DE112013007553T5

DE112013007553T5 - Steuervorrichtung für Fremdzündungsmotor

Info

Publication number: DE112013007553T5
Application number: DE112013007553.9T
Authority: DE
Inventors: Kengo Kumano; Yoshihiro Sukegawa
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2013-10-30
Filing date: 2013-10-30
Publication date: 2016-07-14
Anticipated expiration: 2033-10-31
Also published as: DE112013007553B4; WO2015063874A1; JPWO2015063874A1; JP6244369B2

Abstract

Bei einem Katalysatoraufwärmbetrieb wird direkt nach dem Anlassen eines Motors selbst bei einer Veränderung der Umwelt oder einer zeitbedingten Veränderung Feinstaub (PM) als toxische Substanz im Abgas reduziert und wird die für das Aufwärmen notwendige Abgastemperatur angehoben, während eine Verschlechterung des Kraftstoffverbrauchs auf ein Minimum reduziert wird. Gemäß der vorliegenden Erfindung führt zum Lösen des obigen Problems eine Motorsteuereinrichtung mit einem Feinstauberfassungsmittel zum Erfassen von Feinstaub im Abgas und einem Abgastemperaturerfassungsmittel zum Erfassen der Temperatur des Abgases eine Kraftstoffeinspritzung und eine Zündsteuerung im Motor auf der Grundlage der Feinstaubkonzentration, die mit dem Feinstauberfassungsmittel erfasst wird, und der Abgastemperatur durch, die mit dem Abgastemperaturerfassungsmittel erfasst wird. Es ist möglich, den Feinstaub zu reduzieren und die Abgastemperatur anzuheben, während die Verschlechterung des Kraftstoffverbrauchs auf ein Minimum reduziert wird.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Motorsteuervorrichtung und insbesondere eine Steuervorrichtung zum Steuern des Kraftstoffs und der Zündung mittels eines Sensors zum Erfassen von Partikeln bzw. Feinstaub im Abgas.
Stand der Technik
In den letzten Jahren sind die Beschränkungen, in Bezug auf Feinstaub, der von einem Kraftfahrzeugmotor abgegeben wird, in den Ländern auf der ganzen Welt verschärft worden. Weiterhin werden die Beschränkungsbereiche erweitert, und nicht nur Dieselmotoren sondern auch Benzinmotoren, insbesondere mit einem Zylinder-Einspritz-Benzinmotor, werden von diesen Beschränkungsbereichen mit umfasst. Um die obigen Beschränkungen zu erfüllen, werden bei den heutigen Dieselmotoren Gegenmaßnahmen vorgesehen, wie beispielsweise eine Beseitigung von Feinstaub durch eine Abgasnachbehandlungseinrichtung, wie zum Beispiel ein Filter (DPF: Dieselpartikelfilter), und eine Reduzierung der Feinstaubmenge im Verbrennungsgas durch eine Verbrennungsregelung. Allerdings wird die Menge der Feinstaubemission üblicherweise durch eine Veränderung der Umwelt, wie beispielsweise Temperaturänderungen, Feuchtigkeit und Kraftstoffeigenschaft sowie zeitbedingte Veränderung (Verschlechterung) von Motorteilen beeinflusst. Die Emission nimmt aufgrund verschiedener Bedingungen während des eigentlichen Betriebs zu.
Als Verfahren zum Lösen dieses Problems wird eine fahrzeugseitige Erfassungsvorrichtung vorgeschlagen, um Feinstaub im Abgas eines Motors leicht zu erfassen. Mittels einer solchen Erfassungsvorrichtung ist es möglich, die Zunahme und Abnahme der Menge (Konzentration) von Feinstaub bei einer Veränderung der Umwelt oder einer Verschlechterung zu überwachen (in der Patentliteratur 1 beschrieben).
Weiter wird ein Verfahren zum Erfassen von Schwarzrauch (Feinstaub) mit einer Erfassungsvorrichtung für Schwarzrauchkonzentrationen und zum Steuern der Kraftstoffeinspritzmenge und des Kraftstoffeinspritzzeitpunkts auf der Grundlage dieses Ergebnisses vorgeschlagen, um den Feinstaub im Abgas zu reduzieren (in der Patentliteratur 2 beschrieben).
Fundstellenliste
Patentliteratur

Patentliteratur 1: japanische veröffentlichte ungeprüfte Patentanmeldung Nr. 2010-14614
Patentliteratur 2: japanische veröffentlichte ungeprüfte Patentanmeldung Nr. 2006-329158

Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
Beim Zylinder-Einspritz-Benzinmotor ist es notwendig, einen Drei-Wege-Katalysator aufzuwärmen, um unverbrannten Kohlenwasserstoff direkt nach dem Anlassen des Motors zu beseitigen. Die Abgastemperatur wird durch eine Verzögerung des Zündzeitpunkts auf einen Zeitpunkt nach dem oberen Totpunkt erhöht (Katalysatoraufwärmvorgang). Um eine stabile Verbrennung in einer Situation zu realisieren, in der der Zündzeitpunkt auf den Zeitpunkt nach dem oberen Totpunkt verzögert wird, wird ein reiches (überreiches) Luft-Kraftstoff-Gemisch um eine Zündkerze durch Kraftstoffeinspritzung in den Motorverdichtungstakt gebildet. Wenn Feinstaub in einem reichen Bereich in einer Brennkammer gebildet wird, ist die Menge der Feinstaubemission im Zylinder-Einspritz-Benzinmotor beim Katalysatoraufwärmvorgang direkt nach dem Anlassen des Motors groß.
Demgemäß ist es beim Katalysatoraufwärmvorgang notwendig, die Feinstaubmenge unter Beibehaltung einer Abgastemperatur zu reduzieren, die für die Katalysatoraufwärmung notwendig ist. Es ist unmöglich, die Kraftstoffeinspritzung und Zündsteuerung unabhängig zu steuern, weil sie sowohl die Abgastemperatur als auch die Feinstaubkonzentration signifikant beeinflussen. Zum Beispiel wird im in der Patentliteratur 2 offenbarten Verfahren die Kraftstoffeinspritzsteuerung und dergleichen nur auf der Grundlage des Erfassungsergebnisses von Schwarzrauch (Feinstaub) durchgeführt. Es ist möglich, den Schwarzrauch zu reduzieren, es ist allerdings schwierig, die Abgastemperatur sicherzustellen, die für die Katalysatorerwärmung notwendig ist.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Motorsteuervorrichtung vorzusehen, die in der Lage ist, Feinstaub zu reduzieren und die Abgastemperatur beim Katalysatoraufwärmvorgang zu erhöhen.
Lösung des Problems
Um die obige Aufgabe zu erzielen, ist eine Steuervorrichtung eines Fremdzündungsmotors gemäß der vorliegenden Erfindung eine Steuervorrichtung eines Fremdzündungsmotors, die folgendes umfasst: ein Kraftstoffeinspritzsteuermittel zum Steuern der Menge und/oder des Zeitpunkts der Kraftstoffeinspritzung; ein Zündsteuermittel zum Steuern der Zündung von Kraftstoff, der mit dem Kraftstoffeinspritzsteuermittel eingespritzt wird; ein Feinstauberfassungsmittel zum Erfassen oder Einschätzen von Feinstaub im Abgas; und ein Abgastemperaturerfassungsmittel zum Erfassen oder Einschätzen der Abgastemperatur, wobei die Kraftstoffeinspritzsteuerung und die Zündsteuerung im Motor auf der Grundlage der Feinstaubkonzentration, die mit dem Feinstauberfassungsmittel erfasst oder eingeschätzt wird, und der Abgastemperatur, die mit dem Abgastemperaturerfassungsmittel erfasst oder eingeschätzt wird, gesteuert werden.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es selbst zum Beispiel bei einer Veränderung der Umwelt oder zeitbedingten Veränderung möglich, den Feinstaub zu verringern und die Abgastemperatur beim Katalysatoraufwärmvorgang zu erhöhen, während eine Verschlechterung des Kraftstoffverbrauchs auf ein Minimum reduziert wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Systemkonfigurationsdarstellung einer Motorsteuervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 ist eine Darstellung in Bezug auf das Prinzip eines Feinstauberfassungssensors gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
3 ist eine Darstellung des Verhältnisses zwischen dem Zündzeitpunkt und der Abgastemperatur gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
4 ist eine Darstellung des Verhältnisses zwischen dem Kraftstoffeinspritzzeitzeitpunkt und der Feinstaubkonzentration gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
5 ist eine Darstellung des Verhältnisses zwischen dem Kraftstoffeinspritzzeitpunkt und dem Zündzeitpunkt gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
6 veranschaulicht den Einfluss des Kraftstoffdrucks auf die Feinstaubkonzentration und die Abgastemperatur gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
7 veranschaulicht den Einfluss der Zündenergie auf die Feinstaubkonzentration und die Abgastemperatur gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
8 ist ein Systemblockschaltbild, das eine Konfiguration der Motorsteuervorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
9 ist eine schematische Darstellung einer Logik der Kraftstoffeinspritzung und Zündsteuerung, die in einer ECU der Motorsteuervorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird;
10 ist eine Konzeptionsdarstellung einer Kraftstoffeinspritzung und Zündsteuerung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
11 ist ein Fließdiagramm, das eine Übersicht der Kraftstoffeinspritzung und der Zündsteuerung mit der Motorsteuervorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
12 ist eine Zeitpunktgrafik (Bedingung: D₃), das eine Übersicht der Kraftstoffeinspritzung und der Zündsteuerung mit der Motorsteuervorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
13 ist eine Zeitpunktgrafik (Bedingung: D₄), die eine Übersicht der Kraftstoffeinspritzung und der Zündsteuerung mit der Motorsteuervorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt; und
14 ist eine Zeitpunktgrafik (Bedingung: D₅), die eine Übersicht der Kraftstoffeinspritzung und der Zündsteuerung mit der Motorsteuervorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
Beschreibung von Ausführungsformen
Im Folgenden werden die Konfiguration und der Betrieb einer Motorsteuervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mittels der 1 bis 14 beschrieben. 1 ist eine Systemkonfigurationsdarstellung, die eine Systemkonfiguration zeigt, in der die Motorsteuervorrichtung gemäß der Ausführungsform der Erfindung auf einen Zylinder-Einspritz-Benzinmotor eines Kraftfahrzeugs angewendet wird.
Ein Motor 100 ist ein 4-Zylinder-Benzinmotor eines Kraftfahrzeugs für eine durch Funkenzündung bewirkte Verbrennung. Ein Luftstromsensor 1 zum Messen der Ansaugluftmenge, eine elektronisch gesteuerte Drossel 2 zum Steuern des Ansaugrohrdrucks und ein Ansaugluft-Temperatursensor 15 als Aspekt eines Ansaugluft-Temperaturdetektors zum Messen der Temperatur der Ansaugluft und weiter ein Ansaugdrucksensor 21 zum Messen des Drucks im Ansaugrohr sind in jeweiligen geeigneten Positionen eines Ansaugrohrs 6 vorgesehen. Weiterhin werden im Motor 100 eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung (im Folgenden Einspritzvorrichtung) 3 zum Einspritzen von Kraftstoff in eine Brennkammer 12 der jeweiligen Zylinder und ein Zündsystem 4 zum Zuführen von Zündenergie vom Zylinder vorgesehen. Weiterhin ist ein Kühlmitteltemperatursensor 14 zum Messen der Temperatur von Kühlmittel für den Motor in einer geeigneten Position eines Zylinderkopfs 7 vorgesehen. Außerdem wird ein variables Ventil 5 mit einer variablen Einlassventilvorrichtung 5a zum Steuern von Ansauggas, das im Zylinder strömt, und eine variable Abgasventilvorrichtung 5b zum Steuern des Abgases, das aus dem Zylinder abgegeben wird, in jeweiligen geeigneten Positionen des Zylinderkopfs 7 vorgesehen. Die Menge der Ansaugluft und der AGR-Betrag werden in allen Zylindern Nummer 1 bis Nummer 4 durch Steuerung des variablen Ventils 5 gesteuert. Außerdem wird eine Hochdruck-Kraftstoffpumpe 17 zum Zuführen von Hochdruckkraftstoff zur Kraftstoffeinspritzvorrichtung 3 mit der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 3 mit der Kraftstoffleitung verbunden. Ein Kraftstoffdrucksensor 18 zum Messen des Kraftstoffeinspritzdrucks ist in der Kraftstoffleitung vorgesehen.
Darüber hinaus wird ein Drei-Wege-Katalysator 10 zum Reinigen des Abgases, ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 9 als Aspekt eines Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Detektors zum Erfassen des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Abgases auf der stromaufwärtigen Seite des Drei-Wege-Katalysators 10, ein Abgastemperatursensor 11 als Aspekt eines Abgastemperaturdetektors zum Messen der Temperatur des Abgases auf der stromaufwärtigen Seite des Drei-Wege-Katalysators 10, ein Katalysatortemperatursensor 22 als Aspekt eines Katalysatortemperaturdetektors zum Messen der Temperatur des Drei-Wege-Katalysators 10 und ein Feinstaubsensor 19 als Aspekt eines Feinstaubdetektors zum Messen der Feinstaubkonzentration auf der stromaufwärtigen Seite des Drei-Wege-Katalysators 10 in jeweiligen geeigneten Positionen des Abgasrohrs 8 vorgesehen. Weiterhin wird die Kurbelwelle mit einem Kurbelwinkelsensor 13 zum Berechnen eines Drehwinkels ausgestattet.
Signale, die vom Luftstromsensor 1, vom Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 9, vom Kühlmitteltemperatursensor 14, vom Ansauglufttemperatursensor 15, vom Abgastemperatursensor 11, vom Katalysatortemperatursensor 22, vom Feinstaubsensor 19, vom Kurbelwinkelsensor 13, vom Kraftstoffdrucksensor 18, vom Ansaugdrucksensor 21 und vom variablen Ventil (Phasenwinkelsensor) 5 erhalten werden, werden zu einer Motorsteuereinheit (ECU) 20 gesendet. Außerdem wird ein Signal, das von einem Beschleunigungsöffnungsgradsensor 16 erhalten wird, zur ECU 20 gesendet. Der Beschleunigungsöffnungsgradsensor 16 erfasst das Ausmaß der Betätigung eines Gaspedals, d. h. den Beschleunigungsöffnungsgrad. Die ECU 20 berechnet das erforderliche Drehmoment auf der Grundlage des Ausgangssignals vom Beschleunigungsöffnungsgradsensor 16. Das bedeutet, dass der Beschleunigungsöffnungsgradsensor 16 als erforderlicher Drehmomenterfassungssensor verwendet wird, um das erforderliche Drehmoment für den Motor zu erfassen. Außerdem berechnet die ECU 20 die Motordrehzahl auf der Grundlage des Ausgangssignals vom Kurbelwinkelsensor 13. Die ECU 20 berechnet in optimaler Weise die primären Motorbetriebsmengen, wie beispielsweise den Luftmassendurchsatz, die Kraftstoffeinspritzmenge, den Zündzeitpunkt und den Kraftstoffdruck auf der Grundlage des Motorbetriebszustands, der aus den Ausgaben der obigen verschiedenen Sensoren erhalten wird.
Die Kraftstoffeinspritzmenge, die mit der ECU 20 berechnet wird, wird in ein Ventilöffnungsimpulssignal umgewandelt und zur Einspritzvorrichtung 3 gesendet. Darüber hinaus wird ein Zündsignal zum Zündsystem 4 gesendet, um eine Zündung zum Zündzeitpunkt durchzuführen, der mit der ECU 20 berechnet wird. Weiterhin wird der Drosselöffnungsgrad, der mit der ECU 20 berechnet wird, als Drosselantriebsignal zur elektronisch gesteuerten Drossel 2 gesendet. Zudem wird die Betriebsmenge des variablen Ventils, die mit der ECU 20 berechnet wird, als variables Ventilantriebssignal zum variablen Ventil 5 gesendet. Weiterhin wird der Kraftstoffdruck, der mit der ECU 20 berechnet wird, als Hochdruck-Kraftstoffpumpenantriebssignal zur Hochdruck-Kraftstoffpumpe 17 gesendet.
Der Kraftstoff wird in die Luft eingespritzt, die vom Ansaugrohr 6 über das Ansaugventil in die Brennkammer 12 strömt, um ein Luft-Kraftstoff-Gemisch zu bilden. Das Luft-Kraftstoff-Gemisch wird mit einem Funken, der vom Zündsystem 4 zu einem vorbestimmten Zündzeitpunkt erzeugt wird, explodieren gelassen, um den Kolben mit dem Druck der Kraftstoffverbrennung herunterzudrücken und so eine Motorantriebskraft vorzusehen. Außerdem wird das Abgas nach der Explosion über das Abgasrohr 8 zum Drei-Wege-Katalysator 10 geleitet. Die Abgaskomponente wird im Drei-Wege-Katalysator 10 gereinigt und nach außen abgegeben.
2 veranschaulicht das Prinzip des Feinstaubsensors 19 der Motorsteuervorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Der Feinstaubsensor 19 wird in das Abgasrohr 8 eingesetzt, durch das Abgas mit dem Feinstaub hindurchgeführt wird. Es wird eine Spannung zwischen einer Staubsammelelektrode A19a und einer Staubsammelelektrode B19b mittels einer Energiequelle angelegt, um eine Abgabe von der Staubsammelelektrode B19b zu bewirken und den Feinstaub, der im Abgas vorhanden ist, zu aufzuladen und den Feinstaub an der Oberfläche des Dielektrikums 19c zu sammeln, das die Staubsammelelektrode A19a bedeckt. Wenn der Feinstaub auf dem Dielektrikum 19c abgelagert wird, ändert sich der elektrische Kennwert (z. B. die Kapazität) zwischen der Staubsammelelektrode A19a und der Messelektrode 19d, die mit dem Dielektrikum, auf dem Feinstaub abgelagert ist, zwischen ihnen vorgesehen ist, in Übereinstimmung mit der Menge des abgelagerten Feinstaubs. Es ist möglich, die Menge an Feinstaub, der an der Oberfläche des Dielektrikums 19c gesammelt wird, mittels des Änderungsbetrags des elektrischen Kennwerts zu erhalten. Weiterhin ist es möglich, die Feinstaubkonzentration mittels der Abgasdurchsatzes zu dieser Zeit zu erhalten.
Das Prinzip der Steuerung bezüglich der Feinstaubkonzentration und Abgastemperatur in der Motorsteuervorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird mittels der 3 bis 7 beschrieben.
3 veranschaulicht das Verhältnis zwischen dem Zündzeitpunkt θspk und der Abgastemperatur Tex in der Motorsteuervorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wie im Fall eines generellen Fremdzündungsmotors wird der Verbrennungszeitpunkt in Übereinstimmung mit der Verzögerung des Zündzeitpunkts verzögert. Demgemäß wird die Wärmeeffizienz gesenkt, dann wird Energie, die durch die Verbrennung erzeugt wird, zu Abwärme und die Abgastemperatur steigt. Bei einem normalen Motorbetrieb wird der Zündzeitpunkt generell auf einen Zeitpunkt eingestellt, zu dem die Wärmeeffizienz am höchsten ist (Kraftstoffverbrauch wird reduziert). Allerdings wird direkt nach dem Anlassen des Motors der Drei-Wege-Katalysator 10 gekühlt (in einem Zustand, in dem die Effizienz der Reinigung von unverbranntem Kohlenwasserstoff und NOx im Abgas äußerst gering ist). Demgemäß erfolgt zum schnellen Anstieg der Katalysatortemperatur die Steuerung zum Verzögern des Zündzeitpunkts (z. B. nach einer Verdichtung am oberen Totpunkt), um die Abgastemperatur zu erhöhen, d. h. es wird eine Katalysatoraufwärmsteuerung durchgeführt.
4 veranschaulicht das Verhältnis zwischen dem Kraftstoffeinspritzzeitpunkt IT und der Feinstaubkonzentration PM im Abgas in der Motorsteuervorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wie es bei einem generellen Zylinder-Einspritzmotor der Fall ist, gibt es eine Tendenz dahingehend, dass der Feinstaub PM im Abgas in Übereinstimmung mit der Verzögerung des Kraftstoffeinspritzzeitpunkts IT erhöht ist. Insbesondere wenn der Kraftstoffeinspritzzeitpunkt IT sich im Kompressionshub befindet, ist diese Tendenz beachtlich. Das Mischen des Kraftstoffs mit der Luft in der Brennkammer ist in Übereinstimmung mit einer Verzögerung des Kraftstoffeinspritzzeitpunkts IT unzureichend, und das Luft-Kraftstoff-Gemisch mit dem kraftstoffreichen Anteil wird verbrannt. Es ist bekannt, dass die Feinstaubkonzentration PM im Abgas von der Feinstaubmenge abhängt, die bei Verbrennung im kraftstoffreichen Bereich in der Brennkammer gebildet wird.
5 veranschaulicht das Verhältnis zwischen dem Zündzeitpunkt θspk und dem Kraftstoffeinspritzzeitpunkt IT in der Motorsteuervorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wie oben beschrieben, wird während der Katalysatoraufwärmsteuerung zum Anheben der Abgastemperatur der Zündzeitpunkt so weit wie möglich auf die Verzögerungsseite (nach der Kompression am oberen Totpunkt) festgelegt. Es ist zu beachten, dass bei einer Verzögerung des Zündzeitpunkts die Temperatur in der Brennkammer bei einer Zündung gesenkt wird und die Verbrennung nicht ohne Schwierigkeiten stattfindet. Im Ergebnis ist die Verbrennung instabil. Um die Verbrennung in einem Zustand zu stabilisieren, in dem der Zündzeitpunkt verzögert ist, ist es notwendig, einen Luft-Kraftstoff-Gemisch-Zustand zu bilden, bei dem eine Zündung um die Zündkerze herum bei einer Zündung leicht hervorgerufen wird (kraftstoffreicher Zustand). Um ein kraftstoffreiches Luft-Kraftstoff-Gemisch zu bilden, ist es notwendig, den Kraftstoff direkt vor der Zündung einzuspritzen und eine Zündung in einem Zustand durchzuführen, in dem ein Mischen nicht vollständig fortgeschritten ist. Wie in 5 gezeigt ist, ist es bei einer Katalysatoraufwärmsteuerung, wenn der Zündzeitpunkt θspk extrem verzögert ist, notwendig, den Kraftstoffeinspritzzeitpunkt IT auf der verzögerten Seite in Übereinstimmung mit der Verzögerung des Zündzeitpunkts einzustellen. Mit anderen Worten bestimmen der Zündzeitpunkt θspk und der Kraftstoffeinspritzzeitpunkt IT, ob eine stabile Verbrennung möglich ist oder nicht.
6 veranschaulicht den Einfluss des Kraftstoffdrucks auf die Feinstaubkonzentration PM und die Abgastemperatur Tex gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wie in 3 bis 5 beschrieben, ist es, wenn der Zündzeitpunkt bei einem Katalysatoraufwärmbetrieb extrem verzögert ist, für eine stabile Verbrennung notwendig, den Zündzeitpunkt und den Kraftstoffeinspritzzeitpunkt zu steuern, die miteinander verbunden sind. Um die Abgastemperatur Tex zu erhöhen, ist es notwendig, den Zündzeitpunkt θspk zu verzögern, und es ist auch notwendig, den Kraftstoffeinspritzzeitpunkt IT in Übereinstimmung mit dem Zündzeitpunkt zu verzögern. Die Feinstaubkonzentration PM wird durch die Verzögerung erhöht. Demgegenüber wird, wenn die Feinstaubkonzentration PM reduziert werden soll, notwendig, die Kraftstoffeinspritzzeitpunkt IT vorzuverlegen, und es ist auch notwendig, den Zündzeitpunkt θspk in Übereinstimmung mit dem Kraftstoffzündzeitpunkt vorzuverlegen. Die Abgastemperatur Tex wird durch die Vorverlegung gesenkt. Demgemäß befinden sich bei der Steuerung des Zündzeitpunkts θspk und des Kraftstoffeinspritzzeitpunkts IT der Feinstaub PM und die Abgastemperatur Tex in einem Ausgleichsverhältnis, wie mit A in 6 angegeben. Um die Feinstaubkonzentration PM ohne Senken der Abgastemperatur Tex zu senken, ist es notwendig, einen Luft-Kraftstoff-Gemisch-Zustand zu bilden, in dem eine Zündung um die Zündkerze herum leicht bewirkt werden kann, und die kraftstoffreiche Region unter Beibehaltung des Zündzeitpunkts θspk zu minimieren. Durch Anheben des Kraftstoffdrucks werden die Atomisierungs- und Verdampfungskennwerte des Kraftstoffs stark verbessert. Selbst bei demselben Kraftstoffeinspritzzeitpunkt IT ist es möglich, die kraftstoffreiche Region zu reduzieren und die Bildung von Feinstaub zu verringern. Das bedeutet, dass es durch Erhöhen des Kraftstoffdrucks möglich ist, die Feinstaubkonzentration PM zu senken, ohne die Abgastemperatur Tex zu verringern, wie mit B in 6 angegeben. Es ist zu beachten, dass zusätzlich zum Ansteigen des Kraftstoffdrucks die Feinstaubkonzentration PM durch Erhöhen der Anzahl einer kraftstoffaufgeteilten mehrstufigen Einspritzung in einem Verbrennungszyklus reduziert werden kann, um die Sprühform zu ändern und so die kraftstoffreiche Region zu reduzieren. Weiter ist es möglich, die Feinstaubkonzentration PM durch eine andere Steuerung zum Erhöhen der Kraftstofftemperatur mit einer Heizeinrichtung oder dergleichen, oder zum Erhöhen des Verhältnisses von Ethanol oder dergleichen im Fall eines Motors mit Mischkraftstoff, der Ethanol oder dergleichen enthält, in ähnlicher Weise zu senken.
7 veranschaulicht den Einfluss der Zündenergie auf die Feinstaubkonzentration PM und die Abgastemperatur Tex gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In der Figur handelt es sich beim Buchstaben A um dasselbe Verhältnis wie bei dem in 6 gezeigten. Um die Abgastemperatur Tex ohne Erhöhen der Feinstaubkonzentration PM zu anzuheben, ist es notwendig, den Zündzeitpunkt θspk unter Beibehaltung des Verbrennungseinspritzzeitraums IT zu verzögern. Demgemäß ist es notwendig, eine Maßnahme zu ergreifen, um eine Zündung und Verbrennung fehlerfrei selbst bei einem Luft-Kraftstoff-Gemisch-Zustand zu bewirken, bei dem eine Zündung nicht ohne Schwierigkeiten bewirkt wird. Es ist möglich, eine Zündung selbst bei einer niedrigen Temperatur oder einem mageren Luft-Kraftstoff-Gemisch-Zustand durch Anheben der Entladeenergie bei einer Zündung zu bewirken. Das bedeutet, dass es durch Erhöhen der Zündungsenergie möglich ist, die Abgastemperatur Tex zu erhöhen, ohne die Feinstaubkonzentration PM anzuheben, wie mit C in 6 angegeben ist. Es ist zu beachten, dass ein Mittel zum Erhöhen der Entladeenergie eine Verlängerung der Entladezeit, eine Erhöhung der Anzahl der Entladungen oder eine Überlappungsentladung mit mehreren Zündkerzen in einem Motor mit mehreren Zündkerzen für einen Zylinder ist.
Das Verfahren zum Steuern der Feinstaubkonzentration und der Abgastemperatur in der Motorsteuervorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird mittels der 8 bis 14 beschrieben.
8 ist ein Systemblockschaltbild, das die Konfiguration der Motorsteuervorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Die Ausgangssignale vom Luftstromsensor 1, vom Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 9, vom Abgastemperatursensor 11, vom Kurbelwinkelsensor 13, vom Kühlmitteltemperatursensor 14, vom Ansauglufttemperatursensor 15, vom Beschleunigungsöffnungsgradsensor 16, vom Kraftstoffdrucksensor 18, vom Feinstaubsensor 19, vom Ansaugdrucksensor 21 und vom Katalysatortemperatursensor 22 werden in die Eingabeschaltung 200 der ECU 20 eingegeben. Es ist zu beachten, dass die Eingangssignale nicht auf diese Signale beschränkt sind. Die Eingangssignale von den jeweiligen Sensoren werden an den Eingangsanschluss eines Eingangs/Ausgangsanschlusses 20b gesendet. Die an den Eingangsanschluss 20b gesendeten Werte werden in einem RAM 20c gespeichert, und mit der CPU 20e im Betrieb verarbeitet. Das Steuerprogramm, in dem der im Betrieb verarbeitete Inhalt beschrieben wird, wird vorher in einen ROM 20d geschrieben.
Die Werte, die die Betriebsmengen der jeweiligen Stellantriebe angeben, die in Übereinstimmung mit dem Steuerprogramm berechnet werden, sind im RMA 20c gespeichert, werden dann zu einem Ausgangsanschluss im Eingangs/Ausgangs-Anschluss 20b gesendet und über die jeweiligen Antriebsschaltungen zu den jeweiligen Stellantrieben gesendet. In der vorliegenden Ausführungsform werden als Antriebsschaltungen eine elektronisch gesteuerte Drosselantriebsschaltung 20f, eine Einspritzvorrichtungsantriebsschaltung 20g, eine Zündausgangsschaltung 20h, eine Antriebsschaltung 20j für variable Ventile und eine Hochdruckkraftstoffpumpenantriebsschaltung 20k vorgesehen. Die jeweiligen Schaltungen steuern die elektronisch gesteuerte Drossel 2, die Einspritzvorrichtung 3, das Zündsystem 4, das variable Ventil 5 bzw. die Hochdruckkraftstoffpumpe 17. In der vorliegenden Ausführungsform werden die obigen Antriebsschaltungen in der ECU 20 vorgesehen; allerdings ist die Erfindung nicht auf diese Anordnung beschränkt, sondern es kann jede der obigen Antriebsschaltungen in der ECU 20 vorgesehen werden.
Bei einem Katalysatoraufwärmvorgang steuert die ECU 20 das Zündsystem (Zündzeitpunkt und Zündenergie), die Einspritzvorrichtung (Kraftstoffeinspritzzeitpunkt) und die Hochdruckkraftstoffpumpe (Kraftstoffdruck), um so die Abgastemperatur und den Feinstaub in einem gewünschten Bereich zu steuern, und zwar auf der Grundlage der Eingangssignale.
9 ist eine schematische Darstellung einer Logik der Kraftstoffeinspritzung und Zündsteuerung bei einem Katalysatoraufwärmbetrieb unter Durchführung in der ECU 20 in der Motorsteuervorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Sie hat einen Betriebsbedingungs-Bestimmungsteil, einen auf Kraftstoff und Zündung bezogenen Steuerteil und einen auf Kraftstoff/Zündungs-Kompensationssteuerteil. Ein Kurbelwinkelsensorsignal 13, ein Beschleunigungsöffnungsgradsensorsignal 16 und ein Katalysatortemperatursensorsignal 22 werden in den Betriebsbedingungs-Bestimmungsteil eingegeben. Hier werden die Motordrehzahl und das erforderliche Motordrehmoment berechnet, und es wird bestimmt, ob der gegenwärtige Betriebszustand eine Bedingung für die Katalysatoraufwärmsteuerung ist oder nicht.
Wenn eine Katalysatoraufwärmsteuerkennzeichen, die vom Betriebsbedingungs-Bestimmungsteil ausgegeben wird, 1 ist, gibt das Kraftstoff/Zündungs-bezogene Steuerteil den zuvor eingestellten Kraftstoffeinspritzzeitpunkt, den Kraftstoffdruck, den Zündzeitpunkt und die Abgabezeit an die Einspritzvorrichtung, die Hochdruckkraftstoffpumpe und das Zündungssystem aus.
Wenn die Katalysatoraufwärmsteuerkennzeichen, die vom Betriebsbedingungs-Bestimmungsteil ausgegeben wird, 1 ist, gibt das Kraftstoff/Zündungskompensationssteuerteil Korrekturbeträge des Kraftstoffeinspritzzeitpunkts, des Kraftstoffdrucks, des Zündzeitpunkts und der Abgabezeit auf der Grundlage des gegenwärtigen Abgastemperatursensorsignals 11 und des Feinstaubsensorsignals 19 aus.
10 ist eine Darstellung, die das Konzept der Auswahlsteuerung für die Kraftstoffeinspritzung und die Zündsteuerung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
Die ECU 20 führt eine Kraftstoffeinspritzung und Zündsteuerung selektiv mittels mehrerer Steuerungsverfahren auf der Grundlage der erfassten Abgastemperatur Tex und der Feinstaubkonzentration PM durch. Während des Katalysatoraufwärmbetriebs ist es notwendig, die Steuerung so durchzuführen, dass die Abgastemperatur Tex höher als ein Schwellenwert SL_Tex ist und die Feinstaubkonzentration PM niedriger als ein Schwellenwert SL_PM ist. Dieser Zustand (normaler Zustand) ist mit einem Punkt S in der Figur angegeben.
Unter der Bedingung, dass die Abgastemperatur Tex niedriger als der Schwellenwert SL_Tex ist und die Feinstaubkonzentration PM niedriger als der Schwellenwert SL_PM ist (Punkt D₂ und Punkt D₄), wird eine Verzögerungssteuerung in Bezug auf den Einspritzzeitpunkt und den Zündzeitpunkt durchgeführt, um die Abgastemperatur zu erhöhen. Es ist zu beachten, dass bei einer Durchführung der Verzögerungssteuerung in Bezug auf den Einspritzzeitpunkt und den Zündzeitpunkt vom Punkt D₄ die Feinstaubkonzentration PM gleich dem Schwellenwert SL_PM wird (Punkt D₄'). In diesem Zustand ist es unmöglich, die Feinstaubkonzentration PM weiter zu erhöhen. Demgemäß wird von diesem Zustand der Einspritzzeitpunkt nicht verzögert, sondern wird der Zündzeitpunkt verzögert, um die Abgastemperatur zu erhöhen, während die Verbrennungsstabilität sichergestellt wird, indem die Zündenergie (Verlängerung der Abgabezeit oder dergleichen) angehoben wird, um den Normalzustand zu erzielen (Punkt S). Das bedeutet, dass die Steuerung zum Erhöhen der Abgastemperatur auf der Grundlage der Feinstaubkonzentration PM ausgewählt wird.
Unter der Bedingung, dass die Abgastemperatur Tex höher als der Schwellenwert SL_Tex ist und die Feinstaubkonzentration PM höher als der Schwellenwert SL_PM ist (Punkt D₁ und Punkt D₃), wird eine Vorverlegungssteuerung in Bezug auf den Einspritzzeitpunkt und den Zündzeitpunkt durchgeführt, um die Feinstaubkonzentration PM zu reduzieren. Es ist zu beachten, dass bei der Durchführung einer Vorverlegungssteuerung in Bezug auf den Einspritzzeitpunkt und den Zündzeitpunkt vom Punkt D₃ die Abgastemperatur Tex gleich dem Schwellenwert SL_Tex wird (Punkt D₃'). In diesem Zustand ist es unmöglich, die Abgastemperatur Tex weiter zu senken. Demgemäß werden von diesem Zustand der Einspritzzeitpunkt und der Zündzeitpunkt nicht vorverlegt, sondern wird die Feinstaubkonzentration PM durch den Anstieg des Kraftstoffdrucks reduziert, um den Normalzustand zu erzielen (Punkt S). Das bedeutet, dass die Steuerung zum Reduzieren der Feinstaubkonzentration PM auf der Grundlage der Abgastemperatur Tex ausgewählt wird. Es ist zu beachten, dass als Steuerung zum Reduzieren der Feinstaubkonzentration PM eine andere Steuerung verwendet werden kann, wie in der Erläuterung der 6 beschrieben.
Unter der Bedingung, dass die Abgastemperatur Tex niedriger als der Schwellenwert SL_Tex und die Feinstaubkonzentration PM höher als der Schwellenwert SL_PM ist (Punkt D₅), sind ein Anstieg der Abgastemperatur Tex und die Reduzierung der Feinstaubkonzentration PM erforderlich. Demgemäß werden von diesem Zustand die Vorverlegung des Zündzeitpunkts, der Anstieg der Zündenergie (lange Abgabe oder dergleichen) und der Anstieg des Kraftstoffrucks durchgeführt, um den Normalzustand zu erzielen (Punkt S).
11 ist ein Fließdiagramm, das eine Übersicht der Kraftstoffeinspritzung und der Zündsteuerung mit der Motorsteuervorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Der Steuerungsübersicht, die in 11 gezeigt ist, wird wiederholt mittels der ECU 20 zu einem vorbestimmten Zeitraum durchgeführt.
Im Schritt S1101 liest die ECU 20 die Katalysatortemperatur 22, das erforderliche Drehmoment (Beschleunigungsöffnungsgradsensor 16) und die Motordrehzahl (Kurbelwinkelsensor 13).
Als Nächstes wird im Schritt S1102 bestimmt, ob die gegenwärtige Betriebsbedingung die Katalysatoraufwärmbetriebsbedingung bezogen auf die Katalysatortemperatur, das erforderliche Drehmoment und die Motordrehzahl ist oder nicht.
Wenn im Schritt S1102 bestimmt wird, dass es nicht die Katalysatoraufwärmbetriebsbedingung ist, wird die Steuerung für den Katalysatoraufwärmbetrieb nicht durchgeführt, sondern wird die Steuerungsreihe beendet.
Wenn im Schritt S1102 bestimmt wird, dass es nicht die Katalysatoraufwärmbetriebsbedingung ist, fährt der Prozess mit Schritt S1103 fort, bei dem die Steuerung für den Katalysatoraufwärmbetrieb durchgeführt wird. Insbesondere werden die Information über die Einstellwerte des Zündzeitpunkts, des Einspritzzeitpunkts, des Kraftstoffdrucks und der Zündabgabezeit, die vorher im ROM 20d aufgezeichnet wurden, an die jeweiligen Vorrichtungen ausgegeben.
Als Nächstes fährt der Prozess mit dem Schritt S1104 fort, zu dem die Abgastemperatur Tex und die Feinstaubkonzentration PM gelesen werden. Dann fährt der Prozess mit Schritt S1105 fort.
Im Schritt S1105 wird bestimmt, ob sie in einem normalen Bereich der Abgastemperatur und Feinstaubkonzentration liegen oder nicht (Tex ≥ SL_Tex und PM ≤ SL ≤ PM).
Wenn im Schritt S1105 bestimmt wird, dass sie im normalen Bereich liegen, fährt der Prozess mit Schritt S1106 fort, bei dem die gegenwärtigen Einstellwerte des Zündzeitpunkts, des Einspritzzeitpunkts, des Kraftstoffdrucks und der Zündabgabezeit im ROM 20d gespeichert werden. Dann ist die Steuerungsreihe abgeschlossen.
Wenn im Schritt S1105 bestimmt wird, dass sie nicht im normalen Bereich liegen, fährt der Prozess mit Schritt S1107 fort.
Im Schritt S1107 wird bestimmt, ob nur die Abgastemperatur Tex in einem abnormalen Bereich liegt oder nicht (Tex < SL_Tex und PM ≤ SL_PM). Wenn bestimmt wird, dass nur die Abgastemperatur Tex im abnormalen Bereich liegt, fährt der Prozess mit Schritt S1108 fort. Im Schritt S1108 wird bestimmt, ob die Feinstaubkonzentration PM gleich dem Schwellenwert SL_PM ist oder nicht (PM = SL_PM). Wenn bestimmt wird, dass die Feinstaubkonzentration PM gleich dem Schwellenwert SL_PM ist, da es unmöglich ist, die Feinstaubkonzentration PM weiter zu verbessern, wird die Abgastemperatur Tex durch Zündverzögerung (Schritt S1109) und Verlängerung der Abgabe (Schritt S1110) angehoben, dann kehrt der Prozess zu Schritt S1104 zurück. Wenn bestimmt wird, dass die Feinstaubkonzentration PM niedriger als der Schwellenwert SL_PM ist, da es noch möglich ist, die Feinstaubkonzentration PM zu erhöhen, wird die Abgastemperatur Tex durch die Zündverzögerung (Schritt S1111) und die Einspritzzeitpunktverzögerung (Schritt S1112) erhöht, danach kehrt der Prozess zu Schritt S1104 zurück.
Wenn im Schritt S1107 bestimmt wird, dass nur die Abgastemperatur Tex nicht im abnormalen Bereich liegt (Tex < SL_Tex und PM ≤ PM), fährt der Prozess mit Schritt S1113 fort.
Im Schritt S1113 wird bestimmt, ob nur die Feinstaubkonzentration PM im abnormalen Bereich liegt oder nicht (Tex ≥ SL_Tex und PM > SL_PM). Wenn bestimmt wird, dass nur die Feinstaubkonzentration PM im abnormalen Bereich liegt, fährt der Prozess mit Schritt S1114 fort. Im Schritt S1114 wird bestimmt, ob die Abgastemperatur Tex gleich dem Schwellenwert SL_Tex ist oder nicht (Tex = SL_Tex). Wenn bestimmt wird, dass die Abgastemperatur Tex gleich dem Schwellenwert SL_Tex ist, da es unmöglich ist, die Abgastemperatur Tex weiter zu senken, wird die Feinstaubkonzentration PM durch das Anheben des Kraftstoffdrucks gesenkt (Schritt S1115), danach kehrt der Prozess zu Schritt S1104 zurück. Wenn bestimmt wird, dass die Abgastemperatur Tex höher als der Schwellenwert SL_Tex ist, da es noch möglich ist, die Abgastemperatur zu senken, wird die Feinstaubkonzentration PM durch die Zündvorverlegung (Schritt S1116) und die Einspritzzeitpunktvorverlegung (Schritt S1117) reduziert, danach kehrt der Prozess zu Schritt S1114 zurück.
Im Schritt S1113 wird, wenn bestimmt wird, dass nur die Feinstaubkonzentration PM nicht im abnormalen Bereich liegt, d. h. wenn bestimmt wird, dass sowohl der Feinstaub PM als auch die Abgastemperatur Tex im abnormalen Bereich liegen, da es unmöglich ist, beide weiter zu verschlechtern, die Abgastemperatur Tex angehoben und die Feinstaubkonzentration PM wird durch Erweitern des Kraftstoffdrucks (Schritt S1118), der Zündverzögerung (Schritt S1119) und der Verlängerung des Abgabe reduziert (Schritt S1120). Danach kehrt der Prozess zu Schritt S1104 zurück.
Auf diese Weise wird die vorliegende Steuerung wiederholt durchgeführt, bis die Abgastemperatur Tex und die Feinstaubkonzentration PM, die im Schritt S1104 erfasst wird, im normalen Bereich liegen. 12 zeigt eine Zeitpunktgrafik (Startpunkt: Bedingung D₃), die den Inhalt der Kraftstoffeinspritzung und der Zündsteuerung mit der Motorsteuervorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
Die Figur zeigt von oben die zeitliche Änderung der Feinstaubkonzentration PM, der Abgastemperatur Tex, des Zündzeitpunkts θspk, des Einspritzzeitpunkts IT, des Verbrennungsdrucks Pf und der Abgabezeit τspk. In diesem Beispiel wird davon ausgegangen, dass die Steuerung zum Punkt D₃ in 10 beim Katalysatoraufwärmbetrieb als Startpunkt durchgeführt wird.
Zur Zeit I ist die Feinstaubkonzentration PM höher als der Schwellenwert SL_PM (abnormaler Zustand), und die Abgastemperatur Tex ist höher als der Schwellenwert SL_Tex (normaler Zustand). Da die Abgastemperatur Tex noch variabel ist, wird die Feinstaubkonzentration PM reduziert, indem zuerst der Zündzeitpunkt θspk und der Einspritzzeitpunkt IT vorverlegt werden.
Zur Zeit II wird, da die Abgastemperatur Tex den Schwellenwert SL_Tex erreicht (der Punkt D₃' in 10), von diesem Punkt der Zündzeitpunkt θspk nicht vorverlegt, sondern wird der Kraftstoffdruck angehoben, um die Feinstaubkonzentration PM zu reduzieren und so den Normalzustand (der Punkt S in 10) zur Zeit III zu erreichen.
Mit der obigen Steuerung ist es möglich, die Feinstaubkonzentration PM zu vermindern und die Abgastemperatur Tex bei einem Katalysatoraufwärmbetrieb zu erhöhen, während die Verschlechterung des Kraftstoffverbrauchs, der den Anstieg des Kraftstoffdrucks begleitet, auf ein Minimum reduziert.
13 zeigt eine Zeitpunktgrafik (Startpunkt: Bedingung D₄), die den Inhalt der Kraftstoffeinspritzung und die Zündsteuerung mit der Motorsteuervorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
Die Figur zeigt von oben die zeitliche Veränderung der Feinstaubkonzentration PM, der Abgastemperatur Tex, des Zündzeitpunkts θspk, des Einspritzzeitpunkts IT, des Verbrennungsdrucks Pf und der Abgabezeit τspk. In diesem Beispiel wird davon ausgegangen, dass die Steuerung zum Punkt D₄ in 10 beim Katalysatoraufwärmbetrieb als Startpunkt durchgeführt wird.
Zur Zeit I ist die Feinstaubkonzentration PM geringer als der Schwellenwert SL_PM (normaler Zustand), und die Abgastemperatur Tex ist niedriger als der Schwellenwert SL_Tex (abnormaler Zustand). In diesem Beispiel wird, da die Feinstaubkonzentration PM noch variabel ist, die Abgastemperatur Tex durch die erste Verzögerung des Zündzeitpunkts θspk und des Einspritzzeitpunkts IT angehoben.
Zur Zeit II wird, da die Feinstaubkonzentration PM den Schwellenwert SL_PM erreicht (der Punkt D₄' in 10), von diesem Punkt der Einspritzzeitpunkt IT nicht verzögert, sondern wird der Zündzeitpunkt vorverlegt, während die Zündenergie durch Verlängerung der Abgabezeit erhöht wird, um die Abgastemperatur Tex zu steigern und so den Normalzustand (der Punkt S in 10) zur Zeit III zu erzielen.
Mit der obigen Steuerung ist es möglich, die Feinstaubkonzentration PM zu senken und die Abgastemperatur Tex beim Katalysatoraufwärmbetrieb zu erhöhen, während die Verschlechterung des Kraftstoffverbrauchs, die den Anstieg der Zündenergie (lange Abgabe) begleitet, auf ein Minimum reduziert wird.
14 zeigt eine Zeitpunktgrafik (Startpunkt: Bedingung D₅), die eine Übersicht der Kraftstoffeinspritzung und der Zündsteuerung mit der Motorsteuervorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
Die Figur zeigt von oben die zeitliche Änderung der Feinstaubkonzentration PM, der Abgastemperatur Tex, des Zündzeitpunkts θspk, des Einspritzzeitpunkts IT, des Verbrennungsdrucks Pf und der Abgabezeit τspk. In diesem Beispiel wird davon ausgegangen, dass die Steuerung am Punkt D₅ in 10 beim Katalysatoraufwärmbetrieb als Ausgangspunkt durchgeführt wird.
Zur Zeit I ist die Feinstaubkonzentration PM höher als der Schwellenwert SI_PM (abnormaler Zustand), und die Abgastemperatur Tex ist niedriger als der Schwellenwert SL_Tex (abnormaler Zustand). In diesem Beispiel wird, da es unmöglich ist, sowohl die Feinstaubkonzentration PM als auch die Abgastemperatur Tex weiter zu verschlechtern, die Feinstaubkonzentration PM durch den Anstieg des Kraftstoffdrucks reduziert, und die Abgastemperatur Tex wird mit dem Zündzeitpunkt θspk und der langen Abgabe angehoben, um zur Zeit II den normalen Zustand zu erzielen (der Punkt S in 10).
Mit der obigen Steuerung ist es selbst in einem Zustand, in dem die Verschlechterung der Teile und die Veränderung der Umwelt bemerkbar sind, möglich, die Feinstaubkonzentration PM zu reduzieren und die Abgastemperatur Tex beim Katalysatoraufwärmbetrieb zu erhöhen.
Es ist zu beachten, dass zwar in den Fließdiagrammen von 11 und den anschließenden Figuren ein Beispiel als Verfahren zum Reduzieren der Feinstaubkonzentration PM und ein Verfahren zum Erhöhen der Zündenergie beschrieben ist, ein anderes Verfahren verwendet werden kann. Mit dem Erfassungs- und Steuerverfahren, wie in der vorliegenden Ausführungsform beschrieben, ist es beim Katalysatoraufwärmbetrieb sofort nach dem Anlassen des Motors möglich, Feinstaub als toxische Substanz im Abgas zu reduzieren und die Abgastemperatur zu erhöhen, die zum Aufwärmen notwendig ist, während eine Verschlechterung des Kraftstoffverbrauchs selbst bei einer Veränderung der Umwelt oder einer zeitbedingten Veränderung auf ein Minimum reduziert wird.
Das bedeutet, dass gemäß der Steuervorrichtung der vorliegenden Erfindung in einer Motorsteuervorrichtung mit einem Feinstauberfassungsmittel zum Erfassen von Feinstaub im Abgas und einem Abgastemperaturerfassungsmittel zum Erfassen der Temperatur des Abgases die Kraftstoffeinspritzung und die Zündsteuerung im Motor auf der Grundlage der Feinstaubkonzentration, die mit dem Feinstauberfassungsmittel erfasst wird, und der Abgastemperatur, die mit dem Abgastemperaturerfassungsmittel erfasst wird, durchgeführt werden.
Mit dieser Konfiguration ist es möglich, eine geeignete Kraftstoffeinspritzung und Zündsteuerung auf der Grundlage sowohl der Werte der Abgastemperatur als auch der Feinstaubkonzentration durchzuführen.
Darüber hinaus wird als ein weiterer Aspekt der Steuervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung in einem Fall, in dem die Feinstaubkonzentration höher als ein vorbestimmter Wert ist, wenn die Abgastemperatur gleich oder höher als ein vorbestimmter Wert B ist, der Kraftstoffeinspritzzeitpunkt vorverlegt, um die Feinstaubkonzentration zu reduzieren.
Mit dieser Konfiguration wird in einer Situation, in der die Abgastemperatur höher als ein Bezugswert ist, der Feinstaub reduziert, während die Abgastemperatur durch Vorverlegender Kraftstoffeinspritzung und des Zündzeitpunkts gesenkt wird. Demgemäß ist es möglich, sowohl die Abgastemperatur als auch die Feinstaubkonzentration ohne Verschlechterung des Kraftstoffverbrauchs beizubehalten.
Darüber hinaus wird als weiterer Aspekt der Steuereinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung in einem Fall, in dem die Feinstaubkonzentration höher als ein vorbestimmter Wert A ist, wenn die Abgastemperatur geringer als ein vorbestimmter Wert B ist, die Feinstaubkonzentration durch Anheben des Kraftstoffeinspritzdrucks reduziert.
Mit dieser Konfiguration ist es in einer Situation, in der die Abgastemperatur niedriger als ein Bezugswert ist, möglich, den Feinstaub unter Beibehaltung der Abgastemperatur zu reduzieren, indem der Kraftstoffeinspritzdruck ohne Änderung des Zündzeitpunkts beibehalten wird, um sowohl die Abgastemperatur als auch die Feinstaubkonzentration beizubehalten.
Darüber hinaus wird als weiterer Aspekt der Steuervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung in einem Fall, in dem die Abgastemperatur niedriger als ein vorbestimmter Wert B ist, wenn die Feinstaubkonzentration geringer als ein vorbestimmter Wert A ist, die Abgastemperatur erhöht, indem der Zündzeitpunkt und der Kraftstoffeinspritzzeitpunkt verzögert sind.
Mit dieser Konfiguration wird in einer Situation, in der die Feinstaubkonzentration geringer als ein Bezugswert ist, die Abgastemperatur erhöht, während der Feinstaub durch Verzögerung des Kraftstoffeinspritz- und des Zündzeitpunkts erhöht wird. Demgemäß ist es möglich, die Abgastemperatur und die Feinstaubkonzentration ohne eine Verschlechterung des Kraftstoffverbrauchs beizubehalten.
Darüber hinaus wird als weiterer Aspekt der Steuervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung in einem Fall, in dem die Abgastemperatur geringer als der vorbestimmte Wert B ist, wenn die Feinstaubkonzentration gleich oder höher als der vorbestimmte Wert A ist, die Abgastemperatur durch Verzögerung des Zündzeitpunkts und durch Erhöhen der Zündenergie angehoben.
Mit dieser Konfiguration wird in einer Situation, in der die Feinstaubkonzentration höher als ein Bezugswert ist, die Abgastemperatur erhöht, während die Feinstaubkonzentration beibehalten wird, indem die Zündenergie ohne Änderung des Kraftstoffeinspritzzeitpunkts und eine Verzögerung des Zündzeitpunkts gesteigert wird. Es ist möglich, die Abgastemperatur und die Feinstaubkonzentration beizubehalten.
Bezugszeichenliste

1: Luftstromsensor
2: elektronisch gesteuerte Drossel
3: Einspritzvorrichtung für die Zylinderdirekteinspritzung
4: Zündsystem
5: variables Ventil
5a: variable Ansaugventilvorrichtung
5b: variable Abgasventilvorrichtung
6: Ansaugrohr
7: Zylinderkopf
8: Abgasrohr
9: Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor
10: Drei-Wege-Katalysator
11: Abgastemperatursensor
12: Brennkammer
13: Kurbelwinkelsensor
14: Kühlmitteltemperatursensor
15: Ansauglufttemperatursensor
16: Beschleunigungsöffnungsgradsensor
17: Hochdruckkraftstoffpumpe
18: Kraftstoffdrucksensor
19: Feinstaubsensor
19a: Staubsammelelektrode A
19b: Staubsammelelektrode B
19c: Dielektrikum
19d: Messelektrode
20: ECU
100: Motor
20a: Eingangsschaltung
20b: Eingangs/Ausgangs-Anschluss
20c: RAM
20d: ROM
20e: CPU
20f: elektronisch gesteuerte Drosselantriebsschaltung
20g: Einspritzvorrichtungsantriebsschaltung
20h: Zündausgangsschaltung
20j: variable Ventilantriebsschaltung
20k: Hochdruckkraftstoffpumpenantriebsschaltung
21: Ansaugdrucksensor
22: Katalysatortemperatursensor

Claims

Steuervorrichtung für einen Fremdzündungsmotor, umfassend: ein Kraftstoffeinspritzsteuermittel zum Steuern der Menge und/oder des Zeitpunkts der Kraftstoffeinspritzung; ein Zündsteuermittel zum Steuern der Zündung von Kraftstoff, der mit dem Kraftstoffeinspritzsteuermittel eingespritzt wird; ein Feinstauberfassungsmittel zum Erfassen oder Einschätzen von Feinstaub im Abgas; und ein Abgastemperaturerfassungsmittel zum Erfassen oder Einschätzen der Abgastemperatur, wobei die Kraftstoffeinspritzsteuerung und die Zündsteuerung im Motor auf der Grundlage der Feinstaubkonzentration, die mit dem Feinstauberfassungsmittel erfasst oder eingeschätzt wird, und der Abgastemperatur, die mit dem Abgastemperaturerfassungsmittel erfasst oder eingeschätzt wird, gesteuert werden.
Steuervorrichtung für einen Fremdzündungsmotor nach Anspruch 1, wobei der Fremdzündungsmotor ein Motor vom Zylindereinspritztyp ist, bei dem Kraftstoff direkt in einen Zylinder eingespritzt wird, wobei die Steuerung mit dem Kraftstoffeinspritzsteuermittel weiter mindestens eines der folgenden umfasst: eine Steuerung des Kraftstoffeinspritzdrucks bei einer Kraftstoffeinspritzung, eine Steuerung der Sprühform, eine Steuerung der Kraftstofftemperatur und eine Steuerung des Mischverhältnisses von gemischtem Kraftstoff, wobei die Steuerung mit dem Zündsteuermittel zumindest eine Zündzeitpunktsteuerung und eine Zündenergiesteuerung umfasst, wobei das Kraftstoffeinspritzsteuermittel eine Auswahl unter den mehreren Steuerungen auf der Grundlage der Abgastemperatur durchführt und wobei das Zündsteuermittel eine Auswahl unter den mehreren Steuerungen auf der Grundlage der Feinstaubkonzentration durchführt.
Steuervorrichtung für einen Fremdzündungsmotor nach Anspruch 2, wobei in einem Fall, in dem die Feinstaubkonzentration höher als ein vorbestimmter Wert A ist, wenn die Abgastemperatur gleich oder höher als ein vorbestimmter Wert B ist, der Kraftstoffeinspritzzeitpunkt vorverlegt wird.
Steuervorrichtung für einen Fremdzündungsmotor nach Anspruch 2, wobei in einem Fall, in dem die Feinstaubkonzentration höher als ein vorbestimmter Wert A ist, wenn die Abgastemperatur niedriger als ein vorbestimmter Wert B ist, der Kraftstoffeinspritzdruck angehoben wird.
Steuervorrichtung für einen Fremdzündungsmotor nach Anspruch 2, wobei in einem Fall, in dem die Abgastemperatur weniger als ein vorbestimmter Wert B ist, wenn die Feinstaubkonzentration weniger als ein vorbestimmter Wert A ist, der Zündzeitpunkt und der Kraftstoffeinspritzzeitpunkt verzögert sind.
Steuervorrichtung für einen Fremdzündungsmotor nach Anspruch 2, wobei in einem Fall, in dem die Abgastemperatur weniger als ein vorbestimmter Wert B ist, wenn die Feinstaubkonzentration gleich oder höher als ein vorbestimmter Wert A ist, der Zündzeitpunkt verzögert ist und die Zündenergie erhöht ist.
Steuervorrichtung für einen Fremdzündungsmotor nach Anspruch 2, wobei die Kraftstoffeinspritz- und -zündsteuerung im Motor auf der Grundlage der Feinstaubkonzentration und der Abgastemperatur bei einem Katalysatoraufwärmbetrieb sofort nach dem Anlassen des Motors durchgeführt wird.
Steuervorrichtung für einen Fremdzündungsmotor nach Anspruch 2, wobei die Feinstaubkonzentration, die mit dem Feinstauberfassungsmittel erfasst wird, und die Abgastemperatur, die mit dem Abgastemperaturerfassungsmittel erfasst wird, einen Abgaszustand unter einer gegenwärtigen Betriebsbedingung des Motors repräsentieren.
Steuervorrichtung für einen Fremdzündungsmotor nach Anspruch 2, wobei als Mittel zum Erhöhen der Zündenergie zumindest eines der folgenden durchgeführt wird: Verlängern der Funkenentladungszeit, Erhöhen der Funkenzündungsanzahl und Überlappungsentladung von mehreren Zündmitteln.
Steuervorrichtung für einen Fremdzündungsmotor nach Anspruch 7, wobei die Steuerwerte der Kraftstoffeinspritzsteuerung und der Zündsteuerung im Motor auf der Grundlage der Feinstaubkonzentration und der Abgastemperatur gespeichert werden und wobei beim nächsten Katalysatoraufwärmbetrieb die Kraftstoffeinspritzung und die Zündsteuerung auf der Grundlage der Steuerwerte durchgeführt werden.