbindung. Kraftstoff wird der common rail 32 von einer elektrisch gesteuerten Kraftstoffpumpe 33 zugeführt, deren Abgabemenge veränderlich ist. Der Kraftstoff, der der common rail 32 zugeführt wurde, wird über jedes Kraftstoffzuführrohr 31 dem Kraftstoffeinspritzventil 6 zugeführt. Ein Kraftstoffdrucksensor 34 zum Detektieren des Kraftstoffdrucks in der common rail 32 ist hieran befestigt. Auf der Basis eines Ausgangssignales vom Kraftstoffdrucksensor 34 wird die Abgabemenge der Kraftstoffpumpe 33 so gesteuert, daß der Kraftstoffdruck in der common rail 32 zu einem Sollkraftstoffdruck wird.
Des weiteren ist im Auslaßrohr abstromseitig des Katalysators 22 ein abstromseitiger Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 54 zum Detektieren des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des aus dem Katalysator strömenden Abgases angeordnet. Dieser abstromseitige Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor ist vom gleichen Typ wie der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 26. Ein Ausgangssignal vom abstromseitigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor wird über einen entsprechenden AD-Wandler 47 einem Eingang 45 zugeführt.
Eine elektronische Regeleinheit (ECU) 40 besteht aus einem Digitalcomputer und ist mit einem ROM (read only memory) 42, einem RAM (random axccess memory) 43, einer CPU (Microprocessor) 44, dem Eingang 45 und einem Ausgang 46 versehen, die miteinander über einen bidirektio nalen Bus 41 verbunden sind. Ein Auslasssignal vom Kraftstoffdrucksensor 34 wird über einen entsprechenden AD-Wandler 47 dem Eingang 45 zugeführt. Im Ansaugzweigrohr 11 ist ein Temperatursensor 35 zum Detektieren der Temperatur der der Verbrennungskammer 5 zugeführten Ansaugluft angeordnet. Ein Ausgangssignal vom Temperatursensor 35 wird über einen entsprechenden AD-Wandler 47 dem Eingang 45 zugeführt. Des weiteren sind Drucksensoren 36 und 37 im Druckausgleichsbehälter 12 und dem EGR-Kanal 27 aufstromseitig des EGR-Steuerventils 29 angeordnet. Die Ausgangssignale von den Drucksensoren 36 und 37 werden über entsprechende AD-Wandler 47 dem Eingang 45 zugeführt.
Ein Massendurchsatzmesser 38 zum Detektieren des Massendurchsatzes der Ansaugluft ist im Luftansaugrohr 17 angeordnet. In der Verbrennungskammer 5 ist ein Drucksensor 39 zum Detektieren des Drucks in der Verbrennungskammer 5 angeordnet. Ausgangssignale vom Massendurchsatzmesser 38 und dem Drucksensor 39 werden über entsprechende AD-Wandler 47 dem Eingang 45 zugeführt. Des weiteren ist ein Öffnungsgradsensor 29a zum Detektieren des Öffnungsgrades des EGR-Steuerventiles 29 daran befestigt. Ein Ausgangssignal vom Öffnungsgradsensor 29a wird dem Eingang 45 über einen entsprechenden AD-Wandler 47 zugeführt.
Mit einem Gaspedal 50 steht ein Lastsensor 51 in Verbindung, der eine Ausgangsspannung proportional zum Niederdrückbetrag L des Gaspedales 50 erzeugt. Diese Ausgangsspannung des Lastsensors 51 wird über einen entsprechen den AD-Wandler 47 dem Eingang 45 zugeführt. Ferner ist ein Kurbelwinkelsensor 52, der bei jeder Drehung der Kurbelwelle einen Impuls erzeugt, beispielsweise um 30°, mit dem Eingang 45 verbunden. Der Ausgang 46 steht mit der Kraftstoffeinspritzpumpe 6, dem Schrittmotor 24 zum Steuern der Drosselklappe, dem Schrittmotor 28 zum Steuern des EGR-Steuerventils und der Kraftstoffpumpe 33 über eine entsprechende Antriebsschaltung 48 in Verbindung.
2 zeigt ein Versuchsbeispiel von Änderungen im Ausgangsdrehmoment und Änderungen der Abgabemenge von Rauch, HC (Kohlenwasserstoff), CO und NOx in dem Fall, in dem das Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F (auf der Abszisse in 2) durch Änderung des Öffnungsgrades der Drosselklappe 25 und der EGR-Rate zum Zeitpunkt eines Betriebes der Brennkraftmaschine bei geringer Last verändert wird. Bei diesem Versuchsbeispiel wird die EGR-Rate höher, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F geringer wird. Wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis einem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis (etwa 14,6) entspricht oder geringer als dieses ist, entspricht die EGR-Rate 60% oder ist höher als dieser Wert.
Wenn, wie in 2 gezeigt, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F geringer gemacht wird, indem die EGR-Rate erhöht wird (von der linken Seite zur rechten Seite in der Zeichnung), beginnt die erzeugte Menge an Rauch anzusteigen, wenn die EGR-Rate etwa 40% erreicht (wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F etwa 30 erreicht). Wenn dann die EGR-Rate erhöht wird (wenn das Luft-Kraft stoff-Verhältnis A/F geringer gemacht wird), steigt die Menge an erzeugtem Rauch abrupt an und erreicht ihre Spitze. Wenn dann die EGR-Rate weiter erhöht wird, fällt die Menge an erzeugtem Rauch abrupt ab. Wenn die EGR-Rate 65% entspricht oder höher ist (wenn sich das Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F 15 nähert), wird die Menge an erzeugtem Rauch nahezu Null. Mit anderen Worten, es wird kaum Ruß erzeugt. Zu diesem Zeitpunkt fällt das Ausgangsdrehmoment des Motors geringfügig ab und wird die Menge an erzeugtem NOx vergleichsweise gering. Andererseits beginnen die Mengen an erzeugtem HC und CO anzusteigen.
3A zeigt Änderungen des Kraftstoffdrucks in der Verbrennungskammer 5, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F in der Nachbarschaft von 21 liegt und die erzeugte Menge an Rauch ihren Maximalwert annimmt. 3B zeigt Änderungen im Kraftstoffdruck in der Verbrennungskammer 5, wenn sich das Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F in der Nachbarschaft von 18 befindet und die Menge an erzeugtem Rauch nahezu Null beträgt. Wie aus einem Vergleich der 3A mit der 3B deutlich wird, ist der Kraftstoffdruck in dem Fall geringer, in dem die Menge an erzeugtem Rauch nahezu Null beträgt (3B), als in dem Fall, in dem die Menge an erzeugtem Rauch groß ist (3A).
Aus den in den 2, 3A und 3B gezeigten Versuchsergebnissen kann der folgende Schluß gezogen werden. Wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F 15,0 entspricht oder geringer ist und die Menge an erzeugtem Rauch na hezu Null beträgt, fällt die Menge an erzeugtem NOx drastisch ab, wie man 2 entnehmen kann. Die Tatsache, daß die Menge an erzeugtem NOx abgefallen ist, bedeutet, daß die Verbrennungstemperatur in der Verbrennungskammer 5 abgefallen ist. Wenn daher kaum Ruß erzeugt wird, kann geschlossen werden, daß die Verbrennungstemperatur in der Verbrennungskammer 5 niedrig ist. Der gleiche Schluß kann auch aus den 3A und 3B gezogen werden. Mit anderen Worten, der Verbrennungsdruck ist in dem in 3B gezeigten Zustand, in dem kaum Ruß erzeugt wird, niedrig. Daher kann aus diesem Zustand geschlossen werden, daß die Verbrennungstemperatur in der Verbrennungskammer 5 niedrig ist.
Wenn, wie in 2 gezeigt, die Menge an erzeugtem Rauch, d.h. die Menge an erzeugtem Ruß, nahezu Null erreicht, nehmen die Abgabemengen an HC und CO zu. Das bedeutet, daß Kohlenwasserstoff abgegeben wird, bevor er wächst und zu Ruß wird. Mit anderen Worten, der im Kraftstoff enthaltene lineare oder aromatische Kohlenwasserstoff gemäß 4 wird thermisch zersetzt, wenn er in einem Zustand von Sauerstoffmangel erhitzt wird, und es wird ein Vorläufer von Ruß erzeugt. Dann wird Ruß erzeugt, der aus einem Festkörper von angesammelten Kohlenstoffatomen besteht. Der tatsächliche Prozeß, durch den Ruß erzeugt wird, ist kompliziert, und es ist unklar, welchen Zustand der Vorläufer von Ruß einnimmt.
In jedem Fall wächst der in 4 gezeigte Kohlenwasserstoff und wird über den Vorläufer von Ruß zu Ruß. Wenn daher, wie vorstehend beschrieben, die Menge an er zeugtem Ruß nahezu Null erreicht, nehmen die Abgabemengen an HC und CO zu, wie in 2 gezeigt. Zu diesem Zeitpunkt liegt HC entweder als Vorläufer von Ruß oder als Kohlenwasserstoff in einem Zustand vor dem Vorläufer von Ruß vor.
Die vorstehend beschriebenen Untersuchungen lassen sich auf Basis der in den 2, 3A und 3B gezeigten Versuchsergebnisse wie folgt zusammenfassen. Wenn die Verbrennungstemperatur in der Verbrennungskammer 5 niedrig ist, ist die Menge an erzeugtem Ruß nahezu Null. Zu diesem Zeitpunkt wird der Vorläufer von Ruß oder Kohlenwasserstoff in einem Zustand vor dem Vorläufer von Ruß von der Verbrennungskammer 5 abgegeben. Aufgrund von ausgiebigeren Versuchen und Untersuchungen dieses Gegenstandes wurde festgestellt, daß der Wachstumsprozeß von Ruß auf halbem Wege gestoppt wird, d.h. kein Ruß in dem Fall erzeugt wird, in dem die Temperatur des Kraftstoffs und Umgebungsgases in der Verbrennungskammer 5 "einer bestimmten Temperatur" entspricht oder geringer als diese ist. Wenn die Temperatur des Kraftstoffs und Umgebungsgases in der Verbrennungskammer 5 "der bestimmten Temperatur" entspricht oder höher als diese wird, wird Ruß erzeugt.
Die Temperatur des Kraftstoffs und Umgebungsgases zum Zeitpunkt des Stoppens des Prozesses der Erzeugung von Kohlenwasserstoff in einem Zustand vor dem Vorläufer von Ruß, d.h. die vorstehend erwähnte "bestimmte Temperatur", verändert sich in Abhängigkeit von diversen Faktoren, wie dem Kraftstofftyp, dem Luft-Kraftstoff-Verhält nis, dem Kompressionsverhältnis u.ä. Es ist daher unmöglich, einen konkreten Wert der vorstehend erwähnten bestimmten Temperatur zu nennen. Die vorstehend erwähnte bestimmte Temperatur steht jedoch in enger Beziehung zur Menge an erzeugtem NOx und kann somit in Abhängigkeit von der erzeugten Menge an NOx auf einen bestimmten Bereich beschränkt werden. Mit anderen Worten, je höher die EGR-Rate wird, desto niedriger wird die Temperatur des Kraftstoffs und des Umgebungsgases während der Verbrennung. Je höher die EGR-Rate wird, desto geringer wird die Menge an erzeugtem NOx. Wenn in diesem Fall die Menge an erzeugtem NOx etwa 10 ppm oder weniger beträgt, wird kaum Ruß erzeugt. Daher stimmt die vorstehend erwähnte "bestimmte Temperatur" virtuell mit einer Temperatur überein, bei der die Menge an erzeugtem NOx einen Wert von etwa 10 ppm oder weniger erreicht.
Wenn Ruß einmal erzeugt worden ist, kann er mit Hilfe einer Nachbehandlung unter Verwendung eines Katalysators mit Oxidationsfunktion nicht gereinigt werden. Andererseits kann der Vorläufer von Ruß oder Kohlenwasserstoff in einem Zustand vor dem Vorläufer von Ruß in einfacher Weise mit Hilfe einer Nachbehandlung, bei der ein Katalysator mit Oxidationsfunktion Verwendung findet, gereinigt werden. Wenn eine derartige Nachbehandlung, bei der der Katalysator mit Oxidation Verwendung findet, berücksichtigt wird, ist ein großer Unterschied zwischen dem Fall, in dem Kohlenwasserstoff von der Verbrennungskammer 5 als Vorläufer von Ruß oder in einem Zustand vor dem Vorläufer von Ruß abgegeben wird, und dem Fall, in dem Kohlenwasserstoff von der Verbrennungskammer 5 als Ruß abgegeben wird, vorhanden. Die wichtigen Merkmale des neuartigen Verbrennungssystems, das bei der vorliegenden Erfindung Anwendung findet, bestehen darin, daß Kohlenwasserstoff von der Verbrennungskammer 5 als Vorläufer von Ruß oder in einem Zustand vor dem Vorläufer von Ruß abgegeben wird, ohne Ruß in der Verbrennungskammer 5 zu erzeugen, und daß der Kohlenwasserstoff mit Hilfe des Katalysators mit Oxidationsfunktion oxidiert wird.
Um das Wachstum von Kohlenwasserstoff in einem Zustand vor der Erzeugung von Ruß zu stoppen, ist es erforderlich, die Temperatur des Kraftstoffs und Umgebungsgases in der Verbrennungskammer 5 während der Verbrennung niedriger zu halten als eine Temperatur, bei der Ruß erzeugt wird. In diesem Fall wurde festgestellt, daß der endotherme Effekt des Umgebungsgases zum Zeitpunkt der Kraftstoffverbrennung eine enorme Auswirkung in bezug auf die Begrenzung der Temperatur des Kraftstoffs und Umgebungsgases hat.
Mit anderen Worten, wenn um den Kraftstoff nur Luft vorhanden ist, reagiert der verdampfte Kraftstoff sofort mit Sauerstoff in der Luft und verbrennt. In diesem Fall steigt die Temperatur der Luft, die sich vom Kraftstoff entfernt befindet, nicht wesentlich an, und es erreicht nur die den Kraftstoff örtlich umgebende Luft eine sehr hohe Temperatur. Zu diesem Zeitpunkt ist die vom Kraftstoff entfernt angeordnete Luft kaum dem endothermen Effekt der Verbrennungswärme des Kraftstoffs ausgesetzt. Da in diesem Fall die Verbrennungstemperatur örtlich sehr hoch wird, erzeugt der unverbrannte Kohlenwasserstoff, der die Verbrennungswärme empfangen hat, Ruß.
Wenn sich andererseits Kraftstoff im Gemisch mit einer großen Menge an inaktivem Gas und einer geringen Menge an Luft befindet, liegen die Dinge geringfügig anders. In diesem Fall verteilt sich der verdampfte Kraftstoff überall, reagiert mit dem mit dem inaktiven Gas vermischten Sauerstoff und verbrennt. Da das inaktive Gas im Umfangsbereich Verbrennungswärme absorbiert, steigt die Verbrennungstemperatur nicht beträchtlich an. Mit anderen Worten, die Verbrennungstemperatur kann auf eine niedrige Temperatur begrenzt werden. Das Vorhandensein des inaktiven Gases spielt daher eine wichtige Rolle bei der Begrenzung der Verbrennungstemperatur, und der endotherme Effekt des inaktiven Gases macht es möglich, die Verbrennungstemperatur auf eine niedrige Temperatur zu begrenzen.
Um in diesem Fall die Temperatur des Kraftstoffs und des Umgebungsgases niedriger zu halten als eine Temperatur, bei der Ruß erzeugt wird, ist eine ausreichende Menge an inaktivem Gas, das Wärme in einer Menge, die ausreicht, um diesen Zweck zu erreichen, absorbieren kann, erforderlich. Wenn daher die Kraftstoffmenge ansteigt, nimmt die erforderliche Menge an inaktivem Gas entsprechend zu. Je größer daher die spezifische Wärme des inaktiven Gases wird, desto größer wird der endotherme Effekt desselben. Es wird daher bevorzugt, daß die spezifische Wärme des inaktiven Gases groß ist. Da CO₂ oder EGR-Gas eine relativ große spezifische Wärme besitzen, wird es von diesem Standpunkt her bevorzugt, EGR-Gas als inaktives Gas zu verwenden.
5 zeigt die Beziehung zwischen der EGR-Rate und Rauch in dem Fall, in dem EGR-Gas als inaktives Gas verwendet und der Kühlgrad des EGR-Gases verändert wird. Mit anderen Worten, die Kurve A in 5 zeigt den Fall, bei dem das EGR-Gas auf etwa 90°C durch intensives Kühlen desselben gehalten wird, Kurve B zeigt den Fall, bei dem das EGR-Gas durch ein kompaktes Kühlsystem gekühlt wird, und Kurve C zeigt den Fall, bei dem das EGR-Gas nicht zwangsgekühlt wird.
Wie Kurve A in 5 zeigt, erreicht in dem Fall, in dem das EGR-Gas intensiv gekühlt wird, die Menge an erzeugtem Ruß ihre Spitze, wenn sich die EGR-Rate geringfügig unter 50% befindet. Wenn in diesem Fall die EGR-Rate auf etwa 55% oder mehr eingestellt wird, wird kaum Ruß erzeugt.
Wie durch Kurve B angedeutet, erreicht andererseits in dem Fall, in dem das EGR-Gas über das kompakte Kühlsystem gekühlt wird, die Menge an erzeugtem Ruß ihre Spitze, wenn die EGR-Rate geringfügig höher ist als 50%. Wenn daher in diesem Fall die EGR-Rate auf 65% oder mehr eingestellt wird, wird kaum Ruß erzeugt.
Wie durch die Kurve C in 5 angedeutet, erreicht in dem Fall, in dem das EGR-Gas nicht stark gekühlt wird, die Menge an erzeugtem Ruß ihre Spitze, wenn die EGR-Rate in der Nachbarschaft von 55% liegt. Wenn in diesem Fall die EGR-Rate auf etwa 70% oder mehr eingestellt wird, wird kaum Ruß erzeugt.
5 zeigt die Menge an erzeugtem Ruß, wenn die Motorlast relativ hoch ist. Wenn die Motorlast abnimmt, fällt die EGR-Rate, bei der die Menge an erzeugtem Ruß ihre Spitze erreicht, geringfügig ab. Des weiteren fällt auch die Untergrenze der EGR-Rate, bei der Ruß kaum erzeugt wird, geringfügig ab. Somit ändert sich die Untergrenze der EGR-Rate, bei der kaum Ruß erzeugt wird, in Abhängigkeit vom Kühlgrad des EGR-Gases oder der Motorlast. 6 zeigt die Menge des Gemisches aus EGR-Gas und Luft und das Verhältnis zwischen Luft und dem EGR-Gas im Gemisch, das erforderlich ist, um den Kraftstoff und das Umgebungsgas während der Verbrennung auf einer niedrigeren Temperatur zu halten als die Temperatur, bei der Ruß erzeugt wird, für den Fall, in dem EGR-Gas als inaktives Gas verwendet wird. In 6 ist auf der Ordinate die Gesamtmenge des in die Verbrennungskammer 5 eingeführten Einlassgases aufgeführt, und die gestrichelte Linie Y mit abwechselnd langen und kurzen Strichen gibt die Gesamtmenge des Einlassgases wieder, die in die Verbrennungskammer 5 eingeführt werden kann, wenn kein Aufladebetrieb durchgeführt wird. Die Abszisse gibt die Lastanforderung wieder, und Z1 kennzeichnet den Betriebsbereich bei geringer Last.
Wie in 6 gezeigt, gibt der Luftanteil, d.h. die Luftmenge im Gemisch, die Luftmenge wieder, die für eine vollständige Verbrennung des eingespritzten Kraftstoffs erforderlich ist. Mit anderen Worten, in dem in 6 gezeigten Fall entspricht das Verhältnis zwischen der Luftmenge und der Menge des eingespritzten Kraftstoffs dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis. Andererseits gibt in 6 der Anteil des EGR-Gases, d.h. die Menge des EGR-Gas im Gemisch, die minimale Menge an EGR-Gas wieder, die erforderlich ist, um die Temperatur des Kraftstoffs und Umgebungsgases niedriger zu halten als die Temperatur, bei der Ruß erzeugt wird. Die vorstehend erwähnte Menge des EGR-Gases entspricht einer EGR-Rate von etwa 55% oder mehr. Bei der in 6 gezeigten Ausführungsform entspricht die EGR-Rate 70% oder einem größeren Wert. In dem Fall, in dem die Gesamtmenge des in die Verbrennungskammer 5 eingeführten Einlassgases durch die durchgezogene Linie X in 6 wiedergegeben wird und das Verhältnis zwischen der Luftmenge und der Menge des EGR-Gases in der in 6 gezeigten Art und Weise eingestellt ist, wird die Temperatur des Kraftstoffs und Umgebungsgases geringer als die Temperatur, bei der Ruß erzeugt wird, so daß kein Ruß produziert wird. Hierbei beträgt die Menge an erzeugtem NOx etwa 10 ppm oder weniger. Daher ist die Menge an erzeugtem NOx sehr gering.
Wenn die Menge des eingespritzten Kraftstoffs ansteigt, nimmt der exotherme Wert zum Zeitpunkt der Kraftstoffverbrennung zu. Um daher die Temperatur des Kraftstoffs und Umgebungsgases niedriger als die Temperatur zu halten, bei der Ruß erzeugt wird, ist es erforderlich, die Menge der durch das EGR-Gas zu absorbierenden Wärme zu erhöhen. Wie in 6 gezeigt, muß daher die Menge des EGR-Gases erhöht werden, wenn die Menge des eingespritzten Kraftstoffs ansteigt. Mit anderen Worten, es ist erforderlich, die Menge des EGR-Gases zu erhöhen, wenn die Lastanforderung höher wird.
Andererseits übersteigt in dem Lastbereich Z2 in 6 die Gesamtmenge X des Einlassgases, die erforderlich ist, um die Erzeugung von Ruß zu verhindern, die Gesamtmenge des Einlassgases, die zugeführt werden kann. Um daher in diesem Fall die Verbrennungskammer 5 mit einer Gesamtmenge an Einlassgas zu versorgen, die erforderlich ist, um die Rußerzeugung zu verhindern, ist es erforderlich, sowohl das EGR-Gas als auch die Ansaugluft oder nur das EGR-Gas aufzuladen oder unter Druck zu setzen. In dem Fall, in dem das EGR-Gas o.ä. nicht aufgeladen oder unter Druck gesetzt wird, fällt im Lastbereich Z2 die Gesamtmenge X des Einlaßgases mit der Gesamtmenge Y des Einlassgases, die zugeführt werden kann, zusammen. Um daher in diesem Fall die Erzeugung von Ruß zu verhindern, wird die Luftmenge geringfügig reduziert, um die Menge an EGR-Gas zu erhöhen, und wird die Kraftstoffverbrennung unter einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis gefördert.
Wie vorstehend beschrieben, zeigt 6 einen Fall, bei dem der Kraftstoff bei dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis verbrennt. Selbst wenn jedoch bei dem in 6 gezeigten Bereich Z1 des Betriebes bei geringer Last die Luftmenge kleiner gemacht wird als die in 6 gezeigte Luftmenge, d.h. selbst wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis fett gemacht wird, ist es möglich, die Menge an erzeugtem NOx auf etwa 10 ppm oder weniger zu begrenzen, während die Erzeugung von Ruß verhindert wird. Selbst wenn im Bereich Z1 des Betriebes bei geringer Last die Luftmenge größer gemacht wird als die in 6 gezeigte Luftmenge, d.h. selbst wenn das durchschnittliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf einen mageren Wert von 17 bis 18 eingestellt wird, ist es möglich, die Menge an erzeugtem NOx auf etwa 10 ppm oder weniger einzustellen, während die Erzeugung von Ruß verhindert wird.
Mit anderen Worten, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis fett gemacht wird, wird die Menge an Kraftstoff übermäßig groß. Da jedoch die Verbrennungstemperatur niedrig eingestellt wird, wächst kein Überschusskraftstoff zur Erzeugung von Ruß. Daher wird kein Ruß erzeugt. Des weiteren ist hierbei die Menge an erzeugtem NOx sehr gering. Selbst wenn andererseits das Luft-Kraftstoff-Verhältnis einem mageren, durchschnittlichen oder stöchiometrischen Verhältnis entspricht und die Verbrennungstemperatur hoch wird, wird eine geringe Menge an Ruß erzeugt. Da jedoch erfindungsgemäß die Verbrennungstemperatur niedrig eingestellt wird, wird kein Ruß erzeugt. Die Menge an erzeugtem NOx ist ebenfalls sehr gering.
Somit wird im Bereich Z1 des Motorbetriebes bei geringer Last kein Ruß erzeugt, und die Menge an erzeugtem NOx ist unabhängig vom Luft-Kraftstoff-Verhältnis, d.h. unabhängig davon, ob das Luft-Kraftstoff-Verhältnis im Durchschnitt fett, stöchiometrisch oder mager ist, sehr gering. Vom Standpunkt einer Verbesserung des Kraftstoffverbrauches wird es dabei hierbei bevorzugt, das durchschnittliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis mager einzustellen.
Die Temperatur des Kraftstoffs und des Umgebungsgases in der Verbrennungskammer während der Verbrennung kann auf einem Wert gehalten werden, der der Temperatur entspricht oder geringer als diese ist, bei der das Wachstum von Kohlenwasserstoffen auf halbem Wege gestoppt wird, und zwar nur dann, wenn die Motorlast relativ niedrig ist, d.h. wenn der exotherme Wert der Verbrennung gering ist. Wenn daher gemäß dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Motorlast relativ niedrig ist, wird die Temperatur des Kraftstoffs und des Umgebungsgases während der Verbrennung niedriger gehalten als die Temperatur, bei der das Wachstum des Kohlenwasserstoffes auf halbem Wege gestoppt wird, und es wird ein erster Verbrennungsmodus, d.h. eine Verbrennung bei niedriger Temperatur, durchgeführt. Wenn die Motorlast relativ hoch ist, wird ein zweiter Verbrennungsmodus, d.h. eine herkömmlich durchgeführte Verbrennung, ausgeführt. Wie aus der vorhergehenden Beschreibung deutlich wird, ist die Menge an inaktivem Gas in der Verbrennungskammer größer als die Menge an inaktivem Gas, die einem Spitzenwert der Menge an erzeugtem Ruß entspricht, so daß kaum Ruß erzeugt wird, wenn der erste Verbrennungsmodus, d.h. die Verbrennung bei niedriger Temperatur, durchgeführt wird. Wenn der zweite Verbrennungsmodus, d.h. die herkömmlich durchgeführte Verbrennung, ausgeführt wird, ist die Menge an inaktivem Gas in der Verbrennungskammer geringer als die Menge an inaktivem Gas, die dem Spitzenwert der Menge an erzeugtem Ruß entspricht.
7 zeigt einen Betriebsbereich I als ersten Betriebsbereich, in dem der erste Verbrennungsmodus, d.h. die Verbrennung bei niedriger Temperatur, durchgeführt wird, und einen Betriebsbereich II als einen zweiten Betriebsbereich, in dem der zweite Verbrennungsmodus, d.h. die herkömmliche durchgeführte Verbrennung, ausgeführt wird. In 7 gibt die Ordinate TQ die Lastanforderung wieder, während auf der Abszisse N die Motordrehzahl angegeben ist. X (N) kennzeichnet eine erste Grenze zwischen dem ersten Betriebsbereich I und dem zweiten Betriebsbereich II, und Y (N) kennzeichnet eine zweite Grenze zwischen dem ersten Betriebsbereich I und dem zweiten Betriebsbereich II. Auf der Basis der ersten Grenze X (N) wird festgestellt, ob ein Übergang vom ersten Betriebsbereich I zum zweiten Betriebsbereich II stattgefunden hat oder nicht. Auf der Basis der zweiten Grenze Y (N) wird festgestellt, ob ein Übergang vom zweiten Betriebsbereich II zum ersten Betriebsbereich I stattgefunden hat oder nicht.
Wenn sich der Betriebszustand des Motors im ersten Betriebsbereich I befindet und eine Verbrennung bei niedriger Temperatur durchgeführt wird sowie die Drehmomentanforderung TQ die erste Grenze X (N) übersteigt, die eine Funktion der Motordrehzahl N ist, wird festgestellt, daß ein Übergang zum zweiten Betriebsbereich II stattgefunden hat. Daher wird die herkömmlich durchgeführte Verbrennung ausgeführt. Wenn die Drehmomentanfor derung TQ geringer wird als die zweite Grenze Y (N), wird festgestellt, daß ein Übergang zum ersten Betriebsbereich I stattgefunden hat. Daher wird wieder die Verbrennung bei niedriger Temperatur durchgeführt.
Der Grund dafür, warum die erste Grenze X (N) und die zweite Grenze Y (N), die mehr zu einer Niedriglastseite geneigt ist als die erste Grenze X (N), auf diese Weise vorgesehen wurden, ist darin zu sehen, daß die Verbrennungstemperatur auf der Seite hoher Last im zweiten Betriebsbereich II relativ hoch ist und daß die Verbrennung bei niedriger Temperatur nicht sofort durchgeführt werden kann, selbst wenn die Drehmomentanforderung TQ geringer geworden ist als die erste Grenze X (N). Mit anderen Worten, wenn nicht die Drehmomentanforderung TQ vergleichsweise gering geworden und unter die zweite Grenze Y (N) gefallen ist, kann die Verbrennung bei niedriger Temperatur nicht sofort gestartet werden. Der zweite Grund hierfür ist darin zu sehen, daß eine Hysterese eingestellt werden muß, um Schwankungen zwischen dem ersten Betriebsbereich I und dem zweiten Betriebsbereich II zu verhindern.
Wenn sich der Motor im ersten Betriebsbereich I befindet und die Verbrennung bei niedriger Temperatur durchgeführt wird, wird kaum Ruß erzeugt. Statt dessen wird unverbrannter Kohlenwasserstoff von der Verbrennungskammer 5 in der Form eines Vorläufers von Ruß oder in einem Zustand vor dem Vorläufer von Ruß abgegeben. Dabei wird der unverbrannte Kohlenwasserstoff, der von der Verbrennungskammer 5 abgegeben wurde, in geeigneter Weise vom Katalysator 22, der Oxidationsfunktion besitzt, oxidiert. Wie bereits beschrieben, kann ein Oxidationskatalysator, ein Dreiwegekatalysator oder ein NOx-Absorber als Katalysator 22 verwendet werden. Der NOx-Absorber hat die Funktionen zum Absorbieren von NOx, wenn das durchschnittliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis in der Verbrennungskammer 5 mager ist, und zum Abgeben des NOx, wenn das durchschnittliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis in der Verbrennungskammer 5 fett ist.
Der NOx-Absorber besitzt einen Träger, beispielsweise aus Aluminiumoxid. Dieser Träger trägt ein Alkalimetall, wie Kalium (K), Natrium (Na), Lithium (Li) und Caesium (Cs), ein Erdalkalimetall, wie Barium (Ba) und Calcium (Ca), mindestens ein Material, das aus Seltenerdmetallen, wie Lanthan (La) und Yttrium (Y), ausgewählt ist, und ein Edelmetall, wie Platin (Pt). Das Verhältnis zwischen der Luft und dem Kraftstoff (Kohlenwasserstoff), die dem Ansaugkanal des Motors, der Verbrennungskammer 5 und dem Auslasskanal aufstromseitig des NOx-Absorbers zugeführt wurden, wird als Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, das in den NOx-Absorber geströmt ist, bezeichnet. Wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des einströmenden Abgases mager ist, absorbiert der NOx-Absorber NOx. Wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des einströmenden Abgases fett oder stöchiometrisch ist, gibt der NOx-Absorber das darin absorbierte NOx ab.
Wenn er im Auslasskanal des Motors angeordnet ist, führt der NOx-Absorber tatsächlich die Funktionen zum Absor- bieren und Abgeben von NOx durch. Der detaillierte Mechanismus der Funktionen zum Absorbieren und Abgeben von NOx ist jedoch nicht vollständig klar. Es wird jedoch davon ausgegangen, daß die Funktionen zum Absorbieren und Abgeben von NOx unter dem in den 35A und 35B gezeigten Mechanismus durchgeführt werden. Dieser Mechanismus wird hiernach unter Bezugnahme auf ein Beispiel erläutert, bei dem Platin (Pt) und Barium (Ba) auf dem Träger angeordnet sind. Wenn irgendein anderes Edelmetall, Alkalimetall, Erdalkalimetall oder Seltenerdmetall verwendet wird, findet jedoch ein entsprechender Mechanismus Anwendung.
Bei der in 1 gezeigten Brennkraftmaschine vom Kompressionszündtyp wird die Verbrennung normalerweise in einem Zustand durchgeführt, in dem das Luft-Kraftstoff-Verhältnis mager ist. In dem Fall, in dem die Verbrennung somit bei magerem Luft-Kraftstoff-Verhältnis ausgeführt wird, ist die Konzentration des Sauerstoffs im Abgas hoch. Wie in 35A gezeigt, haftet hierbei Sauerstoff O₂ an einer Pt-Fläche in der Form von O₂ oder O^2–. Anderseits reagiert das im einströmenden Abgas enthaltene NO mit O₂ oder O² auf der Pt-Fläche und wird zu O₂ (2NO + O₂ → 2NO₂). Dann wird ein Teil des erzeugten NO₂ auf Pt oxidiert, in den Absorber absorbiert, mit Bariumoxid (BaO) gekoppelt und in den Absorber in der Form eines Nitrations NO₃- diffundiert, wie in 35A gezeigt. Somit wird NOx in den NOx-Absorber absorbiert. Solange wie die Konzentration des im einströmenden Abgas enthaltenen Sauerstoffs hoch ist, wird NOx auf der Pt-Fläche erzeugt. Solange wie die Fähigkeit des Absorbers zum Absorbieren von NOx nicht erschöpft ist, wird NO₂ in den Absorber absorbiert und ein Nitrition NO₃- erzeugt.
Wenn andererseits das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des einströmenden Abgases fett gemacht wird, nimmt die Konzentration des im einströmenden Abgas enthaltenen Sauerstoffs ab, so daß die Menge des auf der Pt-Fläche erzeugten NO₂ abnimmt. Wenn die Menge an erzeugtem NO₂ abfällt, verläuft die Reaktion in umgekehrter Richtung (NO^3– → NO₂), und wird das Nitrition NO^3– im Absorber von diesem in der Form von NO₂ abgegeben. Hierbei wird das NOx, das vom NOx-Absorber abgegeben wurde, durch Reaktion mit einer großen Menge an unverbranntem Kohlenwasserstoff, d.h. CO, der im einströmenden Abgas enthalten ist, wie man 35B entnehmen kann, reduziert. Wenn auf diese Weise NO₂ von der Pt-Fläche verschwindet, wird NO₂ kontinuierlich vom Absorber abgegeben. Wenn daher das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des einströmenden Abgases fett gemacht wird, wird NOx vom NOx-Absorber innerhalb einer kurzen Zeitdauer abgegeben. Da das auf diese Weise abgegebene NOx reduziert wird, besteht keine Möglichkeit, daß NOx in die Atmosphäre abgegeben wird.
Selbst wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des einströmenden Abgases auf einen stöchiometrischen Wert gebracht worden ist, wird in diesem Fall NOx vom NOx-Absorber abgegeben. In dem Fall, in dem das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des einströmenden Abgases auf einen stöchiometrischen Wert gebracht wird, wird jedoch NOx vom NOx-Absorber allmählich abgegeben. Daher dauert es relativ lange, bis die Abgabe des im NOx-Absorber absorbierten NOx vollständig ist.
Es versteht sich, daß der Oxidationskatalysator, der Dreiwegekatalysator und der NOx-Absorber ebenfalls Oxidationsfunktionen besitzen. Wie vorstehend beschrieben, können daher auch der Dreiwegekatalysator und der NOx-Absorber als Katalysator 22 verwendet werden.
Die Umrisse der Betriebsregelung, die im ersten Betriebsbereich I und im zweiten Betriebsbereich II durchgeführt wird, werden nunmehr in Verbindung mit der 8 erläutert.
8 zeigt Änderungen im Öffnungsgrad der Drosselklappe 25, im Öffnungsgrad des EGR-Steuerventils 29, in der EGR-Rate, im Luft-Kraftstoff-Verhältnis, im Einspritztiming und in der Einspritzmenge in Abhängigkeit von Änderungen der Drehmomentanforderung TQ. Wie in 8 gezeigt, nimmt im ersten Betriebsbereich I, in dem die Drehmomentanforderung TQ niedrig ist, bei einem Anstieg der Drehmomentanforderung TQ der Öffnungsgrad der Drosselklappe 25 etwa von einem vollständig geschlossenen Zustand bis zu einem Öffnungsgrad von 2/3 allmählich zu. Wenn die Drehmomentanforderung TQ höher wird, nimmt der Öffnungsgrad des EGR-Steuerventils 29 etwa von einem vollständig geschlossenen Zustand bis zu einem vollständig offenen Zustand allmählich zu. Gemäß dem in 8 gezeigten Beispiel, beträgt die EGR-Rate etwa 70% im ersten Betriebsbereich I, und ist das Luft-Kraftstoff- Verhältnis geringfügig mager (ein mageres Luft-Kraftstoff-Verhältnis).
Mit anderen Worten, die Öffnungsgrade der Drosselklappe 25 und des EGR-Steuerventils 29 werden so gesteuert, daß die EGR-Rate etwa 70% beträgt und das Luft-Kraftstoff-Verhältnis geringfügig mager im ersten Betriebsbereich I ist. Des weiteren wird im ersten Betriebsbereich I die Kraftstoffeinspritzung vor dem oberen Totpunkt DTC des Kompressionshubes durchgeführt. In diesem Fall wird das Einspritzstarttiming θS verzögert, wenn die Drehmomentanforderung TQ höher wird. Ferner wird auch das Einspritzendtiming θE verzögert, wenn das Einspritzstarttiming θS verzögert wird.
Während des Leerlaufbetriebes wird die Drosselklappe 25 geschlossen, bis sie nahezu vollständig geschlossen ist, und wird das EGR-Steuerventil 29 geschlossen, bis es nahezu vollständig geschlossen ist. Wenn die Drosselklappe 25 geschlossen wird, bis sie nahezu vollständig geschlossen ist, wird der Druck in der Verbrennungskammer 5 zu Beginn der Kompression niedrig. Der Kompressionsdruck wird daher gering. Wenn der Kompressionsdruck gering wird, wird die Größe der vom Kolben 4 ausgeführten Kompressionsarbeit gering, so dass die Vibrationen des Motorkörpers 1 gezügelt werden. Mit anderen Worten, um während des Leerlaufbetriebes die Vibrationen des Motorkörpers 1 zu verringern, wird die Drosselklappe 16 geschlossen, bis sie nahezu vollständig geschlossen ist.
Wenn andererseits der Motor einen Übergang vom ersten Betriebsbereich I zum zweiten Betriebsbereich II durchführt, nimmt der Öffnungsgrad der Drosselklappe 25 schrittweise von einem Öffnungsgrad von 2/3 auf einen vollständig offenen Zustand zu. Hierbei nimmt gemäß dem in 8 gezeigten Beispiel die EGR-Rate schrittweise von etwa 70% auf etwa 40% oder weniger ab, und steigt das Luft-Kraftstoff-Verhältnis schrittweise an. Mit anderen Worten, da die EGR-Rate über einen Bereich (5), in dem eine große Menge an Rauch erzeugt wird, hinausgeht, besteht keine Möglichkeit, dass eine große Menge an Rauch erzeugt wird, wenn der Motor einen Übergang vom ersten Betriebsbereich I zum zweiten Betriebsbereich II durchführt.
Im zweiten Betriebsbereich II wird die herkömmlich durchgeführte Verbrennung ausgeführt. Während dieser herkömmlich durchgeführten Verbrennung ist trotz der Erzeugung einer geringen Menge von Ruß und von NOx die thermische Effizienz im Vergleich zur Verbrennung bei niedriger Temperatur höher. Wenn daher der Motor einen Übergang vom ersten Betriebsbereich I zum zweiten Betriebsbereich II durchführt, wird die Einspritzmenge schrittweise reduziert. Im zweiten Betriebsbereich II wird die Drosselklappe 25, abgesehen von wenigen Ausnahmefällen, in einem vollständig offenen Zustand gehalten und der Öffnungsgrad des EGR-Steuerventils 29 allmählich verringert, wenn die Drehmomentanforderung TQ höher wird. Im zweiten Betriebsbereich II wird die EGR-Rate geringer, wenn die Drehmomentanforderung TQ höher wird, und wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis kleiner, wenn die Drehmomentanforderung TQ höher wird. Das Luft-Kraftstoff-Verhältnis verbleibt jedoch mager, selbst wenn die Drehmomentanforderung TQ hoch geworden ist. Des weiteren befindet sich das Einspritzstarttiming θS in der Nachbarschaft des oberen Totpunktes des TDC des Kompressionshubes.
9A zeigt die Beziehung zwischen der Drehmomentanforderung TQ, dem Niederdrückbetrag L des Gaspedales 50 und der Motordrehzahl N. Entsprechende Kurven in 9A stellen Kurven eines konstanten Drehmomentes dar. Die mit TQ = 0 gekennzeichnete Kurve zeigt, dass das Drehmoment Null ist. Die anderen Kurven zeigen, dass das Drehmoment allmählich höher wird, und zwar in der Reihenfolge von TQ = a, TQ = b, TQ = c und TQ = d. Die in 9A gezeigte Drehmomentanforderung TQ wird vorläufig im Speicher ROM 42 als Funktion des Niederdrückbetrages L des Gaspedales 50 und der Motordrehzahl N in der Form einer in 9B gezeigten Karte gespeichert. Bei dieser Ausführungsform werden zuerst die Drehmomentanforderung TQ, die einem Niederdrückbetrag L des Gaspedales 50 entspricht, und die Motordrehzahl N aus einer in 9B gezeigten Karte berechnet. Auf der Basis der Drehmomentanforderung TQ wird ein Sollöffnungsgrad der Drosselklappe 25 o.ä. berechnet.
10A zeigt ein Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F im ersten Betriebsbereich I, wenn das der Verbrennungskammer 5 zugeführte Einlassgas eine Referenztemperatur T₀ hat. In 10A geben die mit A/F = 15,5, A/F = 16, A/F = 17 und A/F = 18 gekennzeichneten Kurven die Fälle wieder, bei denen das Luft-Kraftstoff-Verhältnis 15,5, 16, 17 und 18 beträgt. Die Luft-Kraftstoff-Verhältnisse zwischen den entsprechenden Kurven werden mit Hilfe einer Proportionalverteilung ermittelt. Im ersten Betriebsbereich I ist das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis mager. Wenn die Drehmomentanforderung TQ geringer wird, wird das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F zur mageren Seite hin verschoben.
Mit anderen Worten, wenn die Drehmomentanforderung TQ geringer wird, nimmt der exotherme Wert durch die Verbrennung ab. Wenn die Drehmomentanforderung TQ geringer wird, kann daher die Verbrennung bei niedriger Temperatur selbst dann einfacher durchgeführt werden, wenn die EGR-Rate reduziert wurde. Wenn die EGR-Rate reduziert wird, wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis größer. Wenn daher, wie in 10A gezeigt, die Drehmomentanforderung TQ geringer wird, wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F größer gemacht. Je größer das Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F wird, desto mehr wird der Kraftstoffverbrauch verbessert. Um daher das Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf maximal mögliche Weise zur mageren Seite hin einzustellen, wird bei dieser Ausführungsform das Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F größer gemacht, wenn die Drehmomentanforderung TQ geringer wird.
Wenn andererseits die Temperatur des der Verbrennungskammer 5 zugeführten Einlassgases ansteigt, steigt die Temperatur des Kraftstoffs und des Umgebungsgases während der Verbrennung. Zu dieser Zeit ist es daher erforderlich, die Sauerstoffkonzentration um die Kraft stoffpartikel herum zu reduzieren. Wie in 10B gezeigt, wird bei dieser Ausführungsform das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F mit einem Korrekturfaktor K1 multipliziert, der allmählich abnimmt, wenn die Temperatur T des Einlassgases, das der Verbrennungskammer 5 zugeführt wird, ansteigt. Auf diese Weise wird schließlich das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis erhalten (= K1 × (A/F)).
Andererseits wird die Soll-EGR-Rate EG, wenn sich das der Verbrennungskammer 5 zugeführte Einlassgas auf der Bezugstemperatur T₀ befindet, vorläufig im ROM 42 als Funktion der Drehmomentanforderung TQ und der Motordrehzahl N in der Form einer in 11A gezeigten Karte gespeichert. Wenn, wie vorstehend beschrieben, die Temperatur des der Verbrennungskammer 5 zugeführten Einlassgases ansteigt, steigt die Temperatur des Kraftstoffs und des Umgebungsgases während der Verbrennung an. Daher wird zu dieser Zeit bevorzugt, den endothermen Wert des EGR-Gases zu erhöhen, um ein Ansteigen der Verbrennungstemperatur zu verhindern. Somit wird bei dieser Ausführungsform, wie in 11B gezeigt, die Soll-EGR-Rate EG mit einem Korrekturfaktor K2 multipliziert, der allmählich proportional zu einem Anstieg der Temperatur T des der Verbrennungskammer 5 zugeführten Einlassgases ansteigt. Auf diese Weise wird das endgültige Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis erhalten (= K2 × EG).
In dem Fall, in dem das Fahrzeug konstant im ersten Betriebszustand läuft, werden der Öffnungsgrad der Dros selklappe 25 und der Öffnungsgrad des EGR-Steuerventils 29, die zum Einstellen des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses und der EGR-Rate EG auf das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis (K1 × (A/F)) und die Soll-EGR-Rate (K2 × EG) erforderlich sind, als bestimmte konstante Werte ermittelt. Hierbei werden ebenfalls die Menge der Ansaugluft und die Menge des EGR-Gases als bestimmte konstante Werte bestimmt. Des weiteren wird die Konzentration des der Verbrennungskammer 5 zugeführten Sauerstoffs als bestimmter konstanter Wert ermittelt. Mit anderen Worten, die Menge des der Verbrennungskammer 5 zugeführten Sauerstoffs entspricht der Summe aus der Menge des in der der Verbrennungskammer 5 zugeführten Ansaugluft enthaltenen Sauerstoffs und der Menge des im EGR-Gas, das der Verbrennungskammer 5 zugeführt wird, enthaltenen Sauerstoffs. Die Summe dieser Sauerstoffmengen wird so eingestellt, dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis zum Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis (K1 × (A/F)) wird.
Wenn andererseits das Fahrzeug konstant im zweiten Betriebszustand läuft, in dem sich das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis (K1 × (A/F)) und die Soll-EGR-Rate (K2 × EG) von denen im ersten Betriebszustand unterscheiden, werden der Öffnungsgrad der Drosselklappe 25, der Öffnungsgrad des EGR-Steuerventils 29, die Menge des Einlassgases, die Menge des EGR-Gases und die Konzentration des im EGR-Gas enthaltenen Sauerstoffs, die zur Einstellung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses und der EGR-Rate auf das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis (K1 × (A/F)) und der Soll-EGR-Rate (K2 × EG) erforderlich sind, als bestimmte konstante Werte ermittelt. Diese Werte unterscheiden sich jedoch von denen des ersten Betriebszustandes.
Daher werden der Sollöffnungsgrad der Drosselklappe 25 und der Sollöffnungsgrad des EGR-Steuerventils 29, die zur Einstellung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses und der EGR-Rate auf das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis (K1 × (A/F)) und die Soll-EGR-Rate (K2 × EG) erforderlich sind, vorläufig berechnet. Wenn dann der Öffnungsgrad der Drosselklappe 25 und der Öffnungsgrad des EGR-Steuerventils 29 auf diese Sollöffnungsgrade eingestellt werden, werden das Luft-Kraftstoff-Verhältnis und die EGR-Rate zum Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis (K1 × (A/F)) und zur Soll-EGR-Rate (K2 × EG). Tatsächlich ändert sich jedoch die Konzentration des im EGR-Gas, das der Verbrennungskammer 5 zugeführt wird, enthaltenen Sauerstoffs nicht sofort nach einer Änderung des Betriebszustandes des Motors. Infolgedessen weichen das Luft-Kraftstoff-Verhältnis und die EGR-Rate vom Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis (K1 × (A/F)) und von der Soll-EGR-Rate (K2 × EG) ab.
Beispielsweise wird in der nachfolgenden Beschreibung ein Fall betrachtet, bei dem ein Übergang vom ersten Betriebszustand, in dem das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis (K1 × (A/F)) relativ groß ist, zum zweiten Betriebszustand, in dem das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis (K1 × (A/F)) relativ klein ist, durchgeführt wurde. Da in diesem Fall das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis (K1 × (A/F)) im ersten Betriebszustand relativ groß ist, ist die Konzentration des im EGR-Gas, das der Verbrennungs kammer 5 zugeführt wird, enthaltenen Sauerstoffs hoch. Selbst wenn ein Übergang vom ersten Betriebszustand zum zweiten Betriebszustand durchgeführt wurde, wird dann die Konzentration des Sauerstoffs im der Verbrennungskammer 5 zugeführten EGR-Gas nicht sofort niedrig, sondern bleibt für eine Weile hoch. Infolgedessen wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis größer als das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis (K1 × (A/F)), so dass Rauch erzeugt wird. Eine derartige Raucherzeugung wird beträchtlich zum Zeitpunkt eines Übergangs vom zweiten Verbrennungsmodus zum ersten Verbrennungsmodus.
Wenn im Gegensatz dazu ein Übergang von dem Betriebszustand, in dem das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis (K1 × (A/F)) gering ist, zu dem Betriebszustand, in dem das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis (K1 × (A/F)) groß ist, durchgeführt wurde, wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis geringer als das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis (K1 × (A/F)). Infolgedessen wird eine unvollständige Verbrennung bewirkt. Eine derartige unvollständige Verbrennung wird beträchtlich groß zum Zeitpunkt eines Überganges zum zweiten Verbrennungsmodus vom ersten Verbrennungsmodus, wobei das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis stark ansteigt.
Angesichts dieser Tatsache werden bei dieser Ausführungsform der Sollöffnungsgrad der Drosselklappe 25 und der Sollöffnungsgrad des EGR-Steuerventils 29, die zur Einstellung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses auf das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis (K1 × (A/F)) und der EGR-Rate auf die Soll-EGR-Rate EG in Abhängigkeit von der Konzentration des im EGR-Gas, das der Verbrennungskammer 5 zugeführt wird, enthaltenen Sauerstoffs erforderlich sind, vorläufig berechnet. Dann werden der Öffnungsgrad der Drosselklappe 25 und der Öffnungsgrad des EGR-Steuerventils 29 auf die entsprechenden Sollöffnungsgrade entsprechend der Konzentration des im EGR-Gas, das der Verbrennungskammer 5 zugeführt wird, enthaltenen Sauerstoffs eingestellt.
Genauer gesagt, der Sollöffnungsgrad ST der Drosselklappe 25, der zur Einstellung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses auf das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F gemäß 10A und der EGR-Rate auf die Soll-EGR-Rate EG gemäß 11A erforderlich ist, wenn sich das in die Verbrennungskammer 5 eingeführte Einlassgas auf der Referenztemperatur T₀ befindet, wird in vorbereitender Weise durch Versuche für verschiedene Konzentrationen des im EGR-Gas, das der Verbrennungskammer 5 zugeführt wird, enthaltenen Sauerstoffs in Abhängigkeit von der Drehmomentanforderung und der Motordrehzahl berechnet. Der Sollöffnungsgrad ST der Drosselklappe 25 wird in vorbereitender Weise im ROM 42 in Abhängigkeit von der Drehmomentanforderung TQ und der Motordrehzahl N in der Form von in den 12A bis 12D gezeigten Karten gespeichert. Die 12A, 12B, 12C und 12D zeigen Fälle, bei denen die Konzentration des im EGR-Gas, das der Verbrennungskammer 5 zugeführt wird, enthaltenen Sauerstoffs 0%, 7%, 14% und 21% beträgt.
Des weiteren wird gemäß dieser Ausführungsform der Sollöffnungsgrad ST der Drosselklappe 25, der erforderlich ist, um das Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis (K1 × (A/F)) und die EGR-Rate auf die Soll-EGR-Rate (K2 × EG) einzustellen, wenn sich das in die Verbrennungskammer 5 eingeführte Einlassgas auf der Temperatur T₁ befindet (10B), in vorbereitender Weise durch Versuche für verschiedene Konzentrationen des im EGR-Gas, das der Verbrennungskammer 5 zugeführt wird, enthaltenen Sauerstoffs in Abhängigkeit von der Drehmomentanforderung und der Motordrehzahl berechnet. Der Sollöffnungsgrad ST der Drosselklappe 25 wird im ROM 42 in Abhängigkeit von der Drehmomentanforderung TQ und der Motordrehzahl N in der Form von Karten, die denen der 12A bis 12D entsprechen, in vorbereitender Weise gespeichert.
Bei dieser Ausführungsform wird der Sollöffnungsgrad ST der Drosselklappe 25 entsprechend einer Konzentration des im EGR-Gas, das der Verbrennungskammer 5 zugeführt wird, erhaltenen Sauerstoffs und einer Temperatur des der Verbrennungskammer 5 zugeführten Einlassgases durch Interpolation aus den in den 12A bis 12D gezeigten Karten berechnet.
Des weiteren wird bei dieser Ausführungsform der Sollöffnungsgrad SE des EGR-Steuerventils 29, der zur Einstellung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses auf das in 10A gezeigte Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis und der EGR-Rate auf die Soll-EGR-Rate EG erforderlich ist, wenn sich das in die Verbrennungskammer 5 eingeführte Einlassgas auf der Referenztemperatur T₀ befindet, in vorbereitender Weise durch Versuche für verschiedene Konzentrationen des im EGR-Gas, das der Verbrennungskammer 5 zugeführt wird, enthaltenen Sauerstoffs in Abhängigkeit von der Drehmomentanforderung und der Motordrehzahl berechnet. Der Sollöffnungsgrad SE des EGR-Steuerventils 29 wird in vorbereitender Weise im ROM 42 in Abhängigkeit von der Drehmomentanforderung TQ und der Motordrehzahl N in der Form von Karten gemäß den 13A bis 13D gespeichert. Die 13A, 13B, 13C und 13D zeigen Fälle, bei denen die Konzentration des im EGR-Gas, das der Verbrennungskammer 5 zugeführt wird, enthaltenen Sauerstoffs 0%, 7%, 14% und 21% beträgt.
Andererseits wird der Sollöffnungsgrad SE des EGR-Steuerventils 29, der zur Einstellung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses auf das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis (K1 × (A/F)) und der EGR-Rate auf die Soll-EGR-Rate (K2 × EG) erforderlich ist, wenn sich das in die Verbrennungskammer 5 eingeführte Einlassgas auf der Temperatur T₁ befindet (11B), in vorbereitender Weise durch Versuche für diverse Konzentrationen des im EGR-Gas, das der Verbrennungskammer 5 zugeführt wird, enthaltenen Sauerstoffs in Abhängigkeit von der Drehmomentanforderung und der Motordrehzahl berechnet. Der Sollöffnungsgrad SE des EGR-Steuerventils 29 wird im ROM 42 in vorbereitender Weise in Abhängigkeit von der Drehmomentanforderung TQ und der Motordrehzahl N in der Form von Karten, die denen der 13A bis 13D entsprechen, gespeichert.
Bei dieser Ausführungsform wird der Sollöffnungsgrad SE des EGR-Steuerventils 29 entsprechend einer Konzentra tion des im EGR-Gas, das der Verbrennungskammer 5 zugeführt wird, enthaltenen Sauerstoffs und einer Temperatur des der Verbrennungskammer 5 zugeführten Einlassgases durch Interpolation aus den in den 13A bis 13D gezeigten Karten berechnet.
Alternativ dazu kann entweder der Sollöffnungsgrad ST der Drosselklappe 25 oder der Sollöffnungsgrad SE des EGR-Steuerventils 29 von der Konzentration des im EGR-Gas, das der Verbrennungskammer 5 zugeführt wird, enthaltenen Sauerstoffs abhängig sein.
Während der Verbrennung bei niedriger Temperatur wird der Öffnungsgrad der Drosselklappe 25 auf einen Sollöffnungsgrad eingestellt, der aus den in den 12A bis 12D gezeigten Karten berechnet wurde, und der Öffnungsgrad des EGR-Steuerventils 29 wird auf einen Sollöffnungsgrad eingestellt, der aus den in den 13A bis 13D gezeigten Karten berechnet wurde. Unabhängig von Änderungen im Betriebszustand des Motors wird daher das Luft-Kraftstoff-Verhältnis zum Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis (K1 × (A/F)) und die EGR-Rate zur Soll-EGR-Rate (K2 × EG). Daher wird die Steuerung so durchgeführt, daß der Öffnungsgrad der Drosselklappe 25 und des EGR-Steuerventils 29 zum Sollöffnungsgrad ST und SE wird.
Wenn Ablagerungen an der Drosselklappe 25 oder dem EGR-Steuerventil 29 haften, weichen das Luft-Kraftstoff-Verhältnis und die EGR-Rate vom Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis (K1 × (A/F)) und der Soll-EGR-Rate (K2 × EG) ab.
Dann werden gemäß dieser Ausführungsform ein Sollwert GA einer Menge Ga an Einlassluft und ein Sollwert GE einer Menge Ge an EGR-Gas in vorbereitender Weise ermittelt. Danach werden der Sollöffnungsgrad ST der Drosselklappe 25 und der Sollöffnungsgrad SE des EGR-Steuerventils 29 so korrigiert, daß die Menge Ga der Einlassluft und die Menge Ge des EGR-Gases zu den Sollwerten GA und GE werden.
Mit anderen Worten, der Sollwert GA der Menge der Einlassluft, die erforderlich ist, um das Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis gemäß 10A und die EGR-Rate auf die Soll-EGR-Rate EG gemäß 11A einzustellen, wenn sich das in die Verbrennungskammer 5 eingeführte Einlassgas auf der Referenztemperatur T₀ befindet, wird in vorbereitender Weise über Versuche für diverse Konzentrationen des im EGR-Gas, das der Verbrennungskammer 5 zugeführt wird, enthaltenen Sauerstoffs in Abhängigkeit von der Drehmomentanforderung und der Motordrehzahl berechnet. Der Sollwert GA der Menge der Einlassluft wird in vorbereitender Weise im ROM 42 in Abhängigkeit von der Drehmomentanforderung TQ und der Motordrehzahl N in der Form von Karten gemäß den 14A bis 14D gespeichert. Die 14A, 14B, 14C und 14D zeigen Fälle, bei denen die Konzentration des im EGR-Gas, das der Verbrennungskammer 5 zugeführt wird, enthaltenen Sauerstoffs 0%, 7%, 14% und 21% beträgt.
Des weiteren wird bei dieser Ausführungsform der Sollwert GA der Menge der Einlassluft, die erforderlich ist, um das Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis (K1 × (A/F)) und die EGR-Rate auf die Soll-EGR-Rate (K2 × EG) einzustellen, wenn sich das in die Verbrennungskammer 5 eingeführte Einlassgas auf der Temperatur T₁ befindet (10B), in vorbereitender Weise über Versuche für diverse Konzentrationen des im EGR-Gas, das der Verbrennungskammer 5 zugeführt wird, enthaltenen Sauerstoffs in Abhängigkeit von der Drehmomentanforderung und der Motordrehzahl berechnet. Der Sollwert GA der Menge der Einlassluft wird in Abhängigkeit von der Drehmomentanforderung TQ und der Motordrehzahl N in der Form von Karten, die denen der 14A bis 14D entsprechen, in vorbereitender Weise im ROM 42 gespeichert.
Der Sollwert GA der Menge der Einlassluft entsprechend einer Konzentration des im EGR-Gas, das der Verbrennungskammer 5 zugeführt wird, enthaltenen Sauerstoffs und einer Temperatur des der Verbrennungskammer 5 zugeführten Einlassgases wird durch Interpolation aus den in den 14A bis 14D gezeigten Karten berechnet. Dann wird der auf diese Weise berechnete Sollwert GA der Menge der Einlassluft mit einem Massendurchsatzwert Ga (hiernach einfach als Menge der Einlassluft bezeichnet) der Einlassluft, der vom Durchsatzmesser 38 ermittelt wurde, verglichen. Der Sollöffnungsgrad ST der Drosselklappe 25 wird so korrigiert, daß die tatsächliche Menge Ga der Einlassluft zum Sollwert GA wird.
Des weiteren wird bei dieser Ausführungsform der Sollwert GA der Menge des EGR-Gases, die zur Einstellung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses auf das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F gemäß 10A und der EGR-Rate auf die Soll-EGR-Rate EG gemäß 11A erforderlich ist, wenn sich das in die Verbrennungskammer 5 eingeführte Einlassgas auf der Referenztemperatur T₀ befindet, in vorbereitender Weise über Versuche für diverse Konzentrationen des im EGR-Gas, das der Verbrennungskammer 5 zugeführt wird, enthaltenen Sauerstoffs in Abhängigkeit von der Drehmomentanforderung und der Motordrehzahl berechnet. Der Sollwert GE der Menge des EGR-Gases wird in vorbereitender Weise im ROM 42 in Abhängigkeit von der Drehmomentanforderung TQ und der Motordrehzahl N in der Form von in den 15A–15D gezeigten Karten gespeichert. Die 15A, 15B, 15C und 15D zeigen Fälle, bei denen die Konzentration des im EGR-Gas, das der Verbrennungskammer 5 zugeführt wird, enthaltenen Sauerstoffs 0%, 7%, 14% und 21% beträgt.
Des weiteren wird der Sollwert GE der Menge des EGR-Gases, die zur Einstellung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses auf das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis (K1 × (A/F)) und der EGR-Rate auf die Soll-EGR-Rate (K2 × EG) erforderlich ist, wenn sich das in die Verbrennungskammer 5 eingeführte Einlassgas auf der Temperatur T₁ befindet (11B), vorläufig über Versuche für diverse Konzentrationen des im EGR-Gas, das der Verbrennungskammer 5 zugeführt wird, enthaltenen Sauerstoffs in Abhängigkeit von der Drehmomentanforderung und der Motordrehzahl ermittelt. Der Sollwert GE der Menge des EGR-Gases wird vorläufig im ROM 42 in Abhängigkeit von der Drehmoment-anforderung TQ und der Motordrehzahl N in der Form von Karten, die denen der 15A bis 15D entsprechen, gespeichert.
Der Sollwert GE der Menge des EGR-Gases entsprechend einer Konzentration des im EGR-Gas, das der Verbrennungskammer 5 zugeführt wird, enthaltenen Sauerstoffs und einer Temperatur des der Verbrennungskammer 5 zugeführten Einlassgases wird durch Interpolation aus den in den 15A bis 15D gezeigten Karten berechnet. Die tatsächliche Menge Ge des EGR-Gases wird aus der Differenz ΔP zwischen Drücken aufstromseitig und abstromseitig des EGR-Steuerventils 29 und dem effektiven Durchflußbereich S des EGR-Steuerventils 29 berechnet (Ge = S × √(ΔP)). Der Differenzdruck ΔP wird von den Drucksensoren 36 und 37 detektiert. Der tatsächliche Öffnungsgrad SE des EGR-Steuerventils 29 wird durch den Öffnungsgradsensor 29a detektiert. Auf der Basis des Öffnungsgrades SE wird der wirksame Durchflussbereich S aus der in 19 gezeigten Beziehung berechnet.
Dann wird der Sollwert GE der auf diese Weise berechneten Menge des EGR-Gases mit dem tatsächlichen Durchsatz Ge hiervon verglichen. Der Sollöffnungsgrad SE des EGR-Steuerventils 29 wird so korrigiert, daß der tatsächliche Durchsatz Ge zum Sollwert GE wird.
17A zeigt ein Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis, wenn der zweite Verbrennungsmodus, d.h. die herkömmliche Verbrennung, durchgeführt wird. Wie in 17A ge zeigt, geben die mit A/F = 24, A/F = 35, A/F = 45 und A/F = 60 gekennzeichneten Kurven die Fälle wieder, bei denen das Luft-Kraftstoff-Verhältnis 24, 35, 45 und 60 beträgt. Des weiteren zeigt 17B eine Soll-EGR-Rate EG während des zweiten Verbrennungsmodus. Die Soll-EGR-Rate EG wird im ROM 42 in Abhängigkeit von der Drehmomentanforderung TQ und der Motordrehzahl N in der Form einer in 17B gezeigten Karte gespeichert. Bei dieser Ausführungsform werden selbst während des zweiten Verbrennungsmodus ein Sollöffnungsgrad ST der Drosselklappe 25 und ein Sollöffnungsgrad SE des EGR-Steuerventils 29 auf der Basis der Konzentration des im EGR-Gas, das der Verbrennungskammer 5 zugeführt wird, enthaltenen Sauerstoffs ermittelt. Diese Sollöffnungsgrade ST und SE werden auf der Basis der Menge Ga der Einlassluft und der Menge Ge des EGR-Gases korrigiert.
Genauer gesagt, der Sollöffnungsgrad ST der Drosselklappe 25, der zur Einstellung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses auf das in 17A gezeigte Luft-Kraftstoff-Verhältnis und der EGR-Rate auf die in 17B gezeigte Soll-EGR EG erforderlich ist, wird in vorbereitender Weise über Versuche für diverse Konzentrationen des im EGR-Gas, das der Verbrennungskammer 5 zugeführt wird, enthaltenen Sauerstoffs in Abhängigkeit von der Drehmomentanforderung und der Motordrehzahl berechnet. Der Sollöffnungsgrad ST der Drosselklappe 25 wird vorläufig im ROM 42 in Abhängigkeit von der Drehmomentanforderung TQ und der Motordrehzahl N in der Form von Karten entsprechend denen der 12A bis 12D gespeichert.
Des weiteren wird bei dieser Ausführungsform der Sollöffnungsgrad SE des EGR-Steuerventils 29, der zur Einstellung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses auf das in 17A gezeigte Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F und der EGR-Rate auf die in 17B gezeigte Soll-EGR-Rate EG erforderlich ist, in vorbereitender Weise über Versuche für diverse Konzentrationen des im EGR-Gas, das der Verbrennungskammer 5 zugeführt wird, enthaltenen Sauerstoffs in Abhängigkeit von der Drehmomentanforderung und der Motordrehzahl berechnet. Der Sollöffnungsgrad SE des EGR-Steuerventils 29 wird vorläufig im ROM 42 in Abhängigkeit von der Drehmomentanforderung TQ und der Motordrehzahl N in der Form von Karten, die denen der 13A bis 13D entsprechen, gespeichert.
Ferner wird der Sollwert GA der Menge der Einlassluft, die zur Einstellung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses auf das Luft-Kraftstoff-Verhältnis der 17A und der EGR-Rate auf die Soll-EGR-Rate EG gemäß 17B erforderlich ist, in vorbereitender Weise durch Versuche für diverse Konzentrationen des im EGR-Gas, das der Verbrennungskammer 5 zugeführt wird, enthaltenen Sauerstoffs in Abhängigkeit von der Drehmomentanforderung und der Motordrehzahl berechnet. Der Sollwert GA der Menge der Einlassluft wird vorläufig im ROM 42 in Abhängigkeit von der Drehmomentanforderung TQ und der Motordrehzahl N in der Form von Karten, die denen der 14A bis 14D entsprechen, gespeichert.
Ferner wird der Sollwert GE der Menge des EGR-Gases, die zur Einstellung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses auf das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis gemäß 17A und der EGR-Rate auf die Soll-EGR-Rate EG gemäß 17B erforderlich ist, in vorbereitender Weise über Versuche für diverse Konzentrationen des im EGR-Gas, das der Verbrennungskammer 5 zugeführt wird, enthaltenen Sauerstoffs in Abhängigkeit von der Drehmomentanforderung und der Motordrehzahl berechnet. Der Sollwert EG der Menge des EGR-Gases wird in vorbereitender Weise im ROM 42 in Abhängigkeit von der Drehmomentanforderung TQ und der Motordrehzahl N in der Form von Karten, die denen der 15A bis 15D entsprechen, gespeichert.
Wie bislang beschrieben, wird bei dieser Ausführungsform der Öffnungsgrad der Drosselklappe 25 u.ä. auf der Basis der Konzentration des im EGR-Gas, das der Verbrennungskammer 5 zugeführt wird, enthaltenen Sauerstoffs gesteuert. Um den Öffnungsgrad der Drosselklappe 25 u.ä. zu steuern, ist es erforderlich, die Konzentration des im EGR-Gas enthaltenen Sauerstoffs zu detektieren, zu berechnen oder zu schätzen. Bei dieser Ausführungsform wird die Konzentration des im EGR-Gas enthaltenen Sauerstoffs geschätzt. Hiernach wird ein Beispiel eines Verfahrens zum Schätzen der Konzentration des im EGR-Gas enthaltenen Sauerstoffs erläutert.
Die Menge Wg (g/rev) an verbranntem Gas, die von der Verbrennungskammer 5 pro einer Umdrehung des Motors abgegeben wird, wird durch die nachfolgende Formel (1) wiedergegeben, worin Ga (g/rev), Ge (g/rev), Q (mm³/rev) und ρ (g/mm³) die Menge der Einlassluft, die Menge des EGR-Gases, die Kraftstoffeinspritzmenge und die Kraftstoffdichte bedeuten. Wg = Ga + Ge + ρ × Q (1)
Unter Verwendung der EGR-Rate K2 × EG wird die Menge Ge des EGR-Gases durch die nachfolgende Formel (2) ausgedrückt: Ge = Ga × K2 × EG/(1 – K2 × EG) (2)
Daher lässt sich die Menge Ge des verbrannten Gases, das von der Verbrennungskammer 5 abgegeben wird, durch die nachfolgende Formel (3) wiedergeben: Wg = Ga + Ga × K2 × EG/(1 – K2 × EG + ρ × Q) (3)
Wenn man annimmt, daß die Konzentration des im EGR-Gas, das dem Druckausgleichsbehälter 12 zugeführt wird, enthaltenen Sauerstoffs OEGR beträgt, wird die Menge Oe des der Verbrennungskammer 5 zugeführten Sauerstoffs durch die nachfolgende Formel (4) ausgedrückt: Oe = OEGR × Ga × K2 × EG/(1 – K2 × EG) (4)
Die Menge Oa des in der Einlassluft, die der Verbrennungskammer 5 zugeführt wird, enthaltenen Sauerstoffs lässt sich durch die nachfolgende Formel (5) ausdrücken: Oa = 0,21 × Ga (5)
Die Menge Ocon des vom Kraftstoff in der Verbrennungskammer 5 verbrauchten Sauerstoffs lässt sich durch die nachfolgende Formel (6) ausdrücken: Ocon = 0,21 × stöchiometrisches Luft-Kraft-Stoff-Verhältnis × ρ × Q = 0,21 × 0,21 × 14,6 × ρ × Q = 3,1 × ρ × Q (6)
Daher wird die Menge Oex des im verbrannten Gas, das von der Verbrennungskammer 5 abgegeben wird, enthaltenen Sauerstoffs durch die nachfolgende Formel (7) wiedergegeben: Oex = Oe + Oa – Ocon = OER × Ga × K2 × EG/(1 – K2 × EG) + 0,21 × Ga – 3,1 × ρ × Q (7)
Die Konzentration Oex des im Abgas in der Auslaßöffnung 10 enthaltenen Sauerstoffs entspricht dem Verhältnis aus der Menge Oex des im verbrannten Gas enthaltenen Sauerstoffs zur Menge Wg des verbrannten Gases. Die Konzentration Oex des Sauerstoffs wird durch die nachfolgende Formel (8) wiedergegeben: OEX = Oex/Wg (8)
Bei dieser Ausführungsform wird durch Verwendung der Konzentration OEGR des im Abgas enthaltenen Sauerstoffs die Einspritzmenge Q so ermittelt, daß das Luft-Kraft stoff-Verhältnis zum Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis (K1 × (A/F)) wird. Mit anderen Worten, wie vorstehend beschrieben, beträgt die Menge des der Verbrennungskammer 5 zugeführten Sauerstoffs (Oe + Oa).
Daher kann die Einspritzmenge, die zur Einstellung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses auf das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis (K1 × (A/F)) erforderlich ist, wie folgt ausgedrückt werden: (Oe + Oa) × (1/0,21) = (K1 × (A/F)) × ρ × Q = OEGR × Ga × K2 × EG/ (1 – K2 × EG) + 0,21 × Ga (9)Somit gilt Q = (Oe + Oa) × (1/0,21)/[K1 × (A/F) × ρ) (10)
Wenn der Betriebszustand des Motors in den vorstehend erwähnten Formeln (9) und (10) ermittelt wird, werden die Korrekturfaktoren K1 und K2, das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F und die Soll-EGR-Rate EG ermittelt. Des weiteren wird die Menge der Einlassluft Ga über den Massendurchsatzmesser 38 detektiert. Wenn daher die Konzentration OEGR des im EGR-Gas enthaltenen Sauerstoffs bekannt ist, wird die Einspritzmenge Q ermittelt.
Wenn die Konzentration OEGR des im EGR-Gas enthaltenen Sauerstoffs bekannt ist, werden andererseits auch der Sollöffnungsgrad ST der Drosselklappe 25 und der Öffnungsgrad SE des EGR-Steuerventils 29 ermittelt. Wenn die Konzentration OEGR des im EGR-Gas enthaltenen Sauerstoffs bekannt ist, werden die Einspritzmenge Q, der Sollöffnungsgrad ST der Drosselklappe 25 und der Sollöffnungsgrad SE des EGR-Steuerventils 29 ermittelt.
Ein Teil des von der Verbrennungskammer 5 in den Auslasskrümmer 19 abgegebenen Abgases strömt in den EGR-Kanal 27. Dieses Abgas, d.h. das EGR-Gas, wird jedes Mal dann zum Druckausgleichsbehälter 12 in EGR-Gas 27 verschoben, wenn Abgas von der Verbrennungskammer 5 abgegeben wird. Daher strömt das auf diese Weise verdrängte Abgas in den Druckausgleichsbehälter 12 als EGR-Gas nach einigen Umdrehungen des Motors, die dem Einströmen des Abgases in den EGR-Kanal 27 folgen. Mit anderen Worten, das Abgas, das im Auslasskrümmer 19 vor einigen Umdrehungen des Motors vorhanden ist, wird dem Druckausgleichsbehälter 12 zugeführt. Wenn man in diesem Fall davon ausgeht, daß das Abgas, das im Auslasskrümmer 19 vor i Umdrehungen des Motors vorhanden ist, dem Druckausgleichsbehälter 12 zugeführt wird, wird die Zahl i größer, wenn die Menge Ge des EGR-Gases geringer wird.
Wie in 18 gezeigt, wird bei dieser Ausführungsform die Beziehung zwischen der Zahl i und der Menge Ge des EGR-Gases über Versuche ermittelt. Auf der Basis der Menge Ge des EGR-Gases wird die Zahl i aus dieser Beziehung berechnet. In diesem Fall wird die Menge des EGR-Gases Ge gemäß der vorstehend erwähnten Formel (2) berechnet. Wenn beispielsweise in 18 die Menge des EGR-Gases R beträgt, beträgt die Zahl i 5 zu diesem Zeitpunkt. Mit anderen Worten, das Abgas, das im Aus lasskrümmer 19 vor 5 Umdrehungen des Motors vorhanden ist, wird dem Druckausgleichsbehälter 12 zugeführt. Hierbei entspricht die Konzentration OEGR des im EGR-Gas, das dem Druckausgleichsbehälter 12 zugeführt wird, enthaltenen Sauerstoffs der Konzentration des Sauerstoffs, der im Abgas enthalten ist, das im Auslasskrümmer 19 vor fünf Umdrehungen des Motors vorhanden ist.
Wenn die Konzentration des im Abgas, das im Auslasskrümmer 19 vor i Umdrehungen des Motors vorhanden ist, enthaltenen Sauerstoffs als OEX (i) bezeichnet wird, wird der Wert von OEX (i) bereits gemäß der vorstehend erwähnten Formel (8) vor i Umdrehungen des Motors berechnet. Daher ist es möglich, die Konzentration OEGR des im EGR-Gas, das dem Druckausgleichsbehälter 12 zugeführt wird, enthaltenen Sauerstoffs zu berechnen.
19 zeigt ein Programm zum Schätzen der Konzentration OEGR des im EGR-Gas, das dem Druckausgleichsbehälter 12 zugeführt wird, enthaltenen Sauerstoffs und der Konzentration OEX des im Abgas im Auslaßkrümmer 19 enthaltenen Sauerstoffs. Dieses Programm wird durchgeführt, wenn einer der Zylinder seinen Ausstoßhub beendet.
Zuerst wird in Schritt 100 die Menge Ge des EGR-Gases aus einem Korrekturfaktor H2, der Soll-EGR-Rate EG und der Menge Ga der Einlassluft im momentanen Betriebszustand des Motors berechnet. Auf der Basis der Menge Ge des EGR-Gases wird eine Zahl i aus der in 8 gezeigten Beziehung berechnet. Dann wird in Schritt 101 die Konzentration OEX (i) des im Abgas, das im Auslass krümmer 19 vor i Umdrehungen des Motors vorhanden ist, enthaltenen Sauerstoffs auf die Konzentration OEGR des im EGR-Gas, das dem Druckausgleichsbehälter 12 zugeführt wurde, enthaltenen Sauerstoffs eingestellt.
Danach wird in Schritt 102 unter Verwendung der Sauerstoffkonzentration OEGR die Konzentration OEX des im Abgas im Auslasskrümmer 19 enthaltenen Sauerstoffs gemäß der vorstehend erwähnten Formel (8) berechnet. Dann werden in Schritt 103 sämtliche gespeicherten Werte von OEX (i – 1) auf dem Wert von OEX (i) eingestellt, und der Wert von OEX, der in Schritt 102 berechnet wurde, wird auf OEX (1) eingestellt.
Die Funktionssteuerung wird nunmehr in Verbindung mit 20 erläutert.
Zu allererst wird in Schritt 200 ermittelt, ob ein Kennzeichen I, das anzeigt, das sich der Motor im ersten Betriebsbereich I befindet, gesetzt wurde oder nicht. Wenn das Kennzeichen I gesetzt wurde, d.h. wenn sich der Motor im ersten Betriebszustand I befindet, rückt das Verfahren zu Schritt 201 vor, in dem ermittelt wird, ob die Drehmomentanforderung TQ größer geworden ist als ein erster Grenzwert X1 (N) oder nicht. Wenn TQ ≤ X1 (N) ist, rückt das Verfahren zu Schritt 203 vor, in dem eine Verbrennung bei niedriger Temperatur durchgeführt wird.
In Schritt 203 wird die Drosselklappe 26 gesteuert. 21 zeigt ein Steuerprogramm für die Drosselklappe 25. Dann wird in Schritt 204 das EGR-Steuerventil 29 ge steuert. 22 ist ein Steuerprogramm für das EGR-Steuerventil 29. Dann wird in Schritt 205 die Einspritzmenge Q gemäß der vorstehend erwähnten Formel (10) auf der Basis des Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses (K1 × (A/F)), der Soll-EGR-Rate (K2 × EG), der Menge der Einlassluft Ga und der Konzentration OEGR des im EGR-Gas enthaltenen Sauerstoffs im momentanen Betriebszustand des Motors berechnet.
Wenn in Schritt 201 bestimmt wird, daß TQ > X (N) ist, rückt das Verfahren zu Schritt 202 vor, in dem das Kennzeichen I rückgesetzt wird. Das Verfahren rückt dann zu Schritt 208 vor, in dem der zweite Verbrennungsmodus durchgeführt wird.
In Schritt 208 wird die Drosselklappe 25 gesteuert. 23 zeigt ein Steuerprogramm für die Drosselklappe 25. Dann wird in Schritt 209 das EGR-Steuerventil 29 gesteuert. 24 zeigt ein Steuerprogramm für das EGR-Steuerventil 29. Dann wird in Schritt 210 die Einspritzmenge Q gemäß der vorstehend erwähnten Formel (10) auf der Basis des Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses (K1 × (A/F)), der Soll-EGR-Rate (K2 × EG), der Menge Ga der Einlassluft und der Konzentration OEGR des Sauerstoffs im EGR-Gas im momentanen Betriebszustand des Motors berechnet.
Wenn das Kennzeichen I zurückgesetzt wurde, rückt das Verfahren von Schritt 200 zu Schritt 206 in den nachfolgenden Prozesszyklus. In Schritt 206 wird bestimmt, ob die Drehmomentanforderung TQ geringer geworden ist als der zweite Grenzwert Y (N) oder nicht. Wenn TQ ≥ Y (N) ist, rückt das Verfahren zu Schritt 208 vor, in dem der zweite Verbrennungsmodus durchgeführt wird. Wenn andererseits in Schritt 206 bestimmt wird, daß TQ < Y (N) ist, rückt das Verfahren zu Schritt 207 vor, in dem das Kennzeichen I gesetzt wird. Das Verfahren rückt dann zu Schritt 203 vor, in dem die Verbrennung bei niedriger Temperatur durchgeführt wird.
Das Programm zum Steuern der Drosselklappe 25 in Schritt 203 der 20 wird nunmehr in Verbindung mit 21 erläutert.
Wie in 21 gezeigt, wird als erstes in Schritt 220 der Sollöffnungsgrad ST der Drosselklappe 25 entsprechend der Konzentration OEGR des im EGR-Gas enthaltenen Sauerstoffs aus dem in den 12A bis 12D gezeigten Karten berechnet. Dann wird in Schritt 221 der Sollwert GA der Menge der Einlassluft entsprechend der Konzentration OEGR des im EGR-Gas enthaltenen Sauerstoffs aus den in den 14A bis 14D gezeigten Karten berechnet. Danach wird in Schritt 222 die tatsächliche Menge Ga der Einlassluft, die vom Massendurchsatzmesser 38 detektiert wurde, eingelesen.
Danach wird in Schritt 223 bestimmt, ob die tatsächliche Menge Ga der Einlassluft größer ist als der Sollwert GA der Menge der Einlassluft oder nicht. Wenn Ga > GA ist, rückt das Verfahren zu Schritt 224 vor, in dem ein vorgegebener Wert α vom Korrekturwert ΔST1 für den Sollöffnungsgrad der Drosselklappe 25 subtrahiert wird, wo nach das Verfahren zu Schritt 226 vorrückt. Wenn im Gegensatz dazu Ga ≤ GA ist, rückt das Verfahren zu Schritt 225, in dem der vorgegebene Wert α zum Korrekturwert ΔST1 addiert wird, wonach das Verfahren zu Schritt 226 vorrückt. In Schritt 226 wird der Korrekturwert ΔST1 zum Sollöffnungsgrad ST der Drosselklappe 25 addiert, wodurch der endgültige Sollöffnungsgrad ST der Drosselklappe 25 (= ST + ΔST1) berechnet wird.
Das Programm zum Steuern des EGR-Steuerventils 29 in Schritt 204 in 20 wird nunmehr in Verbindung mit 22 erläutert.
Wie in 22 gezeigt, wird zu allererst in Schritt 230 der Sollöffnungsgrad SE des EGR-Steuerventils 29 entsprechend der Konzentration OEGR des im EGR-Gas enthaltenen Sauerstoffs aus den in den 14A bis 14D gezeigten Karten berechnet. Dann wird in Schritt 231 der Sollwert GE der Menge des EGR-Gases entsprechend der Konzentration OEGR des im EGR-Gas enthaltenen Sauerstoffs aus den in den 15A bis 15C gezeigten Karten berechnet. Danach werden in Schritt 232 der Druck P₀ im Druckausgleichsbehälter 12 und der Druck P₁ im EGR-Kanal 27, die von den Drucksensoren 36 und 37 detektiert wurden, eingelesen.
Dann wird in Schritt 233 die Differenz ΔP zwischen den Drücken P₁ und P₀ (= P₁ – P₀) berechnet. In Schritt 234 wird auf der Basis des Öffnungsgrades SE des EGR-Steuerventils 29, der vom Öffnungsgradsensor 29a detektiert wurde, ein wirksamer Durchflussbereich S des EGR-Steu erventils 29 aus der in 16 gezeigten Beziehung berechnet. In Schritt 235 wird der wirksame Durchflussbereich S mit der Quadratwurzel des Differenzdrucks ΔP multipliziert, wodurch die tatsächliche Menge Ge des EGR-Gases berechnet wird.
Dann wird in Schritt 236 bestimmt, ob die tatsächliche Menge Ge des EGR-Gases größer ist als der Sollwert GE der Menge des EGR-Gases oder nicht. Wenn Ge > GE ist, rückt das Programm zu Schritt 237 vor, in dem ein vorgegebener Wert β von dem Korrekturwert ΔSE1 für den Sollöffnungsgrad des EGR-Steuerventils 29 subtrahiert wird, und das Verfahren rückt dann zu Schritt 239 vor. Wenn im Gegensatz dazu Ge ≤ GE ist, rückt das Verfahren zu Schritt 238 vor, in dem der vorgegebene Wert β zum Korrekturwert ΔSE1 addiert wird. Das Verfahren rückt dann zu Schritt 239 vor, in dem der Korrekturwert ΔSE1 zum Sollöffnungsgrad SE des EGR-Steuerventils 29 addiert wird, wodurch der endgültige Sollöffnungsgrad SE des EGR-Steuerventils 29 (= SE + ΔSE1) berechnet wird.
Die 23 und 24 zeigen ein Programm zum Steuern der Drosselklappe 25 in Schritt 208 in 20 und ein Programm zum Steuern des EGR-Steuerventils 29 in Schritt 209 und 20. Die in den entsprechenden Programmen durchgeführten Schritte sind die gleichen wie die der 21 und 22, mit der Ausnahme, daß der Korrekturwert ΔSE1 in den 21 und 22 durch den Korrekturwert ΔSE2 ersetzt wurde. Daher wird auf eine Beschreibung der in den 23 und 24 gezeigten Programme verzichtet.
Wenn die Öffnungsgrade der Drosselklappe 25 und des EGR-Steuerventils 29 ermittelt werden, werden nicht nur die Mengen der Einlassluft und des EGR-Gases, sondern auch der Druck im Ansaugkanal abstromseitig der Drosselklappe 25 ermittelt. Daher kann der Solldruck Pm im Ansaugkanal entsprechend der Konzentration des im EGR-Gas enthaltenen Sauerstoffs in vorbereitender Weise berechnet werden, um den Sollöffnungsgrad SE des EGR-Steuerventils 29 so zu korrigieren, daß der Druck Pm im Ansaugkanal zum Solldruck PM wird.
Wenn sich in diesem Fall die in die Verbrennungskammer 5 eingeführte Einlassluft auf der Referenztemperatur T₀ befindet, werden das Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf das in 10A gezeigte Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F und die EGR-Rate auf die in 11A gezeigte Soll-EGR-Rate während des ersten Verbrennungsmodus eingestellt. Der Solldruck PM im Druckausgleichsbehälter 12 wird zu diesem Zeitpunkt über Versuche für diverse Konzentrationen des im EGR-Gas, das der Verbrennungskammer 5 zugeführt wird, enthaltenen Sauerstoffs in Abhängigkeit von der Drehmomentanforderung und der Motordrehzahl berechnet. Der Solldruck PM wird vorläufig im ROM 42 in Abhängigkeit von der Drehmomentanforderung TQ und der Motordrehzahl N in der Form der in den 25A bis 25C gezeigten Karten gespeichert. Die 25A, 25B, 25C und 25D zeigen Fälle, in denen die Konzentration des im EGR-Gas, das der Verbrennungskammer 5 zugeführt wird, enthaltenen Sauerstoffs 0%, 7%, 14% und 21% beträgt.
Wenn sich die in die Verbrennungskammer 5 eingeführte Einlassluft auf der Temperatur T₁ befindet (11B), werden das Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis (K1 × (A/F)) und die EGR-Rate auf die Soll-EGR-Rate (K2 × EG) eingestellt. Der Solldruck PM im Druckausgleichsbehälter 12 wird in vorbereitender Weise durch Versuche für diverse Konzentrationen des im EGR-Gas, das der Verbrennungskammer 5 zugeführt wird, enthaltenen Sauerstoffs in Abhängigkeit von der Drehmomentanforderung und der Motordrehzahl berechnet. Der Solldruck PM wird vorläufig im ROM 42 in Abhängigkeit von der Drehmomentanforderung TQ und der Motordrehzahl N in der Form von Karten ähnlich denen der 25A bis 25D gespeichert.
Des weiteren werden das Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F gemäß 17A und die EGR-Rate auf die Soll-EGR-Rate EG gemäß 17B während des zweiten Verbrennungsmodus eingestellt. Der Solldruck PM im Druckausgleichsbehälter 12 wird zu diesem Zeitpunkt vorläufig über Versuche für diverse Konzentrationen des im EGR-Gas, das der Verbrennungskammer 5 zugeführt wird, enthaltenen Sauerstoffs in Abhängigkeit von der Drehmomentanforderung und der Motordrehzahl berechnet. Der Solldruck PM wird vorläufig im ROM 42 in Abhängigkeit von der Drehmomentanforderung TQ und der Motordrehzahl N in der Form von Karten ähnlich denen der 25A bis 25D gespeichert.
Das Programm zum Steuern des EGR-Steuerventils 29 in Schritt 204 in 20 wird nunmehr in Verbindung mit 26 beschrieben.
Als erstes wird in Schritt 300 der Sollöffnungsgrad SE des EGR-Steuerventils 29 entsprechend der Konzentration OEGR des im EGR-Gas enthaltenen Sauerstoffs aus dem in den 13A bis 13D gezeigten Karten berechnet. In Schritt 301 wird der Solldruck PM im Druckausgleichsbehälter 12 entsprechend der Konzentration OEGR des im EGR-Gas enthaltenen Sauerstoffs aus den in den 25A bis 25D gezeigten Karten berechnet. In Schritt 302 wird der Druck Pm im Druckausgleichsbehälter 12, der vom Drucksensor 36 detektiert wurde, eingelesen.
Dann wird in Schritt 303 bestimmt, ob der tatsächliche Druck Pm im Druckausgleichsbehälter 12 höher ist als der Solldruck PM oder nicht. Wenn Pm > PM ist, rückt das Verfahren zu Schritt 304 vor, in dem ein vorgegebener Wert β vom Korrekturwert ΔSE1 für den Sollöffnungsgrad des EGR-Steuerventils 29 subtrahiert wird. Das Verfahren rückt dann zu Schritt 306 vor. Wenn im Gegensatz dazu Pm PM ist, rückt das Verfahren zu Schritt 305 vor, in dem der vorgegebene Wert β zum Korrekturwert ΔSE1 addiert wird. Das Verfahren rückt dann zu Schritt 306 vor, in dem der Korrekturwert ΔSE1 zum Sollöffnungsgrad SE des EGR-Steuerventils 29 addiert wird. Auf diese Weise wird ein endgültiger Sollöffnungsgrad SE des EGR-Steuerventils 29 (= SE + ΔSE1) berechnet.
27 zeigt ein Programm zum Steuern des EGR-Steuerventils 29 in Schritt 209 in 20.
Dieses Programm entspricht dem vorstehend in 26 gezeigten Programm, mit der Ausnahme, dass der Korrekturwert ΔSE1 durch ΔSE2 ersetzt ist. Daher wird auf eine Beschreibung des in 27 gezeigten Programms verzichtet.
Wenn, wie vorstehend beschrieben, die Öffnungsgrade der Drosselklappe 25 und des EGR-Steuerventils 29 bestimmt werden, werden nicht nur die Mengen der Ansaugluft und des EGR-Gases, sondern auch der Druck im Ansaugkanal abstromseitig der Drosselklappe 25 ermittelt. Ferner wird zu diesem Zeitpunkt der Druck Pc in der Verbrennungskammer 5 entsprechend einem vorgegebenen Kurbelwinkel während eines Kompressionshubes bestimmt. Somit wird bei dieser Ausführungsform der Solldruck PC in der Verbrennungskammer 5 entsprechend der Konzentration OEGR des im EGR-Gas enthaltenen Sauerstoffs, die dem vorgegebenen Kurbelwinkel während des Kompressionshubes entspricht, in vorbereitender Weise berechnet. Der Sollöffnungsgrad SE des EGR-Steuerventils 29 kann so korrigiert werden, dass der Druck Pc entsprechend dem vorgegebenen Kurbelwinkel während des Kompressionshubes zum Solldruck PC wird.
Genauer gesagt, wenn sich das in die Verbrennungskammer 5 eingeführte Einlassgas auf der Referenztemperatur T₀ befindet, werden das Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis (K1 × (A/F)) gemäß 10A und die EGR-Rate auf die Soll-EGR-Rate (K2 × EG) gemäß 11A eingestellt. Der Solldruck PC in der Verbrennungskammer 5 wird zu diesem Zeitpunkt über Versuche in vorbereitender Weise für diverse Konzentrationen des im EGR-Gas, das der Verbrennungskammer 5 zugeführt wird, enthaltenen Sauerstoffs in Abhängigkeit von der Drehmomentanforderung und der Motordrehzahl berechnet. Der Solldruck PC wird im ROM 42 vorläufig in Abhängigkeit von der Drehmomentanforderung TQ und der Motordrehzahl N in der Form von in den 28A bis 28D gezeigten Karten gespeichert. Die 28A, 28B, 28C und 28D zeigen Fälle, bei denen die Konzentration des im EGR-Gas, das der Verbrennungskammer 5 zugeführt wird, enthaltenen Sauerstoffs 0%, 7%, 14% und 21% beträgt. Wenn sich die in die Verbrennungskammer 5 eingeführte Einlassluft auf der Temperatur T1 befindet (11B), werden das Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis (K1 × (A/F)) und die EGR-Rate auf die Soll-EGR-Rate (K2 × EG) eingestellt. Der Solldruck PC in der Verbrennungskammer 5 wird über Versuche für diverse Konzentrationen des im EGR-Gas, das der Verbrennungskammer 5 zugeführt wird, enthaltenen Sauerstoffs in Abhängigkeit von der Drehmomentanforderung und der Motordrehzahl berechnet. Der Solldruck PC wird vorläufig im ROM 42 in Abhängigkeit von der Drehmomentanforderung TQ und der Motordrehzahl N in der Form von Karten ähnlich denen der 28A bis 28D gespeichert.
Des weiteren werden bei dieser Ausführungsform das Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf das in 17A gezeigte Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F und die EGR-Rate auf die in 17B gezeigte Soll-EGR-Rate EG während des zweiten Verbrennungsmodus eingestellt. Der Solldruck PC in der Verbrennungskammer 5 zu diesem Zeitpunkt wird in vorbereitender Weise über Versuche für diverse Konzentrationen des im EGR-Gas, das der Verbrennungskammer 5 zugeführt wird, enthaltenen Sauerstoffs in Abhängigkeit von der Drehmomentanforderung und der Motordrehzahl berechnet. Der Solldruck PC wird vorläufig im ROM 42 in Abhängigkeit von der Drehmomentanforderung TQ und der Motordrehzahl N in der Form von Karten ähnlich denen der 28A bis 28D gespeichert.
Das Programm zum Steuern des EGR-Steuerventils 29 in Schritt 204 in 20 wird nunmehr in Verbindung mit 29 erläutert.
Zuerst wird in Schritt 400 der Sollöffnungsgrad SE des EGR-Steuerventils 29 entsprechend der Konzentration OEGR des im EGR-Gas enthaltenen Sauerstoffs aus den in den 13A bis 13D gezeigten Karten berechnet. In Schritt 401 wird der Solldruck PC in der Verbrennungskammer 5 entsprechend der Konzentration OEGR des im EGR-Gas enthaltenen Sauerstoffs aus den in den 28A bis 28D gezeigten Karten berechnet. In Schritt 402 wird der Druck Pc in der Verbrennungskammer 5 entsprechend einem vorgegebenen Kurbelwinkel während eines Kompressionshubes eingelesen, wobei dieser Druck vom Verbrennungsdrucksensor 39 detektiert wird.
Dann wird in Schritt 403 bestimmt, ob der tatsächliche Druck Pc in der Verbrennungskammer 5 höher ist als der Solldruck PC oder nicht. Wenn Pc > PC ist, rückt das Verfahren zu Schritt 404 zu, in dem ein vorgegebener Wert β von einem Korrekturwert ΔSE1 für den Sollöffnungsgrad des EGR-Steuerventils 29 subtrahiert wird. Das Verfahren rückt dann zu Schritt 406 vor. Wenn im Gegensatz Pc ≤ PC ist, rückt das Verfahren zu Schritt 405 vor, in dem der vorgegebene Wert β zum Korrekturwert ΔSE1 addiert wird. Das Verfahren rückt dann zu Schritt 406 vor, in dem der Korrekturwert ΔSE1 zum Sollöffnungsgrad SE des EGR-Steuerventils 29 addiert wird, wodurch ein endgültiger Öffnungsgrad SE (= SE + ΔSE1) des EGR-Steuerventils 29 berechnet wird.
30 zeigt ein Programm zum Steuern des EGR-Steuerventils 29 in Schritt 209 der 20.
Dieses Programm entspricht dem vorstehenden Programm in 29, mit der Ausnahme, daß der Korrekturwert ΔSE1 durch ΔSE2 ersetzt ist. Daher wird auf eine Beschreibung des in 30 gezeigten Programms verzichtet.
Es wird nunmehr eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Bei dieser Ausführungsform wird der Sollöffnungsgrad ST der Drosselklappe 25, der zur Einstellung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses auf das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F im ersten Betriebsbereich I erforderlich ist (10A), vorläufig im ROM 42 in Abhängigkeit von der Drehmomentanforderung TQ und der Motordrehzahl N in der Form einer in 31A gezeigten Karte gespeichert.
Ferner wird der Sollöffnungsgrad 5E des EGR-Steuerventils 29, der zur Einstellung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses auf das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis erforderlich ist, vorläufig im ROM 42 in Abhängigkeit von der Drehmomentanforderung TQ und der Motordrehzahl N in der Form einer in 31B gezeigten Karte gespeichert. Des weiteren wird die Einspritzmenge Q im ersten Betriebsbereich I vorläufig im ROM 42 in Abhängigkeit von der Drehmomentanforderung TQ und der Motordrehzahl N in der Form einer in 32A gezeigten Karte gespeichert. Darüber hinaus wird gemäß dieser Ausführungsform die EGR-Rate EG auf Basis des Sollöffnungsgrades ST der Drosselklappe 25 und des Sollöffnungsgrades SE des EGR-Steuerventils 29 geschätzt. Der Schätzwert EG der EGR-Rate im ersten Betriebsbereich I wird vorläufig im ROM 42 in Abhängigkeit vom Sollöffnungsgrad ST der Drosselklappe 25 und vom Sollöffnungsgrad SE des EGR-Steuerventils 29 in Form einer in 32B gezeigten Karte gespeichert.
Das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F im zweiten Betriebsbereich II dieser Ausführungsform entspricht dem der in 17A gezeigten ersten Ausführungsform.
Ferner werden im zweiten Betriebsbereich II der Sollöffnungsgrad ST der Drosselklappe 25 und der Sollöffnungsgrad SE des EGR-Steuerventils 29, die zur Einstellung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses auf das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis erforderlich sind, vorläufig im ROM 42 in der Form von Karten, die denen der 31A und 31B entsprechen, gespeichert. Wie bei dem ersten Betriebsbereich I wird auch die Einspritzmenge Q im zweiten Betriebsbereich II vorläufig im ROM 42 in Abhängigkeit von der Drehmomentanforderung TQ und der Motordrehzahl N in der Form einer Karte ähnlich der der 32 gespeichert. Des weiteren wird auch der Schätzwert EG der EGR-Rate im ROM 42 in Abhängigkeit vom Sollöffnungsgrad ST der Drosselklappe 25 und vom Sollöffnungsgrad SE des EGR-Steuerventils 29 in der Form einer in 32B gezeigten Karte gespeichert.
Auch bei dieser Ausführungsform finden die nachfolgenden Formeln, die denen der ersten Ausführungsform (8), (3) und (7) entsprechen, Verwendung, um die Situation des im Abgas der Auslassöffnung 10 enthaltenen Sauerstoffs zu berechnen. OEX = Oex/Wg (10)worin bedeuten: Wg = Ga + Ga × EG/(1 – EG) + ρ × Q (11)und Oex = OEGR × Ga × EG/(1 – EG) + 0,21/ Ga – 3, 1 × ρ × Q (12)
Bei dieser Ausführungsform wird jedoch der Schätzwert EG der EGR-Rate gemäß 32B als Soll-EGR-Rate EG verwendet, und die in 32A gezeigte Einspritzmenge Q wird als Einspritzmenge verwendet.
Bei dieser Ausführungsform werden mit Hilfe eines Programms zum Schätzen der Sauerstoffkonzentration gemäß 19 die Konzentration OEGR des im EGR-Gas, das dem Druckausgleichsbehälter 12 zugeführt wird, enthaltenen Sauerstoffs und die Konzentration OEX des im Auslasskrümmer 19 enthaltenen Sauerstoffs berechnet. Wie bei der ersten Ausführungsform wird dieses Programm auch durchgeführt, wenn einer der Zylinder seinen Ausstoßhub beendet.
Als erstes wird in Schritt 100 die Menge des EGR-Gases Ge (= Ga × EG/(1 – EG)) aus dem Schätzwert EG der EGR-Rate und der Menge Ga der Ansaugluft berechnet. Auf der Basis der Menge Ge des EGR-Gases wird die Zahl i aus der in 18 gezeigten Beziehung berechnet. Dann wird in Schritt 101 die Konzentration OEX (i) des im Abgas, das im Auslasskrümmer 19 vor i Umdrehungen des Motors vorhanden ist, enthaltenen Sauerstoffs auf die Konzentration OEGR des im EGR-Gas, das dem Druckausgleichsbehälter 12 zugeführt wird, enthaltenen Sauerstoffs eingestellt.
Dann wird in Schritt 102 unter Verwendung der Konzentration OEGR des Sauerstoffs die Konzentration OEX des im Abgas im Auslasskrümmer 19 enthaltenen Sauerstoffs gemäß der vorstehend erwähnten Formel (11) berechnet. Dann werden in Schritt 103 sämtliche gespeicherten Werte von OEX (i – 1) auf OEX (i) eingestellt und wird der in Schritt 102 berechnete Wert von OEX auf OEX (1) eingestellt.
Bei der zweiten Ausführungsform werden auf der Basis der Konzentration OEGR des im EGR-Gas enthaltenen Sauerstoffs der Öffnungsgrad der Drosselklappe 25 und der Öffnungsgrad des EGR-Steuerventils 29 so gesteuert, daß das Luft-Kraftstoff-Verhältnis zum Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F wird. Es werden nunmehr Verfahren zum Steuern der Drosselklappe 25 und des EGR-Steuerventils 29 erläutert.
Wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf dem Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F gehalten wird, wird die Konzentration tO des im verbrannten Gas in der Verbrennungskammer 5 enthaltenen Sauerstoffs gemäß der nachfolgenden Formel berechnet: tO = 0,21 × ρ × Q × A/F – 0,21 × ρ × Q × (A/F)st = 0,21 × ρ × Q × [(A/F) – (A/F)st) (13)worin (A/F)st das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis bedeutet.
Zu diesem Zeitpunkt fällt die Konzentration OEGR des im EGR-Gas enthaltenen Sauerstoffs mit der berechneten Konzentration tO des im verbrannten Gas enthaltenen Sauerstoffs zusammen. Wenn das tatsächliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis vom Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F abweicht, weicht die Konzentration OEGR des im EGR-Gas enthaltenen Sauerstoffs von der Konzentration tO des auf der Basis der vorstehend erwähnten Formel (13) berechneten Sauerstoffs ab. Wenn daher die Konzentration OEGR des im EGR-Gas enthaltenen Sauerstoffs nicht mit der Konzentration tO des auf der Basis der vorstehend erwähnten Formel (13) berechneten Sauerstoffs übereinstimmt, kann geschlossen werden, daß das tatsächliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis nicht auf dem Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F gehalten wird.
Mit anderen Worten, wenn die Konzentration OEGR des im EGR-Gas enthaltenen Sauerstoffs höher ist als die Konzentration tO des auf der Basis der vorstehend erwähnten Formel (13) berechneten Sauerstoffs, ist das tatsächliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis größer als das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F. Je größer die Differenz zwischen den Werten OEGR und tO wird, desto stärker weicht das tatsächliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis vom Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F ab. Wenn im Gegensatz dazu die Konzentration OEGR des im EGR-Gas enthaltenen Sauerstoffs geringer ist als die Konzentration tO des auf der Basis der vorstehend erwähnten Formel (13) berechneten Sauerstoffs, ist das tatsächliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis kleiner als das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F. Je größer der Unterschied zwischen den Werten OEGR und tO wird, desto stärker weicht das tatsächliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis vom Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F ab.
Wenn somit bei dieser Ausführungsform die Differenz der Sauerstoffkonzentration ΔO (= OEGR – tO), d.h. die Differenz der Konzentration OEGR des im EGR-Gas enthaltenen Sauerstoffs und der Konzentration tO des auf der Basis der vorstehend erwähnten Formel (13) berechneten Sauerstoffs, positiv ist, wird die Drosselklappe 25 geschlossen und das EGR-Steuerventil 29 geöffnet, um das Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu verringern. Dabei werden der Schließbetrag der Drosselklappe 25 und der Öffnungsbe trag des EGR-Steuerventils 29 proportional zum Anstieg der Differenz der Sauerstoffkonzentration ΔO erhöht. Wenn die Differenz der Sauerstoffkonzentration ΔO negativ ist, ist die Drosselklappe 25 geöffnet und das EGR-Steuerventil 29 geschlossen, um das Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu erhöhen. Dabei werden der Öffnungsbetrag der Drosselklappe 25 und der Schließbetrag des EGR-Steuerventils 29 proportional zum Anstieg des Absolutwertes der Differenz der Sauerstoffkonzentration ΔO erhöht.
Genauer gesagt, wie in den 33A und 33B gezeigt, werden ein Korrekturwert KST für den Sollöffnungsgrad ST der Drosselklappe 25 und ein Korrekturwert KSE für den Sollöffnungsgrad SE des EGR-Steuerventils 29 in Abhängigkeit von der Differenz der Sauerstoffkonzentration ΔO verändert.
Wenn der Öffnungsgrad der Drosselklappe 25 und der Öffnungsgrad des EGR-Steuerventils 29 auf der Basis der Differenz der Sauerstoffkonzentration ΔO gesteuert werden, wird schließlich die Differenz der Sauerstoffkonzentration ΔO zu Null. Dann fällt das tatsächliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis mit dem Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F zusammen.
Die Funktionssteuerung wird nunmehr in Verbindung mit 34 erläutert.
Zuerst wird in Schritt 600 ermittelt, ob das Kennzeichen I, das anzeigt, daß sich der Motor im ersten Betriebsbereich I befindet, gesetzt wurde oder nicht. Wenn das Kennzeichen I gesetzt wurde, rückt das Verfahren zu Schritt 601 vor, in dem bestimmt wird, ob die Drehmomentanforderung TQ größer geworden ist als der erste Grenzwert X1 (N) oder nicht. Wenn TQ ≤ X1 (N) ist, rückt das Verfahren zu Schritt 603 vor, in dem die Verbrennung bei niedriger Temperatur durchgeführt wird.
In Schritt 603 wird der Sollöffnungsgrad ST der Drosselklappe 25 aus der in 31A gezeigten Karte berechnet. Dann wird in Schritt 604 der Sollöffnungsgrad SE des EGR-Steuerventils 69 aus der in 31B gezeigten Karte berechnet. In Schritt 605 wird die Einspritzmenge Q aus der in 32A gezeigten Karte berechnet. In Schritt 606 wird die Konzentration tO des im verbrannten Gas enthaltenen Sauerstoffs unter Verwendung der vorstehend erwähnten Formel (3) berechnet, wobei diese Konstruktion detektiert wird, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis dem Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F entspricht. In Schritt 607 wird die Differenz der Sauerstoffkonzentration ΔO (= OEGR – To) berechnet, indem die Konzentration tO des im verbrannten Gas enthaltenen Sauerstoffs von der Konzentration OEGR des im EGR-Gas enthaltenen Sauerstoffs abgezogen wird.
Dann wird in Schritt 608 auf der Basis der Differenz der Sauerstoffkonzentration ΔO ein Korrekturwert KST für den Sollöffnungsgrad ST der Drosselklappe 25 der in 33A gezeigten Beziehung berechnet. In Schritt 609 wird der Korrekturwert KST zum Sollöffnungsgrad der Drosselklappe 25 addiert, wodurch der endgültige Sollöffnungsgrad ST (= ST + KST) der Drosselklappe 25 berechnet wird. In Schritt 610 wird auf der Basis der Differenz der Sauerstoffkonzentration ΔO ein Korrekturwert KSE für den Sollöffnungsgrad SE des EGR-Steuerventils 29 aus der in 33B gezeigten Beziehung berechnet. In Schritt 611 wird der Korrekturwert KSE zum Sollöffnungsgrad SE des EGR-Steuerventils 29 addiert, wodurch der endgültige Sollöffnungsgrad SE (= SE + KSE) des EGR-Steuerventils 29 berechnet wird.
Wenn andererseits in Schritt 601 ermittelt wird, daß TQ > X (N) ist, rückt das Verfahren zu Schritt 602 vor, in dem das Kennzeichen I rückgesetzt wird. Das Verfahren rückt dann zu Schritt 614 vor, in dem der zweite Verbrennungsmodus durchgeführt wird. Die in den Schritten 614 bis 622 durchgeführten Vorgänge sind mit denen der Schritte 603 bis 611 identisch.
Wenn das Kennzeichen I rückgesetzt wird, rückt das Verfahren von Schritt 600 zu Schritt 612 im nachfolgenden Verfahrenszyklus vor. In Schritt 612 wird ermittelt, ob die Drehmomentanforderung TQ geringer geworden ist als der zweite Grenzwert Y (N) oder nicht. Wenn TQ ≥ Y ist, rückt das Verfahren zu Schritt 614 vor, in dem der zweite Verbrennungsmodus durchgeführt wird. Wenn andererseits in Schritt 612 ermittelt wird, daß TQ < Y (N) ist, rückt das Verfahren zu Schritt 613 vor, in dem das Kennzeichen I gesetzt wird. Das Verfahren rückt dann zu Schritt 603 vor, in dem die Verbrennung bei niedriger Temperatur durchgeführt wird.
Es wird nunmehr eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
36 zeigt das Einspritzstarttiming θS im ersten Betriebsbereich I gemäß dieser Ausführungsform. Dieses Einspritzstarttiming θS wird vorläufig im ROM 42 in Abhängigkeit von der Drehmomentanforderung TQ und der Motordrehzahl N in der Form einer Karte gespeichert.
Bei dieser Ausführungsform wird der Öffnungsgrad der Drosselklappe 25 so gesteuert, dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis zum Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F wird. Während der erste Verbrennungsmodus durchgeführt wird, wird der Öffnungsgrad der Drosselklappe 25 auf der Basis der nachfolgenden Formel (15) berechnet. Während der zweite Verbrennungsmodus durchgeführt wird, wird der Öffnungsgrad der Drosselklappe 25 auf der Basis der nachfolgenden Formel (16) berechnet. Öffnungsgrad der Drosselklappe 25 = Sollöffnungsgrad ST + Korrekturwert ΔST + Lernwert KGIij (15) Öffnungsgrad der Drosselklappe 25 = Sollöffnungsgrad ST + Korrekturwert ΔST + Lernwert KGIIij (16)
Der Sollöffnungsgrad ST der vorstehend erwähnten Formeln (15) und (16) wird aus einer Karte berechnet, die der der 31 entspricht. Der Korrekturwert ΔST ist ein Korrekturwert für den Sollöffnungsgrad ST der Drosselklappe 25. Wenn bei dieser Ausführungsform das tatsächliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis (A/F)_R, das vom Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 26 detektiert wurde, um einen vorgegebenen Wert α oder mehr während des ersten Verbrennungsmodus größer ist als das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F, das in 10 gezeigt ist, oder wenn das tatsächliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis (A/F)_R um den vorgegebenen Wert α oder mehr während des zweiten Verbrennungsmodus größer ist als das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F, das in 17 gezeigt ist, wird der Korrekturwert ΔST um einen vorgegebenen Wert (d.h. 1°) verringert. Wenn das vom Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 26 detektierte tatsächliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis (A/F)_R um den vorgegebenen Wert α oder mehr während des ersten Verbrennungsmodus kleiner ist als das in 10 gezeigte Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F oder wenn das tatsächliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis (A/F)_R um den vorgegebenen Wert α oder mehr während des zweiten Verbrennungsmodus kleiner ist als das in 17 gezeigte Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F, wird der Korrekturwert ΔST um einen vorgegebenen Wert, beispielsweise 1°, erhöht.
Das tatsächliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis (A/F)_R kann auf der Basis der Menge der Ansaugluft, die vom Massendurchsatzmesser 38 detektiert wurde, und der Einspritzmenge Q, die aus der in 32 gezeigten Karte berechnet wurde, berechnet werden.
Wenn gemäß Formel (15) der Korrekturwert ΔST größer geworden ist als ein vorgegebener Wert (d.h. 3°) während des ersten Verbrennungsmodus, kann der Lernwert KGIij um einen vorgegebenen Wert (d.h. 0,2°) erhöht werden. Wenn in entsprechender Weise der Korrekturwert ΔST kleiner geworden ist als ein vorgegebener Wert (d.h. –3°) während des ersten Verbrennungsmodus, kann der Lernwert KGIij um einen vorgegebenen Wert (d.h. 0,2°) reduziert werden.
Wenn in entsprechender Weise gemäß Formel (11) der Korrekturwert ΔST größer geworden ist als ein vorgegebener Wert, beispielsweise 3°, während des zweiten Verbrennungsmodus, kann der Lernwert KGIIij um einen vorgegebenen Wert, beispielsweise 0,2°, erhöht werden. Wenn in entsprechender Weise der Korrekturwert ΔST kleiner geworden ist als ein vorgegebener Wert, beispielsweise 3°, während des zweiten Verbrennungsmodus, kann der Lernwert KGIIij um einen vorgegeben Wert, beispielsweise 0,2°, reduziert werden.
Wie durch die gestrichelten Linien in 37 angedeutet, wird der Betriebsbereich des Motors während des ersten Verbrennungsmodus in eine Vielzahl von Betriebsbereichen aufgeteilt (bei dem in 37 gezeigten Beispiel in 15 Betriebsbereiche). Für jeden Betriebsbereich wird ein Lernwert KGIij separat bestimmt. Wie ferner durch die gestrichelten Linien in 38 angedeutet, wird der Betriebsbereich des Motors während des zweiten Verbrennungsmodus in eine Vielzahl von Betriebsbereichen aufgeteilt (in dem in 38 gezeigten Beispiel in 6 Betriebsbereiche). Für jeden dieser Betriebsbereiche wird ein Lernwert KGIIij separt bestimmt.
Während des ersten Verbrennungsmodus muß das Luft-Kraftstoff-Verhältnis feiner gesteuert werden als während des zweiten Verbrennungsmodus. Somit wird der Betriebsbereich des Motors während des ersten Verbrennungsmodus feiner aufgeteilt als während des zweiten Verbrennungsmodus.
Die Funktionssteuerung gemäß dieser Ausführungsform wird nunmehr in Verbindung mit den 39 bis 41 erläutert.
Zuerst wird in Schritt 700 bestimmt, ob ein Kennzeichen I, das anzeigt, daß sich der Motor im ersten Betriebsbereich I befindet, gesetzt wurde oder nicht. Wenn das Kennzeichen I gesetzt wurde, d.h. wenn sich der Motor im ersten Betriebsbereich I befindet, rückt das Verfahren zu Schritt 701 vor, in dem ermittelt wird, ob die Drehmomentanforderung TQ größer geworden ist als der erste Grenzwert X1 (N) oder nicht. Wenn TQ ≤ X1 (N) ist, rückt das Verfahren zu Schritt 703 vor, in dem die Verbrennung bei niedriger Temperatur durchgeführt wird.
In Schritt 703 wird die Drehmomentanforderung TQ berechnet. In Schritt 704 wird der Sollöffnungsgrad ST der Drosselklappe 25 berechnet. Dann wird in Schritt 705 der Sollöffnungsgrad SE des EGR-Steuerventils 31 berechnet. Der Öffnungsgrad des EGR-Steuerventils 31 wird dann auf den auf diese Weise berechneten Sollöffnungsgrad SE eingestellt. Dann wird in Schritt 706 die Einspritzmenge Q berechnet. In Schritt 707 wird das Einspritzstarttiming θS aus der in 35 gezeigten Karte berechnet.
In Schritt 708 wird ermittelt, ob eine vorgegebene Zeitperiode nach dem Übergang vom zweiten Verbrennungsmodus zum ersten Verbrennungsmodus abgelaufen ist. Wenn die vorgegebene Zeitperiode noch nicht abgelaufen ist, springt das Verfahren zu Schritt 719. Wenn die vorgegebene Zeitperiode abgelaufen ist, rückt das Verfahren zu Schritt 709 vor. In Schritt 709 wird das tatsächliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis (A/F)_R auf der Basis eines Ausgangssignales vom Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 26 berechnet.
In Schritt 710 wird bestimmt, ob das tatsächliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis (A/F)_R um einen vorgegebenen Wert α oder mehr größer ist als das in 10 gezeigte Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F. Wenn (A/F)_R > A/F + α ist, rückt das Verfahren zu Schritt 711 vor, in dem 1° zum Korrekturwert ΔST addiert wird. Danach rückt das Verfahren zu Schritt 714 vor. Wenn im Gegensatz dazu (A/F)_R ≤ A/F + α ist, rückt das Verfahren zu Schritt 712 vor, in dem festgestellt wird, ob das tatsächliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis (A/F)_R um den vorgegebenen Wert α oder mehr kleiner ist als das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F. Wenn (A/F)_R < A/F – α ist, rückt das Verfahren zu Schritt 713 vor, in dem 1° vom Korrekturwert ΔST subtrahiert wird. Danach rückt das Verfahren zu Schritt 714 vor. In Schritt 714 wird in bezug auf 37 bestimmt, welcher der Betriebsbereiche ij, d.h. welcher der Lernbereiche ij, dem momentanen Zustand des Motors entspricht.
Dann wird in Schritt 715 ermittelt, ob der Korrekturwert größer geworden ist als 3° oder nicht. Wenn ΔST > 3° ist, rückt das Verfahren zu Schritt 716 vor, in dem 0,2° zum Lernwert KGIij im momentanen Lernbereich ij addiert wird. Danach rückt das Verfahren zu Schritt 719 vor. Wenn im Gegensatz dazu ΔST ≤ 3° ist, rückt das Verfahren zu Schritt 717 vor, in dem bestimmt wird, ob der Korrekturwert ΔST kleiner ist als –3° oder nicht. Wenn ΔST < –3° ist, rückt das Verfahren zu Schritt 718 vor, in dem 0,2° vom Lernwert KGIij im momentanen Lernbereich ij subtrahiert wird. Danach rückt das Verfahren zu Schritt 719 vor, in dem der Öffnungsgrad ST der Drosselklappe 25 auf der Basis der nachfolgenden Formel berechnet wird. ST = ST + ΔST + KGIij
Wenn andererseits in Schritt 701 bestimmt wird, daß TQ > X (N) ist, rückt das Verfahren zu Schritt 702 vor, in dem das Kennzeichen I zurückgesetzt wird. Das Verfahren rückt dann zu Schritt 722 vor, in dem der zweite Verbrennungsmodus durchgeführt wird.
In den Schritten 722 bis 737 werden Vorgänge durchgeführt, die denen der vorstehend erwähnten Schritte 703 bis 718 entsprechen. Dann wird in Schritt 719 der endgültige Öffnungsgrad ST der Drosselklappe 25 auf der Basis der nachfolgenden Formel berechnet: ST = ST + ΔST + KGIIij
Wenn das Kennzeichen I rückgesetzt wird, rückt das Verfahren von Schritt 700 zu Schritt 720 im nachfolgenden Prozesszyklus vor. In Schritt 720 wird ermittelt, ob die Drehmomentanforderung TQ geringer geworden ist als der zweite Grenzwert Y (N) oder nicht. Wenn TQ ≥ Y (N) ist, rückt das Verfahren zu Schritt 722 vor, in dem der zweite Verbrennungsmodus bei einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis durchgeführt wird. Wenn andererseits in Schritt 720 ermittelt wird, daß TQ < Y (N) ist, rückt das Verfahren zu Schritt 721 vor, in dem das Kennzeichen I gesetzt wird. Das Verfahren rückt dann zu Schritt 703 vor, in dem die Verbrennung bei niedriger Temperatur durchgeführt wird.
Bei den vorstehend erwähnten Schritten 709 und 728 kann das tatsächliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis (A/F)_R (= Ga/Q) auf der Basis der Menge Ga der Ansaugluft, die vom Massendurchsatzmesser detektiert wurde, und der Einspritzmenge Q, die aus der Karte berechnet wurde, berechnet werden.
Bei der vorstehend erwähnten dritten Ausführungsform kann das Luft-Kraftstoff-Verhältnis so eingestellt werden, daß es exakt mit dem Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis übereinstimmt.
Es wird nunmehr eine vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Wie vorstehend erläutert, kann ein NOx-Absorber, der ein Edelmetall, wie Pt, aufweist, als Oxidationskatalysator 22 verwendet werden. Wenn, wie vorstehend beschrieben, sich der Motor im ersten Betriebsbereich I befindet und die Verbrennung bei niedriger Temperatur durchgeführt wird, wird kaum Ruß erzeugt. Stattdessen wird unverbrannter Kohlenwasserstoff von der Verbrennungskammer 5 in der Form eines Vorläufers von Ruß oder in einem Zustand vor dem Vorläufer von Ruß abgegeben. Da jedoch, wie vorstehend beschrieben, der NOx-Absorber Oxidationsfunktion besitzt, wird der unverbrannte Kohlenwasserstoff, der von der Verbrennungskammer 5 abgegeben wurde, vom NOx-Absorber in geeigneter Weise oxidiert.
Es versteht sich, daß die Fähigkeit des NOx-Absorbers zum Absorbieren von NOx begrenzt ist. Es ist daher erforderlich, NOx vom NOx-Absorber abzuführen, bevor die Fähigkeit zum Absorbieren von NOx erschöpft ist. Zu diesem Zweck ist es erforderlich, die Menge des im NOx-Absorber absorbierten NOx zu schätzen. Somit wird bei dieser Ausführungsform die Absorptionsmenge A von NOx pro Zeiteinheit während des ersten Verbrennungsmodus vorläufig in Abhängigkeit von der Lastanforderung L (Niederdrückbetrag des Gaspedales) und der Motordrehzahl N in der Form einer in 42A gezeigten Karte berechnet. Die Absorptionsmenge B von NOx pro Zeiteinheit während des zweiten Verbrennungsmodus wird in Abhängigkeit von der Lastanforderung L und der Motordrehzahl N in der Form einer in 42B gezeigten Karte vorläufig berechnet. Durch Multiplizieren der Absorptionsmengen A und B wird die Menge ΣNOx des im NOx-Absorber absorbierten NOx geschätzt.
Wenn bei dieser Ausführungsform die Absorptionsmenge ΣNOx von NOx einen vorgegebenen maximal zulässigen Wert übersteigt, wird NOx vom NOx-Absorber abgegeben, wie in Verbindung mit 43 beschrieben wird.
Bei dieser Ausführungsform werden zwei maximal zulässige Werte MAX1 und MAX2 eingestellt. Der maximal zulässige Wert MAX1 beträgt etwa 30% des maximal möglichen Wertes von NOx, der vom NOx-Absorber absorbiert wird, und der maximal zulässige Wert MAX2 beträgt etwa 80% der maximal möglichen Menge des vom NOx-Absorber absorbierten NOx. Wenn die Absorptionsmenge ΣNOx von NOx den maximal zulässigen Wert MAX1 während des ersten Verbrennungsmodus überschritten hat, wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis fett gemacht, um NOx vom NOx-Absorber abzugeben. Wenn die Absorptionsmenge ΣNOx von NOx den maximal zulässigen Wert MAX1 während des zweiten Verbrennungsmodus überschritten hat, wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis fett gemacht, um NOx vom NOx-Absorber zum Zeitpunkt des Übergangs vom zweiten Verbrennungsmodus zum ersten Verbrennungsmodus abzugeben. Wenn die Absorptionsmenge ΣNOx von NOx den maximal zulässigen Wert MAX2 während des zweiten Verbrennungsmodus überschritten hat, wird zusätzlicher Kraftstoff eingespritzt, um NOx vom NOx-Absorber in der letzten Hälfte eines Expansionshubes oder während eines Ausstoßhubes abzugeben.
Wie in 43 gezeigt, gibt die Zeitperiode X einen Fall wieder, bei dem die Lastanforderung L geringer ist als der erste Grenzwert X (N) und bei dem der erste Verbrennungsmodus durchgeführt wird. Hierbei ist das Luft-Kraftstoff-Verhältnis geringfügig mager in bezug auf das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis. Während des ersten Verbrennungsmodus ist die Menge an erzeugtem NOx sehr gering. Zu dieser Zeit steigt daher die Absorptionsmenge ΣNOx von NOx vergleichsweise langsam an. Wenn die Absorptionsmenge ΣNOx von NOx den maximal zulässigen Wert MAX1 während des ersten Verbrennungsmodus überschritten hat, wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F zeitweise fett gemacht, wodurch NOx vom NOx-Absorber abgegeben wird. Hierbei wird die Absorptionsmenge ΣNOx von NOx auf Null eingestellt.
Wie vorstehend beschrieben, wird während des ersten Verbrennungsmodus kein Ruß erzeugt, und zwar unabhängig davon, ob das Luft-Kraftstoff-Verhältnis mager, stöchiometrisch oder fett ist. Selbst wenn daher das Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F während des ersten Verbrennungsmodus fett gemacht wird, um NOx vom NOx-Absorber abzugeben, wird zu dieser Zeit kein Ruß erzeugt.
Wenn dann die Lastanforderung L den ersten Grenzwert X (N) zum Zeitpunkt t1 überschritten hat, wird ein Übergang vom ersten Verbrennungsmodus zum zweiten Verbrennungsmodus durchgeführt. Wie in 43 gezeigt, ist das Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F vergleichsweise mager, während der zweite Verbrennungsmodus durchgeführt wird. Während des zweiten Verbrennungsmodus ist die Menge an erzeugtem NOx größer als während des ersten Verbrennungsmodus. Während daher der zweite Verbren nungsmodus durchgeführt wird, steigt die Menge ΣNOx von NOx relativ rasch an.
Wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F während des zweiten Verbrennungsmodus fett gemacht wird, wird eine große Menge an Ruß erzeugt. Aus diesem Grund kann das Luft-Kraftstoff-Verhältnis während des zweiten Verbrennungsmodus nicht fett gemacht werden. Wie in 43 gezeigt, wird daher, selbst wenn die Absorptionsmenge ΣNOx von NOx den maximal zulässigen Wert MAX1 während des zweiten Verbrennungsmodus überschritten hat, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F nicht fett gemacht, so daß NOx nicht vom NOx-Absorber abgegeben wird. Wenn in diesem Fall zum Zeitpunkt t2 die Lastanforderung L geringer geworden ist als der zweite Grenzwert Y (N) und ein Übergang vom zweiten Verbrennungsmodus zum ersten Verbrennungsmodus durchgeführt wurde, wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F zeitweise fett gemacht, um NOx vom NOx-Absorber abzugeben.
Es wird dann angenommen, daß nach einem Übergang vom ersten Verbrennungsmodus zum zweiten Verbrennungsmodus zum Zeitpunkt t3 sich der zweite Verbrennungsmodus über eine Weile fortgesetzt hat. Wenn zu dieser Zeit die Absorptionsmenge ΣNOx von NOx den maximal zulässigen Wert MAX1 überschritten und dann den maximal zulässigen Wert MAX2 zum Zeitpunkt t4 überschritten hat, wird zusätzlicher Kraftstoff in der letzten Hälfte eines Expansionshubes oder während eines Ausstoßhubes eingespritzt, um NOx vom NOx-Absorber abzugeben. Das Luft-Kraftstoff- Verhältnis des in den NOx-Absorber strömenden Abgases wird fett gemacht.
Der zusätzliche Kraftstoff, der in der letzten Hälfte des Expansionshubes oder während des Ausstoßhubes eingespritzt wurde, trägt nicht zur Leistung des Motors bei. Es ist daher wünschenswert, die bestmöglichen Anstrengungen zu unternehmen, um eine Einspritzung von zusätzlichem Kraftstoff zu vermeiden. Wenn daher die Absorptionsmenge ΣNOx von NOx den maximal zulässigen Wert MAX1 während des zweiten Verbrennungsmodus überschritten hat, wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis zur Zeit eines Überganges vom zweiten Verbrennungsmodus zum ersten Verbrennungsmodus zeitweise fett gemacht. Nur in speziellen Fällen, in denen die Absorptionsmenge ΣNOx von NOx den maximal zulässigen Wert MAX2 überschritten hat, wird zusätzlicher Kraftstoff eingespritzt.
Es wird nunmehr in Verbindung mit 44 beschrieben, wie die Einspritzsteuerung durchgeführt werden muß, um das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in den NOx-Absorber strömenden Abgases fett zu machen, damit NOx vom NOx-Absorber während des ersten Verbrennungsmodus abgegeben wird.
Wie in 44 gezeigt, wird in dem Fall, in dem das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in den NOx-Absorber strömenden Abgases während des ersten Verbrennungsmodus fett gemacht wird, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis fett gemacht, indem die Menge der Kraftstoffeinspritzung erhöht wird, wobei der Öffnungsgrad der Drosselklappe und die EGR-Rate unverändert bleiben. In diesem Fall wird bei einem herkömmlichen Verfahren, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis (A/F)_L in das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis (A/F)_R verändert werden soll, die Einspritzmenge auf [(A/F)_L/(A/F)_R] × Q eingestellt. (A/F)_L gibt das magere Luft-Kraftstoff-Verhältnis wieder, das aus der in 10 dargestellten Karte in Abhängigkeit vom Betriebszustand des Motors berechnet wurde, und (A/F)_R gibt das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis wieder. Im Falle der 44 wird in herkömmlicher Weise die Einspritzmenge auf (17/12) × Q eingestellt. Q gibt die Einspritzmenge wieder, die vorläufig im ROM 42 in Abhängigkeit von der Lastanforderung L und der Motordrehzahl N in der Form einer in 45 gezeigten Karte gespeichert wird.
Die nachfolgende Beziehung gilt zwischen der Menge Ga der Ansaugluft, der Kraftstoffeinspritzmenge Q_R und dem fetten Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis (A/F)_R:
Menge Ga der Ansaugluft/Kraftstoffeinspritzmenge Q_R = fettes Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis (A/F)_R
d.h. Kraftstoffeinspritzmenge Q_R = Menge Ga der Ansaugluft/fettes Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis (A/F)_R.
Dann wird bei dieser Ausführungsform die Kraftstoffeinspritzmenge Q_R unter Verwendung der vorstehend erwähnten Formel berechnet, so daß Kraftstoff in einer Menge eingespritzt wird, die der auf diese Weise berechneten Kraftstoffeinspritzmenge Q_R entspricht. In diesem Fall fällt das Luft-Kraftstoff-Verhältnis exakt mit dem fetten Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis (A/F)_R zusammen.
Es wird nunmehr die Beziehung zwischen der Menge Ga der Ansaugluft, der Kraftstoffeinspritzmenge Q_R und dem fetten Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis (A/F)_R in größeren Einzelheiten erläutert.
Der Massendurchsatzmesser 38 detektiert den Massendurchsatz der Ansaugluft, beispielsweise den Massendurchsatz (g/sec) der Luft, die pro Zeiteinheit in den Massendurchsatzmesser 38 eingeführt wird. Die Kraftstoffeinspritzmenge Q_R gibt das Kraftstoffvolumen wieder, das einem Einspritzzyklus entspricht. Wenn das spezifische Gewicht des Kraftstoffs C und die Motordrehzahl N beträgt, wird die Menge (g/sec) des während einer Sekunde eingespritzten Kraftstoffs durch die nachfolgende Formel ausgedrückt: C × QR × (N/60) × (Anzahl der Zylinder/2)
Somit ist die Beziehung zwischen der Menge Ga der Ansaugluft, der Kraftstoffeinspritzmenge Q_R und dem fetten Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis (A/F)_R wie folgt: Ga/[C × QR × (N/60) × (Anzahl der Zylinder/2)] = (A/F)R
Daher wird die Kraftstoffeinspritzmenge Q_R nach der folgenden Formel berechnet: QR = Ga/[C × (N/60) × (Anzahl der Zylinder/2) × (A/F)R]
46 zeigt einen Fall, bei dem das Luft-Kraftstoff-Verhältnis zur Zeit eines Übergangs vom zweiten Verbrennungsmodus zum ersten Verbrennungsmodus auf das fette Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis (A/F)_R eingestellt wird. Auch zu dieser Zeit wird die Kraftstoffeinspritzmenge Q_R auf der Basis der vorstehend erwähnten Formel berechnet.
Die Zeitperiode zum Halten des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses auf dem fetten Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis (A/F)_R wird nunmehr beschrieben.
Zuerst wird die Kraftstoffeinspritzmenge Q_ST, die zur Einstellung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses auf das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis (A/F)_ST erforderlich ist, berechnet. Dann wird die vorstehend erwähnte Kraftstoffeinspritzmenge Q_ST von der Kraftstoffeinspritzmenge Q_R, die zur Einstellung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses auf das fette Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis (A/F)_R erforderlich ist, subtrahiert, wodurch die Menge ΔQ (= Q_R – Q_ST) des überschüssigen Kraftstoffs berechnet wird. Das Luft-Kraftstoff-Verhältnis wird auf dem fetten Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis (A/F)_R gehalten, bis der kumulative Wert ΣΔQ der überschüssigen Menge des Kraftstoffs größer wird als ein eingestellter Wert X1.
Der eingestellte Wert X1 gibt die Menge an überschüssigem Kraftstoff wieder, die erforderlich ist, um das gesamte im NOx-Absorber absorbierte NOx abzugeben. Daher steigt der eingestellte Wert X1 proportional zu einem Anstieg der Absorptionsmenge ΣNOx von NOx an.
47 zeigt ein Programm zur Verarbeitung eines NOx-Abgabe-Kennzeichens, das gesetzt wird, wenn NOx vom NOx-Absorber abgegeben werden soll. Dieses Programm wird als Unterbrechungsvorgang bei vorgegebenen Zeitintervallen durchgeführt.
Zuerst wird in Schritt 800 ermittelt, ob ein Kennzeichen I, das anzeigt, daß sich der Motor im ersten Betriebsbereich I befindet, gesetzt wurde oder nicht. Wenn das Kennzeichen I gesetzt wurde, rückt das Verfahren zu Schritt 801 vor, in dem die Absorptionsmenge A von NOx pro Zeiteinheit aus der in 36A gezeigten Karte berechnet wird. In Schritt 802 wird der Wert von A zur Absorptionsmenge ΣNOx von NOx addiert. In Schritt 803 wird ermittelt, ob die Absorptionsmenge ΣNOx von NOx den maximal zulässigen Wert MAX1 überschritten hat oder nicht. Wenn ΣNOx > MAX1 ist, rückt das Verfahren zu Schritt 804 vor, in dem ein NOx-Abgabe-Kennzeichen I, das anzeigt, daß NOx während des ersten Verbrennungsmodus abgegeben werden soll, gesetzt wird.
Wenn andererseits in Schritt 800 ermittelt wird, daß das Kennzeichen I gesetzt wurde, d.h. daß sich der Motor im zweiten Betriebsbereich II befindet, rückt das Verfahren zu Schritt 805 vor, in dem die Menge D des pro Zeiteinheit absorbierten NOx aus der in 42B gezeigten Karte berechnet wird. In Schritt 806 wird der Wert von B zur Absorptionsmenge ΣNOx von NOx addiert. Es wird in Schritt 807 bestimmt, ob die Absorptionsmenge ΣNOx von NOx den maximal zulässigen Wert MAX1 überschritten hat oder nicht. Wenn ΣNOx > MAX1 ist, rückt das Verfahren zu Schritt 808 vor, in dem das NOx-Abgabe-Kennzeichen I, das anzeigt, daß NOx während des ersten Verbrennungsmodus abgegeben werden soll, gesetzt wird.
Andererseits wird in Schritt 809 ermittelt, ob die Absorptionsmenge ΣNOx von NOx den maximal zulässigen Wert MAX2 überschritten hat oder nicht. Wenn ΣNOx > MAX2 ist, rückt das Verfahren zu Schritt 810 vor, in dem ein NOx-Abgabe-Kennzeichen II, das anzeigt, daß NOx in der letzten Hälfte eines Expansionshubes oder während eines Ausstoßhubes abgegeben werden soll, gesetzt wird.
Die Funktionssteuerung wird nunmehr in Verbindung mit 48 erläutert.
Zuerst wird in Schritt 900 bestimmt, ob ein Kennzeichen I, das anzeigt, daß sich der Motor im ersten Betriebsbereich I befindet, gesetzt wurde oder nicht. Wenn das Kennzeichen I gesetzt wurde, rückt das Verfahren zu Schritt 901 vor, in dem ermittelt wird, ob die Lastanforderung L größer geworden ist als der erste Grenzwert X1 (N) oder nicht. Wenn L ≤ X1 (N) ist, rückt das Verfahren zu Schritt 903 vor, in dem die Verbrennung bei niedriger Temperatur durchgeführt wird.
In Schritt 903 wird der Sollöffnungsgrad ST der Drosselklappe 25 aus der in 43A gezeigten Karte berechnet und wird der Öffnungsgrad der Drosselklappe 25 auf den auf diese Weise berechneten Öffnungsgrad ST eingestellt. In Schritt 904 wird der Sollöffnungsgrad SE des EGR-Steuerventils 29 aus einer Karte, die der der 31B entspricht (einer Karte, bei der die Ordinate die Lastanforderung L wiedergibt), berechnet und der Öffnungsgrad des EGR-Steuerventils 29 auf den auf diese Weise berechneten Sollöffnungsgrad SE eingestellt. In Schritt 905 wird ermittelt, ob das NOx-Abgabe-Kennzeichen I gesetzt wurde oder nicht. Wenn das NOx-Abgabe-Kennzeichen I nicht gesetzt wurde, rückt das Verfahren zu Schritt 906 vor, in dem die Kraftstoffeinspritzung so durchgeführt wird, daß das in 10 gezeigte Luft-Kraftstoff-Verhältnis erreicht wird. Hierbei wird eine Verbrennung bei niedriger Temperatur bei einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis durchgeführt.
Wenn andererseits in Schritt 905 ermittelt wird, daß das NOx-Abgabe-Kennzeichen I gesetzt wurde, rückt das Verfahren zu Schritt 907 vor, in dem die in 24 gezeigte Einspritzsteuerung I durchgeführt wird.
Wenn andererseits in Schritt 901 ermittelt wurde, daß L > X (N) ist, rückt das Verfahren zu Schritt 902 vor, in dem das Kennzeichen I rückgesetzt wird. Das Verfahren rückt dann zu Schritt 910 vor, in dem der zweite Verbrennungsmodus durchgeführt wird.
In Schritt 910 wird der Sollöffnungsgrad ST der Drosselklappe 25 aus einer Karte, die der der 43A entspricht, berechnet und wird der Öffnungsgrad der Drosselklappe 25 auf den auf diese Weise berechneten Soll öffnungsgrad ST eingestellt. Dann wird in Schritt 911 der Sollöffnungsgrad ST des EGR-Steuerventils 29 aus einer Karte, die der der 43B entspricht, berechnet und wird der Öffnungsgrad des EGR-Steuerventils 29 auf den auf diese Weise berechneten Sollöffnungsgrad ST eingestellt. In Schritt 812 wird ermittelt, ob das NOx-Abgabe-Kennzeichen II gesetzt wurde oder nicht. Wenn das NOx-Abgabe-Kennzeichen II nicht gesetzt wurde, rückt das Verfahren zu Schritt 913 vor, in dem die Kraftstoffeinspritzung so durchgeführt wird, daß das in einer Form ähnlich 17 gezeigte Luft-Kraftstoff-Verhältnis (wobei die Ordinate die Lastanforderung L wiedergibt) erreicht wird. Hierbei wird der zweite Verbrennungsmodus mit einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis durchgeführt.
Wenn andererseits in Schritt 912 ermittelt wird, daß das NOx-Abgabe-Kennzeichen II gesetzt wurde, rückt das Verfahren zu Schritt 914 vor, in dem die in 50 gezeigte Einspritzsteuerung II durchgeführt wird.
Die Einspritzsteuerung I wird nunmehr in Verbindung mit 49 erläutert.
Als erstes wird in Schritt 1000 der Massendurchsatz Ga der Ansaugluft, der vom Massendurchsatzmesser 38 detektiert wurde, verwendet. In Schritt 1001 wird die Kraftstoffeinspritzmenge Q_R zum Einstellen des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses auf das fette Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis (A/F)_R auf der Basis der nachfolgenden Formel berechnet: QR = Ga/[C × (N/60) × (Anzahl der Zylinder/2) × (A/F)R]
Dann wird in Schritt 1002 das Einspritztiming verzögert, um zu verhindern, daß das Ausgangsdrehmoment des Motors bei einem Übergang von einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf ein fettes Luft-Kraftstoff-Verhältnis schwankt. Bei dieser Ausführungsform wird das verzögerte Einspritztiming vorläufig im ROM 42 in Abhängigkeit vom Betriebszustand des Motors in der Form einer Karte gespeichert. In Schritt 1002 wird das Einspritztiming auf der Basis dieser Karte berechnet. In Schritt 1003 wird Kraftstoff der in Schritt 1001 berechneten Menge Q_R zum in Schritt 1002 berechneten Einspritztiming eingespritzt. Auf diese Weise wird das magere Luft-Kraftstoff-Verhältnis in das fette Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis (A/F)_R verändert.
Wenn ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor im Auslasskanal des Motors vorgesehen ist und eine Feedback-Regelung auf der Basis eines Ausgangssignales vom Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor so durchgeführt wird, daß das Luft-Kraftstoff-Verhältnis zum Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis (A/F)_R wird, ist es möglich, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf dem Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis (A/F)_R zu halten, wenn NOx vom NOx-Absorber abgegeben werden soll. Im Falle einer derartigen Feedback-Regelung kann das Luft-Kraftstoff-Verhältnis jedoch nicht exakt auf das fette Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis unmittelbar nach dem Übergang von einem mageren Luft-Kraftstoff-Ver hältnis auf ein fettes Luft-Kraftstoff-Verhältnis eingestellt werden.
Im Gegensatz dazu wird bei dieser Ausführungsform auf der Basis des Massendurchsatzes Ga der in einen Motorzylinder eingeführten Ansaugluft die Menge Q_R des in den Zylinder eingespritzten Kraftstoffs berechnet. Mit anderen Worten, es wird eine Feed-Forward-Regelung durchgeführt. Das Luft-Kraftstoff-Verhältnis kann daher exakt auf das fette Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis unmittelbar nach dem Übergang von einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf ein fettes Luft-Kraftstoff-Verhältnis eingestellt werden.
In den Schritten nach Schritt 1004 wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf dem fetten Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis (A/F)_R gehalten, bis das gesamte im NOx-Absorber absorbierte NOx abgegeben worden ist. Mit anderen Worten, in Schritt 904 wird die Kraftstoffeinspritzmenge Q_ST, die zur Einstellung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses auf das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis (A/F)_ST erforderlich ist, auf Basis der nachfolgenden Formel berechnet: QST = Ga/[C × (N/60) × (Anzahl der Zylinder/2) × (A/F)ST]
Dann wird in Schritt 1005 die Menge ΔQ (= Q_R – Q_ST) des überschüssigen Kraftstoffs berechnet.
In Schritt 1006 wird der kumulative Wert ΣΔQ (= ΣΔQ + ΔQ) der Menge des überschüssigen Kraftstoffs berechnet. Es wird in Schritt 1007 ermittelt, ob der kumulative Wert ΣΔQ der Menge des überschüssigen Kraftstoffs den eingestellten Wert X1 überschritten hat oder nicht. Wenn ΣΔQ > X1 ist, rückt das Verfahren zu Schritt 1008 vor, in dem das NOx-Abgabe-Kennzeichen I rückgesetzt wird. Dann wird in Schritt 1009 der Wert von ΣNOx auf Null eingestellt. Danach wird in Schritt 910 der Wert von ΣΔQ auf Null eingestellt.
Die Einspritzsteuerung II gemäß dieser Ausführungsform wird nunmehr in Verbindung mit 50 erläutert.
Als erstes wird in Schritt 1100 die Kraftstoffeinspritzmenge Q berechnet. In Schritt 1101 wird der vom Massendurchsatzmesser 38 detektierte Massendurchsatz Ga genommen. In Schritt 1102 wird die Kraftstoffeinspritzmenge Q_R zum Einstellen des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses auf das fette Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis (A/F)_R auf Basis der nachfolgenden Formel berechnet: QR = Ga/[C × (N/60) × (Anzahl der Zylinder/2) × (A/F)R]
Dann wird in Schritt 1103 die Kraftstoffeinspritzmenge Q von der Kraftstoffeinspritzmenge Q_R subtrahiert, die zur Einstellung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses auf das fette Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis (A/F)_A erforderlich ist, und es wird eine Menge Q_add (= Q_R – Q) von zusätzlichem Kraftstoff berechnet. In Schritt 1104 wird Kraftstoff der Menge Q in der Nachbarschaft des oberen Kompressionstotpunktes eingespritzt, und es wird zusätzlicher Kraftstoff der Menge Q_add in der letzten Hälfte eines Expansionshubes oder während eines Ausstoßhubes eingespritzt. Hierbei wird der zweite Verbrennungsmodus mit dem in 17 gezeigten mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis durchgeführt. Das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in den NOx-Absorber strömenden Abgases aufgrund des zusätzlichen Kraftstoffs wird auf das fette Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis (A/F)_R eingestellt.
In den Schritten 1105 bis 1107 werden Vorgänge durchgeführt, die denen der vorstehend erwähnten Schritte 1104 bis 1106 entsprechen. Dann wird in Schritt 1108 ermittelt, ob der kumulative Wert ΣΔQ der Menge an überschüssigem Kraftstoff einen eingestellten Wert X2 (> X1) überschritten hat oder nicht. Wenn ΣΔQ > X2 ist, rückt das Verfahren zu Schritt 1109 vor, in dem die NOx-Abgabe-Kennzeichen I und II rückgesetzt werden. In Schritt 1110 wird der Wert von ΣNOx auf Null gesetzt. In Schritt 1111 wird der Wert von ΣΔQ auf Null gesetzt.
Es wird nun eine fünfte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Bei dieser Ausführungsform werden auf der Basis der Ausgangssignale des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 26 und 54 die maximal zulässigen Werte MAX1 und MAX2 die zur Verarbeitung des NOx-Abgabe-Kennzeichens der 47 verwendet werden, verändert und optimiert. Wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in den NOx-Absorber strö menden Abgases fett gemacht wurde, um NOx vom NOx-Absorber abzugeben, detektiert der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor, daß das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases fett ist. Unmittelbar danach führt der NOx-Absorber Funktionen zur Abgabe und Reduzierung von NOx durch. Somit zeigt der abstromseitige Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 54 an, daß das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases nicht fett, sondern stöchiometrisch ist. Daher zeigt der abstromseitige Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 54 über eine Weile weiterhin an, daß das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases nicht fett ist. Bei Beendigung der Funktionen der Abgabe und Reduzierung von NOx im NOx-Absorber zeigt der abstromseitige Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 54 an, daß das Luft-Kraftstoff-Verhältnis fett ist. Die Zeitperiode, die mit dem ersten Signal des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 26, das anzeigt, daß das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases fett ist, beginnt und mit dem ersten Ausgangssignal vom abstromseitigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 54, das anzeigt, daß das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases fett ist, endet, entspricht einer Zeitperiode, während der NOx vom NOx-Absorber abgegeben wird (hiernach als NOx-Abgabe-Fortsetzungszeitperiode bezeichnet). Diese Zeitperiode wird länger, wenn die Menge des im NOx-Absorber absorbierten NOx ansteigt. Mit anderen Worten, die NOx-Abgabe-Fortsetzungszeitperiode ist ein Parameter, der die Menge des NOx anzeigt, die im NOx-Absorber absorbiert wurde.
Je höher das durchschnittliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F des in den NOx-Absorber während der NOx-Abgabe- Fortsetzungszeitperiode strömenden Abgases wird, desto größer wird die Menge des in den NOx-Absorber strömenden Kohlenwasserstoffs. Wenn das vorstehend erwähnte Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F höher wird, nimmt die Menge des NOx, das mit Kohlenwasserstoff reagiert, zu. Daher stellt das durchschnittliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F des in den NOx-Absorbers während der NOx-Abgabe-Fortsetzungszeitperiode strömenden Abgases einen Parameter dar, der die Menge des NOx angibt, die im NOx-Absorber absorbiert wurde.
Je größer die Menge des in den NOx-Absorber während der NOx-Abgabe-Fortsetzungszeitdauer strömenden Abgases wird, desto größer wird die Menge des in den NOx-Absorber strömenden Kohlenwasserstoffs. Mit anderen Worten, wenn die vorstehend erwähnte Menge des in den NOx-Absorber strömenden Abgases zunimmt, nimmt die Menge des mit Kohlenwasserstoff reagierenden NOx zu. Somit stellt die Menge des in den NOx-Absorber innerhalb der NOx-Abgabe-Fortsetzungszeitperiode strömenden Abgases einen Parameter dar, der die Menge des NOx, die im NOx-Absorber absorbiert wurde, angibt. Daher werden bei dieser Ausführungsform die maximal zulässigen Werte MAX1 und MAX2 auf der Basis der NOx-Abgabe-Fortsetzungszeitperiode, des durchschnittlichen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des in den NOx-Absorber während der NOx-Abgabe-Fortsetzungszeitperiode strömenden Abgases und der Menge des in den NOx-Absorber während der NOx-Abgabe-Fortsetzungszeitperiode strömenden Abgases korrigiert. Somit zeigt jeder der auf diese Weise korrigierten maximal zulässigen Werte MAX1 und MAX2 exakt die größtmögliche Menge an NOx an, die momentan vom NOx-Absorber absorbiert werden kann. Mit dieser Ausführungsform wird ein Korrekturfaktor J zum Korrigieren der maximal zulässigen Werte MAX1 und MAX2 des NOx-Absorbers auf tatsächlich maximal zulässige Werte vorläufig im ROM 42 in Abhängigkeit von der NOx-Abgabe-Fortsetzungszeitperiode Δt in der Form einer in 51 gezeigten Karte gespeichert. Ferner wird ein Korrekturfaktor K in Abhängigkeit vom durchschnittlichen Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F und der Menge AE des in den NOx-Absorber während der NOx-Abgabe-Fortsetzungszeitperiode strömenden Abgases in der Form einer in 52 gezeigten Karte vorläufig im ROM 42 gespeichert. Unter Verwendung dieser Korrekturfaktoren werden die maximal zulässigen Werte MAX1 und MAX2 des NOx-Absorbers korrigiert. Wenn daher der tatsächliche maximal zulässige Wert kleiner ist als ein vorläufig eingestellter maximal zulässiger Wert, ist es möglich, zu verhindern, daß NOx ausströmt, ohne im NOx-Absorber absorbiert worden zu sein. Wenn der tatsächliche maximal zulässige Wert größer ist als der vorläufig eingestellte maximal zulässige Wert, ist es möglich, zu verhindern, daß NOx abgegeben und reduziert wird, bevor die Menge des im NOx-Absorber absorbierten NOx den tatsächlichen maximal zulässigen Wert übersteigt. Mit anderen Worten, es besteht kein Bedarf, häufig die Vorgänge zum Abgeben und Reduzieren von NOx durchzuführen.
Der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 26 und der Massendurchsatzmesser 38 detektieren das durchschnittliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis und die Menge des in den NOx-Absorber strömenden Abgases. Das Luft-Kraftstoff-Ver hältnis des Abgases kann jedoch auch aus dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis in der Verbrennungskammer 5 geschätzt werden. Da sich die maximal zulässigen Werte in Abhängigkeit von der Temperatur des NOx-Absorbers ändern, kann die NOx-Abgabe-Fortsetzungszeitperiode unter Verwendung der Temperatur des NOx-Absorbers korrigiert werden.
54 ist ein Ablaufdiagramm, das zeigt, wie die maximal zulässigen Werte des NOx-Absorbers zu steuern sind.
Als erstes wird in Schritt 1200 ermittelt, ob ein Fett-Kennzeichen, das zu setzen ist, wenn der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 26 detektiert, daß das Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F des Abgases fett geworden ist, gesetzt wurde oder nicht. Wenn das Fett-Kennzeichen gesetzt wurde, rückt das Verfahren zu Schritt 1201 vor, in dem die Korrekturfaktoren J und K aus den in den 20 und 21 gezeigten Karten berechnet werden. Dann wird in Schritt 1202 der maximal zulässige Wert MAX1 unter Verwendung der Korrekturfaktoren J und A korrigiert. Dann wird in Schritt 1203 der maximal zulässige Wert MAX2 unter Verwendung der Korrekturfaktoren J und K korrigiert. Danach wird in Schritt 1204 das Fett-Kennzeichen gesetzt.
Die Funktionssteuerung wird nunmehr in Verbindung mit 54 erläutert.
Die Funktionssteuerung gemäß dieser Ausführungsform ist im wesentlichen mit der vorstehend in Verbindung mit 48 beschriebenen Funktionssteuerung identisch. Es werden daher nur die Schritte erläutert, die sich von denen der 48 unterscheiden.
Wenn bei dieser Ausführungsform in Schritt 1305 ermittelt wird, daß das NOx-Abgabe-Kennzeichen I gesetzt wurde, rückt das Verfahren zu Schritt 1307 vor, in dem die Einspritzsteuerung so durchgeführt wird, daß das durchschnittliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis in der Verbrennungskammer 5 fett gemacht wird. Hierbei wird NOx vom NOx-Absorber abgegeben. Dann wird in Schritt 307a die Absorptionsmenge ΣNOx von NOx auf Null gesetzt.
Wenn andererseits in Schritt 1313 ermittelt wird, daß das NOx-Abgabe-Kennzeichen II gesetzt wurde, rückt das Verfahren zu Schritt 1314 vor. In Schritt 1314 wird Kraftstoff einer aus der Karte berechneten Menge Q eingespritzt und zusätzlicher Kraftstoff in der letzten Hälfte eines Expansionshubes des Motors oder während eines Ausstoßhubes desselben eingespritzt, um das in 17 gezeigte Luft-Kraftstoff-Verhältnis (wobei die Ordinate die Lastanforderung L wiedergibt) zu erhalten. Auf diese Weise wird die Einspritzsteuerung so durchgeführt, daß das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in den NOx-Absorber strömenden Abgases fett gemacht wird, wonach NOx vom NOx-Absorber abgegeben wird. Dann wird in Schritt 1314a die Absorptionsmenge ΣNOx von NOx auf Null gesetzt.
Das Fett-Kennzeichen kann auch nach den Schritten 1307a und 1314a gesetzt werden. In diesem Fall ist der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 26 verzichtbar.
Wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in den NOx-Absorber strömenden Abgases fett oder stöchiometrisch gemacht werden muß, kann es infolge von Faktoren, wie einer Verschlechterung des Kraftstoffeinspritzventils 6, nicht fett oder stöchiometrisch werden. In diesem Fall sollte eine Steuerung durchgeführt werden, um das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases auf einen wünschenswerten Wert einzustellen. Bei dieser Ausführungsform wird daher eine Korrektur zum Erhöhen der Kraftstoffeinspritzmenge durchgeführt, um das Luft-Kraftstoff-Verhältnis im Abgas auf einen gewünschten Wert einzustellen, wenn nicht der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 26 detektiert, daß das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases fett oder stöchiometrisch ist, wenn die Menge des vom Kraftstoffeinspritzventil 6 eingespritzten Kraftstoffs so gesteuert wird, daß das Luft-Kraftstoff-Verhältnis in der Verbrennungskammer 5 fett oder stöchiometrisch gemacht wird. Wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in den NOx-Absorber strömenden Abgases fett oder stöchiometrisch gemacht werden muß, kann somit auf diese Weise das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases zuverlässig fett oder stöchiometrisch gemacht werden. Die zu diesem Zeitpunkt durchgeführte Korrektur zur Erhöhung der Kraftstoffeinspritzmenge betrifft direkt den Fall, bei dem die Kraftstoffeinspritzmenge korrigiert wird, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis während des ersten Verbrennungsmodus oder des zweiten Verbrennungsmodus ma ger ist. In diesem Fall können gewünschte Luft-Kraftstoff-Verhältnisse in sämtlichen Betriebszuständen des Motors erzielt werden.
In dem Fall, in dem gemäß der Erfindung auf den Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 26 verzichtet wird, wird die Kraftstoffeinspritzmenge unter Verwendung des abstromseitigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis -Sensors 54 gesteuert. Mit anderen Worten, wenn nicht der abstromseitige Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 54 detektiert, daß das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases fett oder stöchiometrisch ist, selbst wenn eine vorgegebene Zeitdauer nach einem Vorgang zum Fett- oder Stöchiometrischmachen des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses in der Verbrennungskammer 5 abgelaufen ist, wird eine Korrektur zum Erhöhen der Kraftstoffeinspritzmenge durchgeführt.
55 ist ein Programm der Vorgänge zum Korrigieren der Kraftstoffeinspritzmenge, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases fett oder stöchiometrisch gemacht werden muß.
Als erstes wird in Schritt 1400 ermittelt, ob ein Fett-Kennzeichen, das bei der Durchführung der Steuerung gesetzt werden muß, um das Luft-Kraftstoff-Verhältnis in der Verbrennungskammer 5 fett (oder stöchiometrisch) zu machen, gesetzt wurde oder nicht. Wenn das Fett-Kennzeichen in Schritt 1400 gesetzt wurde, rückt das Verfahren zu Schritt 1401 vor, in dem festgestellt wird, ob der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 26 detektiert hat, daß das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases fett (oder stöchiometrisch) ist, oder nicht. Wenn er nicht detektiert hat, daß das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases fett (oder stöchiometrisch) ist, rückt das Verfahren zu Schritt 1402 vor, in dem eine Korrektur durchgeführt wird, um die Kraftstoffeinspritzmenge zu erhöhen.
Es wird nunmehr eine sechste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Wenn bei dieser Ausführungsform, wie man 56 entnehmen kann, die Absorptionsmenge ΣNOx von NOx den maximal zulässigen Wert MAX1 während des zweiten Verbrennungsmodus überschritten hat, wird NOx vom NOx-Absorber abgegeben, solange wie die Lastanforderung L geringer ist als ein dritter Grenzwert (N), der geringer ist als ein dritter Grenzwert Z (N), der geringer ist als der erste Grenzwert X (N). Nachdem daher ein Übergang vom zweiten Verbrennungsmodus zum ersten Verbrennungsmodus einmal durchgeführt worden ist, wird der zweite Verbrennungsmodus wiederhergestellt. Diese Steuerung wird nur dann durchgeführt, wenn die Lastanforderung L geringer ist als der dritte Grenzwert Z (N), um Drehmomentschwankungen zum Zeitpunkt des Überganges vom zweiten Verbrennungsmodus zum ersten Verbrennungsmodus zu minimieren. Mit anderen Worten, bei dieser Ausführungsform wird der dritte Grenzwert Z (N) auf einen Wert eingestellt, der nahe am ersten Grenzwert X (N) liegt, so daß kleinere Drehmomentschwankungen zum Zeitpunkt des Übergangs vom zweiten Verbrennungsmodus zum ersten Verbrennungsmodus verursacht werden.
Wenn der zweite Verbrennungsmodus zwangsweise auf den ersten Verbrennungsmodus geschaltet wird, nimmt die Kraftstoffeinspritzmenge sofort ab. Die Menge der in die Verbrennungskammer 5 strömenden Luft nimmt jedoch allmählich ab wenn dann der erste Verbrennungsmodus auf den zweiten Verbrennungsmodus geschaltet wird, beginnt die auf diese Weise verringerte Kraftstoffeinspritzmenge sofort anzusteigen und erreicht die ursprüngliche Menge, die dem zweiten Verbrennungsmodus entspricht. Nachdem sich die Menge der in die Verbrennungskammer 5 strömenden Luft allmählich verringert hat, kehrt sie jedoch zu diesem Zeitpunkt nicht sofort zum ursprünglichen Niveau zurück, sondern steigt Schritt um Schritt an. Wenn während des zweiten Verbrennungsmodus der zweite Verbrennungsmodus einmal auf den ersten Verbrennungsmodus geschaltet und dann zum zweiten Verbrennungsmodus zurückgeführt wurde, wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis zeitweise fett und NOx vom NOx-Absorber abgegeben.
Durch Durchführung der in 56 dargestellten NOx-Steuerung wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F zeitweise fett gemacht und NOx vom NOx-Absorber abgegeben. Zu diesem Zeitpunkt wird die Absorptionsmenge ΣNOx von NOx auf Null gesetzt. Wenn zum Zeitpunkt t2 die Lastanforderung L geringer wird als der zweite Grenzwert Y (N), wird der zweite Verbrennungsmodus auf den ersten Verbrennungsmodus umgeschaltet.
Wenn zu den Zeitpunkten t1 und t3 die Lastanforderung L den ersten Grenzwert X (N) überschreitet und der erste Verbrennungsmodus zum zweiten Verbrennungsmodus umgeschaltet wird, nimmt die Kraftstoffeinspritzmenge sofort in Abhängigkeit von einem Anstieg der Lastanforderung L zu. Die Menge der in die Verbrennungskammer 5 strömenden Luft steigt jedoch nicht sofort an. Auch in diesem Fall wird daher das Luft-Kraftstoff-Verhältnis zeitweise fett, NOx vom NOx-Absorber abgegeben und die Absorptionsmenge ΣNOx von NOx auf Null gesetzt. Wenn sich daher die Lastanforderung L ändert, wird NOx jedesmal dann, wenn der erste Verbrennungsmodus auf den zweiten Verbrennungsmodus umgeschaltet wird, abgegeben oder reduziert. Somit übersteigt die Absorptionsmenge ΣNOx von NOx selten den maximal zulässigen Wert MAX2. Wenn die Wahrscheinlichkeit besteht, daß Drehmomentschwankungen verursacht werden, beispielsweise in der letzten Hälfte eines Expansionshubes oder während eines Ausstoßhubes, ist die Einspritzung von zusätzlichem Kraftstoff nicht erforderlich.
Das Programm zur Bearbeitung des NOx-Abgabekennzeichens gemäß dieser Ausführungsform ist das gleiche wie in 47 gezeigt.
Die Funktionssteuerung wird nunmehr in Verbindung mit den 57 und 58 beschrieben.
Im in 57 gezeigten Ablaufdiagramm werden im wesentlichen die gleichen Vorgänge wie in 5 durchgeführt.
Wenn bei dieser Ausführungsform in Schritt 1513 ermittelt wird, daß das NOx-Abgabekennzeichen I gesetzt wurde, rückt das Verfahren zu Schritt 1515 vor, der in 58 gezeigt ist. In Schritt 1515 wird ermittelt, ob die Lastanforderung L kleiner ist als der dritte Grenzwert Z (N) oder nicht. Wenn L < Z (N) ist, rückt das Verfahren zu Schritt 1516 vor, in dem der Verbrennungsmodus umgeschaltet wird. Hierbei wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis zeitweise fett gemacht und die normale Verbrennung unter dem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis durchgeführt. Dann wird in Schritt 216a die Absorptionsmenge ΣNOx von NOx auf Null gesetzt.
Wenn andererseits L ≥ Z (N) ist, rückt das Verfahren zu Schritt 1517 vor, in dem festgestellt wird, ob das NOx-Abgabekennzeichen II gesetzt wurde oder nicht. Wenn festgestellt wird, daß das NOx-Abgabekennzeichen II gesetzt wurde, rückt das Verfahren zu Schritt 1518 vor, in dem die Kraftstoffeinspritzung durchgeführt wird. Ferner wird zusätzlicher Kraftstoff in der letzten Hälfte eines Expansionshubes oder während eines Ausstoßhubes eingespritzt. Dann wird in Schritt 1518a die Absorptionsmenge ΣNOx von NOx auf Null gesetzt.
Wenn in Schritt 1517 festgestellt wird, daß das NOx-Abgabekennzeichen II gesetzt wurde, rückt das Verfahren zu Schritt 1519 vor, in dem die Kraftstoffeinspritzung durchgeführt wird.
Wenn bei dieser Ausführungsform der zweite Verbrennungsmodus auf den ersten Verbrennungsmodus umgeschaltet wird, ist das Luft-Kraftstoff-Verhältnis weniger zur mageren Seite hin geneigt. Daher ist auch das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in den NOx-Absorber strömenden Abgases weniger zur mageren Seite hin geneigt. In dem Fall, in dem sich somit das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des einströmenden Abgases in einer Richtung entgegengesetzt zur mageren Seite hin verändert, besteht die Möglichkeit, daß NOx vom NOx-Absorber abgegeben wird, selbst wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases nicht fett ist. In diesem Fall kann keine ausreichende Menge an Kohlenwasserstoff zum Reduzieren und Reinigen von NOx im einströmenden Abgas enthalten sein. Ohne Reinigung wird daher NOx vom NOx-Absorber zum abstromseitigen Bereich hin abgegeben. Dann wird gemäß einer anderen Ausführungsform, die später beschrieben wird, NOx daran gehindert, vom NOx-Absorber zum abstromseitigen Bereich abgegeben zu werden, wenn der zweite Verbrennungsmodus auf den ersten Verbrennungsmodus umgeschaltet wird.
Wie in 59 gezeigt, wird daher der zweite Verbrennungsmodus zu den Zeitpunkten tx und t2 auf den ersten Verbrennungsmodus umgeschaltet. Zu dieser Zeit wird bei dieser Ausführungsform das Luft-Kraftstoff-Verhältnis in der Verbrennungskammer 5 konstant auf der fetten Seite gehalten. In Abhängigkeit von der Menge von NOx im NOx-Absorber wird festgestellt, in welchem Ausmaß das Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu dieser Zeit zur fetten Seite hin geneigt sein sollte. Daher wird zum Zeitpunkt eines Überganges vom zweiten Verbrennungsmodus zum ersten Verbrennungsmodus NOx daran gehindert, vom NOx-Absorber zum abstromseitigen Bereich hin abgegeben zu werden.
60 ist ein Ablaufdiagramm eines Unterprogramms gemäß dieser Ausführungsform, das anstelle von Schritt 1506 durchgeführt wird. Wenn das NOx-Abgabekennzeichen I in Schritt 1505 rückgesetzt wurde, rückt das Verfahren zu Schritt 1600 in 60 vor. In Schritt 1600 wird festgestellt, ob ein Umschaltkennzeichen, das während des zweiten Verbrennungsmodus gesetzt werden soll, gesetzt wurde oder nicht. Wenn das Umschaltkennzeichen rückgesetzt wurde, rückt das Verfahren zu Schritt 1603 vor, in dem die Einspritzsteuerung II durchgeführt wird. Zu diesem Zeitpunkt wird eine Verbrennung bei niedriger Temperatur unter einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis durchgeführt. Wenn andererseits das Umschaltkennzeichen gesetzt wurde, rückt das Verfahren zu Schritt 1601 vor, in dem die Einspritzsteuerung I durchgeführt wird. Es wird daher eine Kraftstoffeinspritzung durchgeführt, um das Luft-Kraftstoff-Verhältnis fett zu machen. Das Verfahren rückt dann zu Schritt 1602 vor, in dem das Umschaltkennzeichen rückgesetzt wird.
Es wird nunmehr eine siebte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Obwohl die Kraftstoffeinspritzung gemäß 44 bei der vorstehend erwähnten zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird, wird bei dieser Ausführungsform eine in 61 gezeigte Kraftstoffeinspritzung durchgeführt. Wenn während des ersten Verbrennungsmodus ΣNOx > MAX1 ist, wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis fett gemacht, wenn die Menge von im NOx-Ab sorber absorbiertem NOx 30% der maximalen Absorptionsmenge von NOx erreicht. Zu diesem Zeitpunkt wird die Menge Q_NOx des reduzierenden Gases, die zum Abführen des gesamten NOx vom NOx-Absorber erforderlich ist, vorläufig berechnet. Die Zeitdauer tr zum Fortsetzen der Erhöhung der Kraftstoffeinspritzmenge wird durch die nachfolgende Formel ausgedrückt, wobei die Menge Q_NOx an reduzierendem Gas verwendet wird. tr = C × QNOx/(ΔQ × N) ΔQ = [(A/F)L/(A/F)R] × 4 – [(A/F)L/(A/F)ST] × Q
Bei der vorstehenden Formel bedeuten C eine Konstante, N die Motordrehzahl und (A/F)_ST das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis. ΔQ gibt die überschüssige Kraftstoffmenge wieder. Wenn die Menge ΔQ des überschüssigen Kraftstoffs ansteigt, wird die Zeitdauer tr verkürzt. Wenn die Motordrehzahl N höher wird, wird die Menge an überschüssigem Kraftstoff, die pro Zeiteinheit zugeführt wird, größer. Daher wird die Zeitdauer tr verkürzt. Somit wird die Zeitdauer tr zur Fortsetzung der Erhöhung der Kraftstoffeinspritzmenge gemäß der vorstehend erwähnten Formel ausgedrückt.
Wenn andererseits, wie bereits beschrieben, ΣNOx > MAX1 während des zweiten Verbrennungsmodus ist, wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis fett gemacht, um NOx vom NOx-Absorber abzugeben, wenn der zweite Verbrennungsmodus auf den ersten Verbrennungsmodus umgeschaltet wird. 19 zeigt Änderungen des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses A/F in dem Fall, in dem ein Anstieg ΔQ der Kraft stoffeinspritzmenge und der Zeitdauer tr zum Fortsetzen des Anstiegs der Kraftstoffeinspritzmenge berechnet wurden.
Genauer gesagt, wenn beispielsweise die Motordrehzahl N₀ beträgt und die Lastanforderung L zu L₀ geworden ist, welcher Wert geringer ist als der zweite Grenzwert Y (N) gemäß 10, werden das Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F, der Öffnungsgrad ST der Drosselklappe und der Öffnungsgrad SE des EGR-Steuerventils auf Werte eingestellt, die auf der Basis der Lastanforderung L₀ und der Motordrehzahl N₀ ermittelt wurden. Es wird angenommen, daß das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu diesem Zeitpunkt (A/F)_L beträgt. 62 zeigt einen Fall, bei dem die Einspritzmenge Q und die Zeitdauer tr zum Fortsetzen der Erhöhung der Einspritzmenge, die zum Einstellen des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses auf das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis (A/F)_R erforderlich sind, unter Verwendung der nachfolgenden Formel berechnet wurden. Einspritzmenge = [(A/F)L/(A/F)R] × Q tr = C × QNOx/(ΔQ × N)
Wie in 62 gezeigt, beginnt in diesem Fall das Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F nicht sofort abzufallen. Das Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F wird erst nach Ablauf einer bestimmten Zeitdauer seit dem Anstieg der Einspritzmenge fett.
Mit anderen Worten, in dem Fall, in dem die Verbrennung mit einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis durchge führt wird, ist eine überschüssige Menge an Luft in dem vom Motor abgegebenen Abgas vorhanden. Daher ist zu diesem Zeitpunkt auch eine überschüssige Menge an Luft im EGR-Gas, das zum Motoransaugkanal zurückgeführt wird, enthalten. Die im EGR-Gas enthaltene überschüssige Luftmenge wird wieder der Verbrennungskammer 5 zugeführt. Daher beeinflusst die überschüssige Luftmenge, die im EGR-Gas enthalten ist, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis in der Verbrennungskammer 5.
Wie in 61 gezeigt, ist in dem Fall, in dem NOx im NOx-Absorber während des ersten Verbrennungsmodus abgegeben werden muß, d.h. in dem Fall, in dem das Luft-Kraftstoff-Verhältnis unmittelbar vor dem Starten des Umschaltens des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, um NOx vom NOx-Absorber abzugeben, nicht stark zur mageren Seite geneigt ist, die Menge der im EGR-Gas enthaltenen überschüssigen Luft gering. Daher beeinflusst die überschüssige Menge von Sauerstoff im EGR-Gas kaum das Luft-Kraftstoff-Verhältnis in der Verbrennungskammer 5. Wenn daher in diesem Fall die Kraftstoffeinspritzmenge um eine Menge erhöht wird, die erforderlich ist, um das magere Luft-Kraftstoff-Verhältnis in ein vorgegebenes fettes Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu ändern, erreicht das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases sofort das vorgegebene fette Luft-Kraftstoff-Verhältnis. Somit wird NOx sofort vom NOx-Absorber abgegeben.
Im Gegensatz hierzu ist in dem Fall, in dem NOx vom NOx-Absorber zum Zeitpunkt eines Übergangs vom zweiten Verbrennungsmodus zum ersten Verbrennungsmodus abgegeben werden muß, d.h. in dem Fall, in dem das Luft-Kraftstoff-Verhältnis unmittelbar vor dem Starten des Umschaltens des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, um NOx vom NOx-Absorber abzugeben, stark zur mageren Seite geneigt ist, die Menge der im EGR-Gas enthaltenen Luft groß. Selbst wenn daher in diesem Fall die Kraftstoffeinspritzmenge um eine Menge erhöht wurde, die erforderlich ist, um das magere Luft-Kraftstoff-Verhältnis in ein vorgegebenes fettes Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu verändern, erreicht das Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F nicht das vorgegebene fette Luft-Kraftstoff-Verhältnis, wie man 62 entnehmen kann. Es dauert eine Weile, bis das Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F fett wird.
Schraffierte Bereiche in den 61 und 62 geben die Mengen an reduzierendem Gas wieder, die dem NOx-Absorber zugeführt werden. Diese in 62 gezeigte Menge des reduzierenden Gases ist viel kleiner als die in 61 gezeigte Menge des reduzierenden Gases, was erforderlich ist, um das gesamte NOx vom NOx-Absorber abzuführen.
Wenn bei dieser Ausführungsform beispielsweise die Motordrehzahl N₀ entspricht und die Lastanforderung zu L₀ wird, wird der zweite Verbrennungsmodus auf den ersten Verbrennungsmodus umgeschaltet. Wenn zu diesem Zeitpunkt das Luft-Kraftstoff-Verhältnis zeitweise fett gemacht wird, um NOx vom NOx-Absorber abzugeben, wird die Einspritzmenge drastischer erhöht als im in 63 gezeigten Fall, bei dem die Motordrehzahl N₀ und die Lastanforderung L₀ während des ersten Verbrennungsmodus betragen, so daß im wesentlichen die gleiche Menge an reduzierendem Gas, wie im schraffierten Bereich von 61 gezeigt, dem NOx-Absorber zugeführt werden kann.
Genauer gesagt, zum Zeitpunkt eines Übergangs vom zweiten Verbrennungsmodus zum ersten Verbrennungsmodus wird die Einspritzmenge auf der Basis des Verhältnisses des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses (A/F)_L unmittelbar vor dem Schaltvorgang des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses auf das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis (A/F)_R nach der nachfolgend gezeigten Formel berechnet. Einspritzmenge = [(A/F)L/(A/F)R] × Q.
Dann wird die Einspritzmenge allmählich reduziert, so daß das fette Luft-Kraftstoff-Verhältnis sich so stark wie möglich dem Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis (A/F)_R annähert.
Wenn andererseits, wie vorstehend beschrieben, ΣNOx > MAX2 während des zweiten Verbrennungsmodus ist, wird zusätzlicher Kraftstoff in die letzte Hälfte eines Expansionshubes oder während eines Ausstoßhubes eingespritzt. Hierbei werden die Menge des zusätzlichen Kraftstoffs und die Zeitdauer zum Einspritzen von zusätzlichem Kraftstoff so eingestellt, daß reduzierendes Gas mit einer Menge, die erforderlich ist, um das gesamte im NOx-Absorber absorbierte NOx abzugeben, dem NOx-Absorber zugeführt werden kann.
64 zeigt ein Programm zum Bearbeiten eines NOx-Abgabe-Kennzeichens, das zu setzen ist, wenn NOx vom NOx- Absorber abgeführt werden soll. Dieses Programm wird als Unterbrechung bei vorgegebenen Zeitintervallen durchgeführt.
Die in den Schritten 1700 bis 1706 durchgeführten Maßnahmen sind mit denen der Schritte 800 bis 806 in 47 identisch.
Wenn bei dieser Ausführungsform die Absorptionsmenge ΣNOx > MAX1 in Schritt 1707 ist, rückt das Verfahren zu Schritt 1708 vor, in dem ein NOx-Abgabe-Kennzeichen II gesetzt wird, das anzeigt, daß NOx zum Zeitpunkt eines Übergangs vom zweiten Verbrennungsmodus zum ersten Verbrennungsmodus abgeführt werden sollte.
Andererseits wird in Schritt 1709 ermittelt, ob die Absorptionsmenge ΣNOx von NOx den maximal zulässigen Wert MAX2 überschritten hat. Wenn ΣNOx > MAX2 ist, rückt das Verfahren zu Schritt 1710 vor, in dem ein NOx-Abgabe-Kennzeichen III gesetzt wird, das anzeigt, daß NOx in der letzten Hälfte eines Expansionshubes oder während eines Ausstoßhubes abgeführt werden sollte.
Die Funktionssteuerung wird nunmehr in Verbindung mit 65 erläutert.
Als erstes wird in Schritt 1800 ermittelt, ob ein Kennzeichen I gesetzt wurde, das anzeigt, daß sich der Motor im ersten Betriebsbereich I befindet. Wenn das Kennzeichen I gesetzt wurde, d.h., wenn sich der Motor im ersten Betriebsbereich I befindet, rückt das Verfahren zu Schritt 1801 vor, in dem ermittelt wird, ob die Lastanforderung L größer geworden ist als der erste Grenzwert X1 (N) oder nicht. Wenn L ≤ X1 (N) ist, rückt das Verfahren zu Schritt 1803 vor, in dem eine Verbrennung bei niedriger Temperatur durchgeführt wird.
Dann wird in Schritt 1805 festgestellt, ob das NOx-Abgabe-Kennzeichen I gesetzt wurde oder nicht. Wenn das NOx-Abgabe-Kennzeichen I nicht gesetzt wurde, rückt das Verfahren zu Schritt 1806 vor, in dem ermittelt wird, ob das NOx-Abgabe-Kennzeichen II gesetzt wurde oder nicht. Wenn das NOx-Abgabe-Kennzeichen II nicht gesetzt wurde, rückt das Verfahren zu Schritt 1807 vor, in dem eine Kraftstoffeinspritzung durchgeführt wird. Zu diesem Zeitpunkt wird eine Verbrennung bei niedriger Temperatur mit einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis durchgeführt.
Wenn in Schritt 1805 festgestellt wurde, daß das NOx-Abgabe-Kennzeichen I gesetzt wurde, rückt das Verfahren zu Schritt 1808 vor, in dem die in 66 gezeigte Einspritzsteuerung I durchgeführt wird. Wenn im Gegensatz dazu in Schritt 1806 festgestellt wurde, daß das NOx-Abgabe-Kennzeichen II gesetzt wurde, rückt das Verfahren zu Schritt 1809 vor, in dem die in 67 gezeigte Einspritzsteuerung II durchgeführt wird.
Wenn andererseits in Schritt 1801 festgestellt wird, daß L > X (N) ist, rückt das Verfahren zu Schritt 1802 vor, in dem das Kennzeichen I rückgesetzt wird. Das Verfahren rückt dann zu Schritt 1812 vor, in dem der zweite Verbrennungsmodus durchgeführt wird.
Dann wird in Schritt 1814 ermittelt, ob das NOx-Abgabe-Kennzeichen III gesetzt wurde oder nicht. Wenn das NOx-Abgabe-Kennzeichen III nicht gesetzt wurde, rückt das Verfahren zu Schritt 1815 vor, in dem die Kraftstoffeinspritzung durchgeführt wird. Zu diesem Zeitpunkt wird der zweite Verbrennungsmodus mit einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis ausgeführt.
Wenn in Schritt 1814 ermittelt wird, daß das NOx-Abgabe-Kennzeichen III gesetzt wurde, rückt das Verfahren zu Schritt 1814 vor, in dem die Einspritzsteuerung III gemäß 68 durchgeführt wird.
Die Einspritzsteuerung I wird nunmehr in Verbindung mit 66 erläutert.
Zuerst wird in Schritt 1900 ermittelt, ob das Fett-Kennzeichen gesetzt wurde oder nicht. Wenn das Fett-Kennzeichen nicht gesetzt wurde, rückt das Verfahren zu Schritt 1901 vor, in dem eine Einspritzmenge Q₀ auf Basis der nachfolgenden Formel berechnet wird. Q0 = [(A/F)L/(A/F)R × Q.
In Schritt 1902 wird die Menge ΔQ an überschüssigem Kraftstoff auf Basis der nachfolgenden Formel berechnet. ΔQ = [(A/F)L/(A/F)R] × Q – [(A/F)L/(A/F)ST] × Q
In der obigen Formel bezeichnet (A/F)_ST das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis.
In Schritt 1903 wird die Zeitdauer tr zur Fortsetzung der Erhöhung der Einspritzmenge auf Basis der nachfolgenden Formel berechnet. tr = C × QNOx/(ΔQ × N)
In der obigen Formel gibt Q_NOx 30% der maximalen Menge von NOx wieder, die im NOx-Absorber absorbiert werden soll.
In Schritt 1904 wird das Fett-Kennzeichen gesetzt. Nach dem Setzen des Fett-Kennzeichens rückt das Verfahren von Schritt 1900 zu Schritt 1905 vor, in dem ermittelt wird, ob die abgelaufene Zeit t nach dem Beginn der Einspritzsteuerung I die Zeitdauer tr überschritten hat oder nicht. Wenn t > tr ist, rückt das Verfahren zu Schritt 1906 vor, in dem das Fett-Kennzeichen rückgesetzt wird. Dann wird in Schritt 307 das NOx-Abgabe-Kennzeichen I rückgesetzt. Danach wird in Schritt 1908 der Wert von ΣNOx auf Null gesetzt. Wenn daher das NOx-Abgabe-Kennzeichen I gesetzt worden ist, wird die Einspritzmenge für die Zeitdauer tr erhöht, wie man 61 entnehmen kann. Mittlerweile ist das gesamte im NOx-Absorber absorbierte NOx abgeführt worden.
Die Einspritzsteuerung II wird nunmehr in Verbindung mit 67 beschrieben.
In Schritt 2000 wird ermittelt, ob das Fett-Kennzeichen gesetzt wurde oder nicht. Wenn das Fett-Kennzeichen nicht gesetzt wurde, rückt das Verfahren zu Schritt 2001 vor, in dem die Einspritzmenge Q₀ berechnet wird. In den Schritten 2001 bis 2004 werden Vorgänge durchgeführt, die denen der vorstehend erwähnten Schritte 1901 bis 1904 entsprechen.
In Schritt 2005 wird eine konstante Einspritzmenge Q_B in der letzten Hälfte des Vorganges zum Erhöhen der Einspritzmenge, die in 63 gezeigt ist, auf der Basis der nachfolgenden Formel berechnet. Qb = [(A/F)L/(A/F)R] × Q.
In der vorstehend genannten Formel gibt (A/F)_L ein mageres Luft-Kraftstoff-Verhältnis wieder, nachdem der zweite Verbrennungsmodus auf den ersten Verbrennungsmodus umgeschaltet worden ist.
Wenn das Fett-Kennzeichen gesetzt wurde, rückt das Verfahren von Schritt 2000 zu Schritt 2006 vor, in dem ein vorgegebener Wert α von der Einspritzmenge Q₀ abgezogen wird. In Schritt 2007 wird ermittelt, ob die Einspritzmenge Q₀ kleiner als Q_b geworden ist oder nicht. Wenn Q₀ < Q_b gilt, rückt das Verfahren zu Schritt 2008 vor, in dem der Wert von Q_b auf Q₀ gesetzt wird.
Dann wird in Schritt 2009 ermittelt, ob die abgelaufene Zeit t nach dem Beginn der Einspritzsteuerung II die Zeitdauer tr überschritten hat oder nicht. Wenn t > tr ist, rückt das Verfahren zu Schritt 2010 vor, in dem das Fett-Kennzeichen rückgesetzt wird. In Schritt 2011 wird das NOx-Abgabekennzeichen II rückgesetzt. Dann wird in Schritt 2012 der Wert von ΣNOx auf Null gesetzt. Wenn daher das NOx-Abgabe-Kennzeichen gesetzt worden ist, wird, wie man 63 entnehmen kann, die Einspritzmenge abrupt erhöht, allmählich verringert und dann auf der konstanten Einspritzmenge Q_b gehalten, die größer ist als die anfängliche Einspritzmenge. Während sich die Einspritzmenge auf dem Anstieg befindet, wird das gesamte im NOx-Absorber absorbierte NOx abgeführt.
Die Einspritzsteuerung III wird nunmehr in Verbindung mit 68 beschrieben.
Zuerst wird in Schritt 2100 die Einspritzmenge Q berechnet. In Schritt 2101 wird ermittelt, ob das Fett-Kennzeichen gesetzt wurde oder nicht. Wenn das Fett-Kennzeichen nicht gesetzt wurde, rückt das Verfahren zu Schritt 2102 vor, in dem die Einspritzmenge Q_add an zusätzlichem Kraftstoff auf der Basis der nachfolgenden Formel berechnet wird. Qadd = [(A/F)L/(A/F)R] × Q.
In den nachfolgenden Schritten 2103 bis 2105 werden Vorgänge durchgeführt, die denen der Schritte 1902 bis 1904 entsprechen.
Wenn das Fett-Kennzeichen gesetzt wurde, rückt das Verfahren von Schritt 2101 zu Schritt 2106 vor, in dem ermittelt wird, ob die abgelaufene Zeit t nach dem Beginn der Einspritzsteuerung III die Zeitdauer tr überschritten hat oder nicht. Wenn t > tr ist, rückt das Verfahren zu Schritt 2107 vor, in dem das Fett-Kennzeichen rückgesetzt wird. Dann werden in Schritt 2108 das NOx-Abgabe-Kennzeichen II und das NOx-Abgabe-Kennzeichen III rückgesetzt. Danach wird in Schritt 2109 der Wert von ΣNOx auf Null gesetzt. Wenn daher das NOx-Abgabe-Kennzeichen III gesetzt wurde, wird zusätzlicher Kraftstoff der Menge Q_add über die Zeitdauer tr eingespritzt. Mittlerweile ist das gesamte im NOx-Absorber absorbierte NOx abgeführt worden.
Die vorstehend erwähnte Einspritzsteuerung II kann auch in der in 71 anstatt der in 67 gezeigten Art und Weise durchgeführt werden.
Beispielsweise zeigt 69 einen Fall, bei dem, wenn die Motordrehzahl N₀ ist, die Lastanforderung zu L₀ wird und der zweite Verbrennungsmodus auf den ersten Verbrennungsmodus umgeschaltet wird. Wenn hierbei das Luft-Kraftstoff-Verhältnis zeitweise fett gemacht wird, um NOx vom NOx-Absorber abzuführen, wird die Zeitdauer tr zum Erhöhen der Einspritzmenge während des ersten Verbrennungsmodus mit der Motordrehzahl N₀ und der Lastanforderung L₀ um Δtr erhöht, so daß im wesentlichen die gleiche Menge an reduzierendem Gas, wie im schraffierten Bereich in 61 gezeigt, dem NOx-Absorber zugeführt werden kann.
Der Wert von Δtr kennzeichnet eine Zeitdauer, die vom Luft-Kraftstoff-Verhältnis benötigt wird, um einen Mittelwert zwischen dem fetten Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis und dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis nach einem Übergang vom zweiten Verbrennungsmodus auf den ersten Verbrennungsmodus zu erreichen. Wenn, wie in 70 gezeigt, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis unmittelbar vor dem Umschaltvorgang sich zur mageren Seite hin neigt, wird der Wert Δtr größer.
Die Einspritzsteuerung II wird nunmehr in Verbindung mit 71 erläutert.
Zuerst wird in Schritt 2200 ermittelt, ob das Fett-Kennzeichen gesetzt wurde oder nicht. Wenn das Fett-Kennzeichen nicht gesetzt wurde, rückt das Verfahren zu Schritt 2201 vor. In den Schritten 2201 bis 2203 werden Vorgänge durchgeführt, die denen der Schritte 2001 bis 2003 entsprechen.
Dann wird in Schritt 2204 eine ausgedehnte Zeitdauer Δtr, die der Zeitdauer tr zur Fortsetzung des Vorgangs der Erhöhung der Einspritzmenge entspricht (hiernach einfach als Fortsetzungszeitdauer tr bezeichnet) gemäß der in 70 gezeigten Beziehung berechnet. In Schritt 2205 wird durch Hinzufügung der ausgedehnten Zeitdauer Δtr zur Fortsetzungszeitdauer tr eine endgültige Fortsetzungszeitdauer tr berechnet. In Schritt 2206 wird das Fett-Kennzeichen gesetzt.
Wenn das Fett-Kennzeichen gesetzt wurde, rückt das Verfahren von Schritt 2200 zu Schritt 2207 vor. In den Schritten 2207 bis 2210 werden Vorgänge durchgeführt, die denen der Schritte 2009 bis 2012 entsprechen.
Die vorstehend erwähnte Einspritzsteuerung II kann auch durch einen anderen Typ einer Einspritzsteuerung II ersetzt werden, der hiernach beschrieben wird.
Wie in 72 gezeigt, wird in diesem Fall nach einem Übergang vom zweiten Verbrennungsmodus zum ersten Verbrennungsmodus der erste Verbrennungsmodus über eine Weile durchgeführt. Wenn die Zeitdauer Δtr nach dem Beginn des ersten Verbrennungsmodus abgelaufen ist, wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis fett gemacht. Die Zeitdauer Δtr entspricht im wesentlichen der in 69 gezeigten Zeitdauer. Wenn sich daher das Luft-Kraftstoff-Verhältnis unmittelbar vor dem Umschaltvorgang zur mageren Seite hin neigt, wird auch der Wert Δr in 72 größer.
Die Einspritzsteuerung II wird nunmehr in Verbindung mit 73 beschrieben.
Als erstes wird in Schritt 2300 festgestellt, ob das Fett-Kennzeichen gesetzt wurde oder nicht. Wenn das Fett-Kennzeichen nicht gesetzt wurde, rückt das Verfahren zu Schritt 2301 vor, in dem ein Wert von Δtr gemäß der in 70 gezeigten Beziehung berechnet wird. In Schritt 2302 wird ermittelt, ob die abgelaufene Zeit t nach dem Beginn der Einspritzsteuerung II die Zeit dauer Δtr überschritten hat oder nicht. Wenn t ≤ Δtr ist, rückt das Verfahren zu Schritt 2303 vor, in dem eine Einspritzmenge Q berechnet wird. Zu diesem Zeitpunkt wird der erste Verbrennungsmodus durchgeführt.
Wenn in Schritt 2302 ermittelt wird, daß t > Δtr ist, rückt das Verfahren zu Schritt 2304 vor. In den Schritten 2204 bis 2206 werden Vorgänge durchgeführt, die denen der Schritte 2201 bis 2203 entsprechen. In Schritt 2307 wird das Fett-Kennzeichen gesetzt.
Wenn das Fett-Kennzeichen gesetzt wurde, rückt das Verfahren von Schritt 2300 zu Schritt 2308 vor. In den Schritten 2308 bis 2311 werden Vorgänge durchgeführt, die denen der Schritte 2207 bis 2210 entsprechen.
Es wird nunmehr eine achte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Bei dieser Ausführungsform, die in 74 gezeigt ist, ist ein Bypass-Kanal 135 vorgesehen, der den Einlasskanal 13 aufstromseitig der Drosselklappe 25 mit dem Druckausgleichsbehälter 12 verbindet. Im Bypass-Kanal 135 ist ein Bypass-Steuerventil 17 angeordnet, das von einem Schrittmotor 136 angetrieben wird.
Als erstes wird die Einspritzsteuerung I in Verbindung mit 75 beschrieben, wobei das Schwergewicht auf Vorgänge gelegt wird, die sich von denen der 49 unterscheiden.
Als erstes wird in Schritt 2400 eine Kraftstoffeinspritzmenge Q_R zum Einstellen des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses auf das fette Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis (A/F)_R auf Basis der nachfolgenden Formel berechnet. QR = [(A/F)L/(A/F)R] × Q
In den Schritten 2401 und 2402 werden Vorgänge durchgeführt, die denen der Schritte 1102 und 1103 entsprechen. Dann wird in Schritt 2403 ein Ansaugluftsteuerkennzeichen gesetzt.
In Schritt 2404 wird die Kraftstoffeinspritzmenge Q_ST, die zur Einstellung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses auf das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis erforderlich ist, auf Basis der nachfolgenden Formel berechnet. QST = [(A/F)L/(A/F)R] × Q.
In den Schritten 2405 bis 2410 werden Vorgänge durchgeführt, die denen der Schritte 1005 bis 1010 entsprechen.
76 ist ein Unterbrechungsprogramm, das beispielsweise jede 2 msec durchgeführt wird.
Als erstes wird in Schritt 2500 ermittelt, ob das Ansaugluftsteuerkennzeichen gesetzt wurde oder nicht. Wenn das Ansaugluftsteuerkennzeichen gesetzt wurde, rückt das Verfahren zu Schritt 2501 vor, in dem die Menge G₀ der Ansaugluft, die zur Einstellung des Luft-Kraftstoff-Ver hältnisses auf das fette Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis (A/F)_R erforderlich ist, auf Basis der nachfolgenden Formel berechnet wird. G0 = C × Q × (N/60) × (Anzahl der Zylinder/2) × (A/F)L.
In Schritt 2502 wird der Massendurchsatz Ga der Ansaugluft, der vom Massendurchsatzmesser 38 detektiert wurde, benutzt. In Schritt 2503 wird ermittelt, ob die Menge Ga der Ansaugluft größer ist als die Menge G₀ der Ansaugluft. Wenn Ga > G₀ ist, wird die Sollzahl der Schritte des Schrittmotors 136 um 1 verringert, um den Öffnungsgrad des Bypass-Steuerventils 137 zu verringern. Wenn im Gegensatz dazu Ga ≤ G₀ ist, rückt das Verfahren zu Schritt 2505 vor, in dem die Sollzahl der Schritte des Schrittmotors 136 um 1 erhöht wird, um auf diese Weise den Öffnungsgrad des Bypass-Steuerventils 137 zu erhöhen. Somit wird die Steuerung so durchgeführt, daß die Menge Ga der Ansaugluft zu G₀ wird.
Anstelle der Steuerung des Öffnungsgrades des Bypass-Steuerventils 137 kann auch der Öffnungsgrad der Drosselklappe 25 gesteuert werden.
Die Einspritzsteuerung II wird nunmehr in Verbindung mit 77 erläutert.
Als erstes wird wie bei Schritt 1100 der Wert von Q in Schritt 2600 berechnet. In Schritt 2601 wird der Wert von Q_R berechnet.
Wie im Falle von Schritt 1103 wird in Schritt 2602 die Menge Q_add (= Q_R – Q) des zusätzlichen Kraftstoffs berechnet. In Schritt 2604 wird das Ansaugluftsteuerkennzeichen gesetzt.
In den Schritten 2605 bis 2611 werden Vorgänge durchgeführt, die denen der Schritte 1105 bis 1111 entsprechen. Dann wird das Ansaugluftsteuerkennzeichen in Schritt 1412 rückgesetzt.
Ein erster und zweiter Verbrennungsmodus werden wahlweise durchgeführt. Während des ersten Verbrennungsmodus ist die Menge des einer Verbrennungskammer (5) zugeführten rückgeführten Abgases größer als die Menge des rückgeführten Abgases, die einer Spitzenerzeugungsmenge an Ruß entspricht, so daß kaum Ruß erzeugt wird. Während des zweiten Verbrennungsmodus ist die Menge des der Verbrennungskammer (5) zugeführten rückgeführten Abgases geringer als die Menge des rückgeführten Abgases, die der Spitzenerzeugungsmenge an Ruß entspricht. Es wird die Konzentration des im rückgeführten Abgas, das einem Motoransaugkanal (12, 13) zugeführt wird, enthaltenen Sauerstoffs geschätzt. Auf der Basis der Konzentration des im rückgeführten Abgas enthaltenen Sauerstoffs wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis und/oder die Abgasrückführrate auf seinen bzw. ihren Sollwert eingestellt.

Claims

Verbrennungsmotor (1) mit einem Abgasrückführkanal (27) zur Zuführung von rückgeführtem Abgas zu einer Verbrennungskammer (5) über einen Motoransaugkanal (12, 13) und einer Sauerstoffkonzentrationsschätzeinrichtung zum Schätzen der Konzentration (OEGR) des im zum Motoransaugkanal (12, 13) rückgeführten Abgas enthaltenen Sauerstoffes, gekennzeichnet durch eine Schalteinrichtung zum wahlweisen Umschalten zwischen einem ersten Verbrennungsmodus und einem zweiten Verbrennungsmodus, wobei während des ersten Verbrennungsmodus die Menge des der Verbrennungskammer (5) zugeführten rückgeführten Abgases größer ist als die Menge des rückgeführten Abgases entsprechend einer Spitzenerzeugungsmenge von Ruß, so dass kaum Ruß erzeugt wird, und wobei während des zweiten Verbrennungsmodus die Menge des der Verbrennungskammer (5) zugeführten rückgeführten Abgases geringer ist als die Menge des rückgeführten Abgases entsprechend der Spitzenerzeugungsmenge von Ruß; und eine Steuereinrichtung (40) zum Einstellen des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses und/oder der Abgasrückführrate auf den entsprechenden Sollwert auf der Basis der von der Sauerstoffkonzentrationsschätzeinrichtung geschätzten Sauerstoffkonzentration (OEGR), wenn die Schalteinrichtung zwischen dem ersten und zweiten Verbrennungsmodus umschaltet.
Verbrennungsmotor (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sauerstoffkonzentrationsschätzeinrichtung die Konzentration des im Abgas in einem Auslasskanal (10, 21) des Motors enthaltenen Sauerstoffes detektieren und die Konzentration des im rückgeführten Abgas enthaltenen Sauerstoffes auf der Basis der detektierten Sauerstoffkonzentration schätzen kann.
Verbrennungsmotor (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Motoransaugkanal (12, 13) mit einer Drosselklappe (25) versehen ist, der Sollöffnungsgrad der Drosselklappe (25), der zur Einstellung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses und der Abgasrückführrate auf ihre Sollwerte in Abhängigkeit von der Konzentration des im rückgeführten Abgas enthaltenen Sauerstoffes erforderlich ist, vorläufig gespeichert wird und der Öffnungsgrad der Drosselklappe (25) auf den Sollöffnungsgrad einstellbar ist.
Verbrennungsmotor (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsmotor (1) mit einer Detektionseinrichtung zum Detektieren der Ansaugluftmenge versehen ist, die Sollluftmenge, die zur Einstellung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses und der Abgasrückführrate auf die Sollwerte in Abhängigkeit von der Konzentration des im rückgeführten Abgas enthaltenen Sauerstoffes erforderlich ist, vorläufig gespeichert wird und der Sollöffnungsgrad der Drosselklappe (25) von der Steuereinrichtung (40) so korrigierbar ist, dass die detektierte Ansaugluftmenge zur Sollansaugluftmenge wird.
Verbrennungsmotor (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abgasrückführsteuerventil (29) in einem Abgasrückführkanal (27) vorgesehen ist, der den Motorauslasskanal (10, 21) mit dem Motoransaugkanal (12, 13) verbindet, der Sollöffnungsgrad des Abgasrückführsteuerventils (29), der zur Einstellung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses und der Abgasrückführrate auf die Sollwerte erforderlich ist, vorläufig gespeichert wird und der Öffnungsgrad des Abgasrückführsteuerventils (29) auf den Sollöffnungsgrad einstellbar ist.
Verbrennungsmotor (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsmotor (1) mit einer Detetkionseinrichtung zum Detektieren der Menge des rückgeführten Abgases versehen ist, die Sollmenge des rückgeführten Abgases, die zum Einstellen des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses und der Abgasrückführrate auf die Sollwerte erforderlich ist, vorläufig gespeichert wird und das Abgasrückführsteuerventil (29) seinen Sollöffnungsgrad so steuern kann, dass die Menge des rückgeführten Abgases zur Sollmenge des rückgeführten Abgases wird.
Verbrennungsmotor (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsmotor (1) mit einer Detektionseinrichtung zum Detektieren des Drucks im Motoransaugkanal (12, 13) versehen ist, der Solldruck im Ansaugkanal, der zur Einstellung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses und der Abgasrückführrate auf die Sollwerte in Abhängigkeit von der Konzentration des im rückgeführten Abgas enthaltenen Sauerstoffes erforderlich ist, vorläufig gespeichert wird und das Abgasrückführsteuerventil (29) seinen Sollöffnungsgrad so korrigieren kann, dass der detektierte Druck im Ansaugkanal zum Solldruck wird.
Verbrennungsmotor (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsmotor (1) mit einer Detektionseinrichtung zum Detektieren des Drucks in der Verbrennungskammer (5) bei einem vorgegebenen Kurbelwinkel während eines Kompressionshubes versehen ist, der Solldruck in der Verbrennungskammer (5) bei dem Kurbelwinkel, der zur Einstellung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses und der Abgasrückführrate auf ihre Sollwerte in Abhängigkeit von der Konzentra tion des im rückgeführten Abgas enthaltenen Sauerstoffes erforderlich ist, vorläufig gespeichert wird und das Abgasrückführsteuerventil (29) seinen Sollöffnungsgrad so korrigieren kann, dass der detektierte Druck in der Verbrennungskammer zum Solldruck wird.
Verbrennungsmotor (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Motoransaugkanal (12, 13) mit einer Drosselklappe (25) versehen ist, der Sollöffnungsgrad der Drosselklappe (25), der zur Einstellung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses auf den Sollwert erforderlich ist, vorläufig gespeichert wird, der Öffnungsgrad der Drosselklappe (25) auf den Sollöffnungsgrad einstellbar ist und der Sollöffnungsgrad der Drosselklappe auf Basis der geschätzten Sauerstoffkonzentration so korrigiert werden kann, dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis zum Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis wird.
Verbrennungsmotor (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsmotor (1) mit einer Berechnungseinrichtung zum Berechnen der Konzentration des im verbrannten Gas enthaltenen Sauerstoffes, wenn die Verbrennung bei dem Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis durchgeführt wird, versehen ist, der Sollöffnungsgrad der Drosselklappe (25) so von der Steuereinrichtung (40) gesteuert wird, dass er korrigiert wird, um verringert zu werden, wenn die geschätzte Sauerstoffkonzentration höher ist als die Konzentration des im verbrannten Gas enthaltenen Sauerstoffes und der Sollöffnungsgrad der Drosselklappe (25) von der Steuereinrichtung (40) so gesteuert wird, dass er korrigiert wird, um erhöht zu werden, wenn die geschätzte Sauerstoffkonzentration geringer ist als die Konzentration des im verbrannten Gas enthaltenen Sauerstoffes.
Verbrennungsmotor (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abgasrückführsteuerventil (29) in einem Abgasrückführkanal (27) vorgesehen ist, der den Motorauslasskanal (10, 21) mit dem Motoransaugkanal (12, 13) verbindet, der Sollöffnungsgrad des Abgasrückführsteuerventils (29), der zum Einstellen des Luft-Kraftstoff-Ver hältnisses auf den Sollwert erforderlich ist, vorläufig gespeichert wird, der Öffnungsgrad des Abgasrückführsteuerventils (29) auf den Sollöffnungsgrad eingestellt werden kann und der Sollöffnungsgrad des Abgasrückführsteuerventils (29) auf der Basis der geschätzten Konzentration des im rückgeführten Abgas enthaltenen Sauerstoffes so korrigiert werden kann, dass der Sollöffnungsgrad des Abgasrückführsteuerventils (29) dem Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis entspricht.
Verbrennungsmotor (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsmotor (1) mit einer Berechnungseinrichtung zum Berechnen der Konzentration des im verbrannten Gas enthaltenen Sauerstoffes, wenn die Verbrennung beim Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis durchgeführt wird, versehen ist, der Sollöffnungsgrad des Abgasrückführsteuerventils (29) korrigiert werden kann, um verringert zu werden, wenn die geschätzte Sauerstoffkonzentration höher ist als die Konzentration des im verbrannten Gas enthaltenen Sauerstoffes und der Sollöffnungsgrad des Abgasrückführsteuerventils (29) korrigiert werden kann, um erhöht zu werden, wenn die geschätzte Sauerstoffkonzentration geringer ist als die Konzentration des im verbrannten Gas enthaltenen Sauerstoffes.
Verbrennungsmotor (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er umfasst: eine Speichereinrichtung (42) zum Speichern des Sollöffnungsgrades der Drosselklappe (25), der erforderlich ist, um die Menge des der Verbrennungskammer (5) zugeführten Gases größer zu machen als die Menge eines inaktiven Gases entsprechend einer Spitzenerzeugungsmenge von Ruß und um das Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf ein vorgegebenes Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis einzustellen, eine Detektionseinrichtung zum Detektieren des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses und eine Korrektureinrichtung zum Korrigieren des Sollöffnungsgrades der Drosselklappe (25) derart, dass das detektierte Luft-Kraftstoff-Verhältnis zum Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis wird.
Verbrennungsmotor (1) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrektureinrichtung eine Korrekturgröße für den Sollöffnungsgrad der Drosselklappe (25) detektieren kann und, wenn eine Diskrepanz zwischen dem detektierten Luft-Kraftstoff-Verhältnis und dem Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis vorhanden ist, die Korrektureinrichtung allmählich die Korrekturgröße erhöht oder erniedrigt, um die Diskrepanz zu verringern.
Verbrennungsmotor (1) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsmotor (1) mit einer Lernwertberechnungseinrichtung zum Berechnen eines Lernwertes der Korrekturgröße für den Sollöffnungsgrad der Drosselklappe (25) auf der Basis dieser Diskrepanz versehen ist und, wenn die Diskrepanz einen vorgegebenen eingestellten Wert übersteigt, der Lernwert so erneuert wird, dass der Öffnungsgrad der Drosselklappe sich dem Sollöffnungsgrad annähert.
Verbrennungsmotor (1) nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Betriebsbereich des Motors (1) während des ersten Verbrennungsmodus in eine Vielzahl von Betriebsbereichen aufgeteilt ist, wobei der Lernwert separat für jeden Betriebsbereich berechnet wird, und der Betriebsbereich des Motors (1) während des zweiten Verbrennungsmodus in eine Vielzahl von Betriebsbereichen aufgeteilt ist, wobei der Lernwert separat für jeden Betriebsbereich berechnet wird.
Verbrennungsmotor (1) nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Erneuerung des Lernwertes ausgesetzt wird, bis eine vorgegebene Zeitdauer nach einem Umschaltvorgang zwischen dem ersten Verbrennungsmodus und dem zweiten Verbrennungsmodus abgelaufen ist.
Verbrennungsmotor (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsmotor (1) mit einer Detektionseinrichtung zum Detektieren der Ansaugluftmenge und einem NOx-Absorber (22), der im Motorauslasskanal (10, 21) angeordnet ist, versehen ist, der Verbrennungsmotor (1) des weiteren mit einer Berechnungseinrichtung zum Berechnen entweder einer Sollkraftstoffeinspritzmenge oder einer Sollansaugluftmenge versehen ist, die erforderlich ist, um das Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf ein fettes Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis einzustellen, das erhalten wird, indem die detektierte Ansaugluftmenge durch die Kraftstoffeinspritzmenge geteilt wird, die zuzuführen ist (fettes Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis = detektierte Ansaugluftmenge/zuzuführende Kraftstoffeinspritzmenge), und die Kraftstoffeinspritzmenge oder die Ansaugluftmenge auf die Sollkraftstoffeinspritzmenge oder die Sollansaugluftmenge eingestellt wird, wenn NOx vom NOx-Absorber (22) abgegeben werden soll.
Verbrennungsmotor (1) nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Berechnungseinrichtung die Sollkraftstoffeinspritzmenge berechnen kann, indem sie die detektierte Ansaugluftmenge durch das fette Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis teilt.
Verbrennungsmotor nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Berechnungseinrichtung die Sollansaugluftmenge berechnen kann, indem sie das fette Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis durch die Einspritzmenge des zuzuführenden Kraftstoffes teilt.
Verbrennungsmotor (1) nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsmotor (1) des weiteren mit einer Ermittlungseinrichtung versehen ist, um zu ermitteln, ob NOx vom NOx-Absorber (22) abgegeben werden soll oder nicht, und das Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf das fette Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis während des ersten Verbrennungsmodus eingestellt wird, wenn die Ermittlungseinrichtung ermittelt hat, dass NOx abgegeben werden soll.
Verbrennungsmotor (1) nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsmotor (1) mit einer Schätzeinrichtung zum Schätzen der im NOx-Absorber (22) absorbierten Menge an NOx versehen ist, die Steuereinrichtung (40) eine derartige Steuerung durchführen kann, dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis zeitweise zum Zeitpunkt des Überganges vom zweiten Verbrennungsmodus zum ersten Verbrennungsmodus fett gemacht wird, wenn die geschätzte Menge an NOx einen ersten zulässigen Maximalwert während des zweiten Verbrennungsmodus überschritten hat, und die Steuereinrichtung (40) eine derartige Steuerung durchführen kann, dass zusätzlicher Kraftstoff während der letzten Hälfte eines Expansionshubes oder während eines Ausstoßhubes eingespritzt wird, um das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in den NOx-Absorber (22) strömenden Abgases auf einen stöchiometrischen Wert zu bringen oder fett zu machen, wenn die geschätzte Menge an NOx einen zweiten zulässigen Maximalwert überschritten hat, der größer ist als der erste zulässige Maximalwert während des zweiten Verbrennungsmodus.
Verbrennungsmotor (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein NOx-Absorber (22) im Motorauslasskanal (10, 21) angeordnet ist, eine Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Detektionseinrichtung zum Detektieren des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Abgases im Motorauslasskanal (10, 21) angeordnet ist und das Luft-Kraftstoff-Verhältnis in der Verbrennungskammer (5) zur fetten Seite hin korrigiert werden kann, wenn nicht die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Detektionseinrichtung ein fettes Luft-Kraftstoff-Verhältnis detektiert oder das Luft-Kraftstoff-Verhältnis in der Verbrennungskammer (5) fett gemacht wird, um NOx vom NOx-Absorber (22) abzugeben.
Verbrennungsmotor (1) nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Detektionseinrichtung im Motorauslasskanal abstromseitig des NOx-Absorbers (22) angeordnet ist, die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Detektionseinrichtung eine Zeitdauer detektieren kann, die mit der Einstellung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses in der Verbrennungskammer (5) auf einen fetten Wert beginnt und mit der Detektion eines fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses durch die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Detektionseinrichtung endet, und proportional zur Länge der Zeitdauer das Timing zum Abgeben von NOx vom NOx-Absorber (22) verzögert werden kann.
Verbrennungsmotor (1) nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass vor einem Ablauf der Zeitdauer das Timing zum Abgeben von NOx vom NOx-Absorber (22) proportional zur Menge des in den NOx-Absorber (22) strömenden Abgases verzögert werden kann.
Verbrennungsmotor (1) nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Ablauf der Zeitdauer das Timing zum Abgeben von NOx vom NOx-Absorber (22) proportional zur Fettheit des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des in den NOx-Absorber (22) strömenden Abgases verzögert werden kann.