DE19536098A1 - System und Verfahren zur Steuerung eines Motors mit Kraftstoffdirekteinspritzung - Google Patents
System und Verfahren zur Steuerung eines Motors mit KraftstoffdirekteinspritzungInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein System und
Verfahren zur Steuerung eines Motors mit Kraftstoffdirekt
einspritzung zur Katalysatoraktivierung und betrifft ins
besondere ein System und ein Verfahren zur Aktivierung
eines Katalysators, der in einer Motorabgasanlage angeord
net ist, indem die Abgastemperatur auch dann angehoben wird,
wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis der Mischung gering ist.
Bei dem Motor mit Kraftstoffdirekteinspritzung wird der
Kraftstoff direkt (ohne mit Luft gemischt zu werden,
bevor er in jeden Zylinder eingeleitet wird) in jeden
Zylinder eingespritzt und dann über Funkenzündung gezündet.
In Motoren, in denen der Kraftstoff direkt in jeden
Zylinder eingespritzt wird und dann durch Funkenzündung,
d. h. Fremdzündung, gezündet wird, wird im allgemeinen ein
Schichtverbrennungsverfahren oder Stratifikations-Verbren
nungsverfahren angewandt. In diesem Verbrennungsverfahren
wird der Kraftstoff in jeden Zylinder in der letzteren
Periode des Kompressionshubs oder Verdichtungshubs derart
eingespritzt, daß die Luft/Kraftstoff-Mischung geschichtet
werden kann und ferner nur eine relativ fette Mischung in
der Umgebung einer Zündkerze gezündet werden kann, mit dem
Ergebnis, daß der Motor bei einem sehr mageren oder armen
Luft/Kraftstoff-Verhältnis so angetrieben werden kann,
daß ein geringer Kraftstoffverbrauch realisierbar ist.
In diesem Schichtverbrennungsverfahren wird jedoch
die Gemischbildung durch die Kraftstoffzerstäubungs- oder
Vergasungseigenschaften wie die Kraftstoffzerstäubungsrate
und den Kraftstoffzerstäubungswinkel des Kraftstoffein
spritzers außerordentlich stark beeinflußt. Die Fig. 1
zeigt im Detail den Verbrennungsprozeß bei einer einzelnen
Kraftstoffeinspritzung. Wie in Fig. 1 gezeigt, kann, wenn
zerstäubter Kraftstoff unter einem weiten Winkel einge
spritzt wird, da das äußerste Gas außerordentlich mager ist,
selbst bei Funkenzündung der äußerste Kraftstoff nicht voll
kommen gezündet werden, so daß unvermeidlicherweise eine
verbrennungsfreie Region vorliegt. Dadurch steigt die
Kohlenwasserstoffkonzentration (HC) im Abgas. Ferner zeigt
Fig. 2 die Beziehung zwischen dem Wärmeerzeugungsmuster
und der NOx-Erzeugungsrate für eine Einzelkraftstoffein
spritzung. Wie in Fig. 2 gezeigt, neigt, wenn die Kraft
stoffeinspritzmenge außerordentlich hoch ist, da die
anfängliche Verbrennung aktiv wird, die Wärmeerzeugungs
rate dazu, in der ersten Hälfte der Verbrennung anzustei
gen, mit dem Ergebnis, daß das in der ersten Hälfte ge
zündete Gas in der zweiten Hälfte komprimiert wird und es
hierdurch zur Erzeugung von Stickoxid NOx im Abgas kommt.
Ferner ist im oben dargelegten Schichtverbrennungsver
fahren der Mischung die Abgastemperatur im Vergleich zum
gewöhnlichen Verfahren mit gleichmäßiger oder gleichförmiger
Verbrennung deutlich reduziert. Dies ist deshalb der Fall,
weil im Schichtverbrennungsverfahren der thermische Nutz
effekt bzw. der Wärmewirkungsgrad hoch ist und hierdurch
der Wärmeverlust gering ist und darüber hinaus die pro
Kraftstoffeinheit erwärmte Luftmenge groß ist. Folglich
wird die Abgastemperatur niedriger als ein unterer Grenz
wert für die Katalysatoraktivierungstemperatur (die im
allgemeinen auf der Grundlage der Abgastemperatur des
konventionellen Motors mit gleichförmiger Verbrennung be
stimmt ist), und zwar insbesondere im Antriebsbereich des
Motors mit geringer Last wie beim Leerlauf. Infolgedessen
besteht die Möglichkeit, daß sich das Abgasreinigungs
vermögen verschlechtert.
Um diesem Problein zu begegnen (d. h. die Abgastempera
tur steigern), offenbart die japanische veröffentlichte
nicht geprüfte) Patentanmeldung Nr. 4-183922 von Kokai
ein Katalysatoraktivierungsverfahren, bei dem Kraftstoff
im Expansions- oder im Auspuffhub des Motors erneut einge
spritzt wird (das heißt zum Beispiel mit Zweifachkraft
stoffeinspritzung), und zwar zusätzlich zur normalen Ein
zelkraftstoffeinspritzung, um die Abgastemperatur durch
Neuzündung oder Wiederzündung des zweitmalig eingespritzten
Kraftstoffs zur Aktivierung des Katalysators anzuheben.
Da jedoch im oben dargelegten Stand der Technik der
eingespritzte Kraftstoff für jeden Motorzyklus oder Motor
takt zweimal gezündet wird, besteht das Problem, daß
nicht nur der Zündenergieverbrauch ansteigt, sondern daß
auch die Möglichkeit einer Fehlzündung bei dem zweiten
Zündvorgang hoch ist. Der Grund hierfür besteht darin:
nachdem die primäre Verbrennung durch die erste Kraftstoff
einspritzung und Zündung beendet ist, gibt es, da der
zweite Kraftstoff im Expansions- oder Auspuffhub neu ein
gespritzt wird und dann im Auspuffhub neu gezündet wird,
unvermeidlicherweise ein Zeitintervall zwischen der ersten
primären Kraftstoffverbrennung und der zweiten Hilfskraft
stoffverbrennung, so daß es infolge des Abfalls der Abgas
temperatur schwierig ist, in der Nähe der Zündkerze eine
zündfähige Mischung zu bilden; d. h. es ist schwierig, die
zweite Kraftstoffverbrennung gut zu steuern.
Wird im oben dargelegten Ball der zweite eingespritzte
Kraftstoff nicht gezündet (der abnormen Verbrennung),
so wird der Kraftstoff, so wie er ist, selbst emittiert,
weshalb nicht nur die Lebensdauer des Katalysators deut
lich verschlechtert wird, sondern auch die Abgasemissions
eigenschaften sich merklich verschlechtern.
Wird ferner der Motor bei niedriger Temperatur ge
startet, ist es, da die Abgastemperatur durch nur zweifache
Kraftstoffeinspritzungen nicht ausreichend stark angehoben
werden kann, unmöglich, den Katalysator in einem frühen
Stadium zu aktivieren. Andererseits ist es im Hinblick auf
den Kraftstoffverbrauch unvorteilhaft, stets zweifach
Kraftstoff einzuspritzen, wenn die gewünschte Sollabgas
temperatur entsprechend den Motorbetriebsbedingungen als
relativ gering bestimmt wird.
Vor dem Hintergrund dieser Probleme liegt der Erfin
dung die Aufgabe zugrunde, ein System und ein Verfahren zur
Steuerung eines Motors mit Kraftstoffdirekteinspritzung
zur Katalysatoraktivierung anzugeben, durch welches eine
Zweifach- oder Mehrfachkraftstoffverbrennung, ohne von
einer Neuzündung abzuhängen, im Hinblick auf eine zuver
lässige Anhebung der Abgastemperatur zur Katalysatorakti
vierung realisierbar ist.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhän
gigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der
Erfindung sind in den Unteransprüchen definiert.
Das erfindungsgemäße Verfahren und erfindungsgemäße
System für einen Motor mit Direktkraftstoffeinspritzung
oder Einspritzung in den Zylinder ist imstande, eine
verbrennungsfreie Region der äußersten zerstäubten Mi
schung dadurch zu eliminieren, daß die Steuerbarkeit der
Verbrennung in einer Mischung eines mageren Luft/Kraft
stoff-Verhältnisses verbessert wird, um dadurch auch die
Verbrennungsleistung und die Abgasemission zu verbessern.
Ferner gelingt es erfindungsgemäß, den Katalysator
in einem frühen Stadium zu aktivieren, während die Kraft
stoffverbrauchsrate gleichzeitig auf einem so geringen
Pegel wie möglich gehalten wird.
Ferner eröffnet das erfindungsgemäße System bzw.
Verfahren die Möglichkeit, zu verhindern, daß der Kataly
sator sich selbst im Fall einer abnormen Verbrennung
(Fehlverbrennung) des primären oder vorausgehend einge
spritzten Kraftstoffs verschlechtert oder beschädigt
wird, während gleichzeitig verhindert wird, daß sich die
Abgasemission merklich verschlechtert.
Das erfindungsgemäße System zur Steuerung eines Motors
mit Kraftstoffdirekteinspritzung zur Katalysatoraktivie
rung umfaßt eine Motorbetriebsbedingung-Detektoreinrich
tung oder Motorbetriebszustand-Detektoreinrichtung zur
Detektion verschiedener Motorbetriebsbedingungen und
-zustände; eine erste Kraftstoffverbrennungseinrichtung
zur Funkenzündung oder Fremdzündung eines ersten Kraft
stoffs, der direkt in jeden der Motorzylinder eingespritzt
wird, entsprechend den detektierten Motorbetriebsbedin
gungen; und eine Katalysatoraktivierungseinrichtung zur
Einspritzung zusätzlichen Kraftstoffs zumindest einmal
in jeden der Motorzylinder von einer frühen Periode zu
einer mittleren Periode eines Expansionshubs der voraus
gehenden Kraftstoffverbrennung entsprechend den jeweiligen
Motorbetriebszuständen und -bedingungen, um den zusätz
lichen eingespritzten Kraftstoff durch Flammenausbreitung
der vorausgehenden Kraftstoffverbrennung derart zu ent
flammen und zu entzünden, daß die Abgastemperatur für
die Katalysatoraktivierung anhebbar ist.
Dieses Entflammen oder Entzünden des zusätzlich ein
gespritzten Kraftstoffs durch die Flammenausbreitung, das
ohne erneute Zündung einer Zündkerze erfolgt, d. h. ohne
Funkenzündung, wird im folgenden der Einfachheit halber
auch mit Zünden bezeichnet.
Hier umfaßt die Motorbetriebsbedingung-Detektorein
richtung ein Luftdurchsatzmeßgerät zur Detektion des
Luftdurchsatzes oder der Strömungsrate von Luft, die in
den Zylinder eingeleitet wird; einen Drosselöffnungsbe
tragsensor zur Detektion des Öffnungsgrades oder der
Öffnungsrate einer Drossel; einen Kurbelwinkelsensor
zur Detektion von Kurbelwinkelpositionen; einen Kühl
mitteltemperatursensor (Kühlwassertemperatursensor) zur
Detektion der Kühlmitteltemperatur und einen Abgastempe
ratursensor zur Detektion der Temperatur der Abgase.
Ferner umfaßt die erste Kraftstoffverbrennungseinrich
tung einen Zylinderdiskriminatorsensor zur Unterscheidung
und Feststellung jedes Zylinders; einen Einspritzer zum
Einspritzen von Kraftstoff in jeden Zylinder; eine Kraft
stoffzündeinrichtung zur Funkenzündung des in jeden Zy
linder eingespritzten Kraftstoffs; eine Motordrehzahl-
Berechnungseinrichtung zur Berechnung einer Motordrehzahl
(Drehgeschwindigkeit) N auf der Grundlage von Signalen,
die vom Kurbelwinkelsensor ausgegeben werden; eine Kurbel
winkelpositions-Detektoreinrichtung zur Detektion der
Kurbelwinkelpositionen jedes Zylinders, eine Betriebsbedin
gung-Detektoreinrichtung zur Berechnung einer Basiskraft
stoffeinspritzmenge (basic fuel injection amount) (TP = K
× Q/N) als Motorlast auf der Grundlage der Motorbetriebs
bedingungen (Q, N), die von der Motorbetriebsbedingung-
Detektoreinrichtung detektiert sind, und einer Korrektur
konstanten K, die für den Kraftstoffeinspritzer bestimmt
ist, um sich für eine Verbrennungsart, nämlich für eine
gleichförmige normale Verbrennung bei Einspritzung eines
Kraftstoffs in einer frühen Periode eines Motoransaughubs
oder für eine Stratifikationsverbrennung oder Schicht
verbrennung mit Einspritzung von Kraftstoff in einer spä
teren oder letzteren Periode des Kompressionshubs, jedoch
unmittelbar vor der Kraftstoff-Funkenzündung zu ent
scheiden; eine Festlegungseinrichtung für eine erste Kraft
stoffeinspritzmenge (Ti1 = Tp × COEF X TS) durch Korrigie
ren der Basiskraftstoffeinspritzmenge Tp von der Betriebs
bedingung-Detektoreinrichtung auf der Grundlage eines
Koeffizienten COEF, der entsprechend den gegenwärtigen
Motorbetriebsbedingungen und Motorzuständen bestimmt
wird, die von der Motorbetriebsbedingung-Detektoreinrich
tung detektiert sind, und auf der Grundlage einer Spannungs
korrekturrate TS, die auf der Grundlage einer Batterie
spannung VB ermittelt ist; eine Festlegungseinrichtung für
die Zeitpunkteinstellung der Einspritzung des ersten Kraft
stoffs zur Festlegung der Kraftstoffeinspritzzeit (TINJ1)
entsprechend dem Verbrennungsmodus, für den sich die
Betriebsbedingung-Detektoreinrichtung entschieden hat,
und entsprechend den detektierten Motorbetriebsbedingun
gen N, TP; eine Festlegungseinrichtung zur Festlegung
einer Zündzeitpunkteinstellung θIG durch Korrigieren einer
Basiszündzeitpunkteinstellung θBASE′ die durch die detektier
ten Motorbetriebsbedingungen N, TP, Kühlmitteltemperatur
bestimmt wird; eine Berechnungseinrichtung für die Ein
spritzzeitpunkteinstellung in Abhängigkeit einer Kurbel
winkelposition relativ zu einem Bezugskurbelwinkel und
zur Ausgabe des berechneten Kraftstoffeinspritz-Zeitsignals
an den Einspritzer; und eine Zündzeitpunktberechnungsein
richtung zur Berechnung der festgesetzten Kraftstoffzünd
zeitpunkteinstellung in Abhängigkeit einer Kurbelwinkel
position relativ zu einer Bezugskurbelwinkelposition und
zur Ausgabe des den berechneten Zündzeitpunkt repräsentie
renden Signals an die Zündeinrichtung.
Im ersten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen
Systems umfaßt die Katalysatoraktivierungseinrichtung eine
Diskriminatoreinrichtung für die Zweiteinspritzung, die
ermittelt, ob die gegenwärtigen Betriebsbedingungen in
einem Bereich liegen, bei dem eine zweite Kraftstoffein
spritzung erforderlich ist oder nicht, auf der Grundlage
der detektierten Motorbetriebsbedingungen und Motorzustände
und zur Ausgabe eines Befehls, dar eine Zweitkraftstoff
einspritzung anzeigt; eine Festlegungseinrichtung für die
zweite Kraftstoffeinspritzmenge ansprechend auf den Befehl
zur Zweitkraftstoffeinspritzung, zur Festlegung einer
zweiten Kraftstoffeinspritzmenge (fuel injection amount
Ti2), welche durch Flammenausbreitung der ersten Kraftstoff
verbrennung entflammt bzw. gezündet wird, wobei diese
zweite Einspritzmenge Ti2 der Berechnungseinrichtung für
den Einspritzzeitpunkt zugeführt wird; und eine Festle
gungseinrichtung für die Zeitpunkteinstellung der zweiten
Kraftstoffeinspritzung ansprechend auf den Zweiteinspit
zungsbefehl zur Festlegung der Zeitpunkteinstellung oder
des Zeitpunkts TINJ2 für die zweite Kraftstoffeinspritzung,
wobei dieser Zeitpunkt TINJ2 der Berechnungseinrichtung
für den Zeitpunkt der Kraftstoffeinspritzung zugeführt
wird.
Gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel des erfindungs
gemäßen Systems umfaßt die Katalysatoraktivierungseinrich
tung eine Diskriminatoreinrichtung zur Feststellung, ob
die gegenwärtigen Betriebsbedingungen innerhalb eines Be
reiches liegen, bei welchem mehrere Kraftstoffeinspritzun
gen erforderlich sind oder nicht, auf der Grundlage der
Motordrehzahl N und der Motorlast, repräsentiert durch
die berechnete Basiskraftstoffeinspritzmenge TP, und zur
Ausgabe eines Befehls, der anzeigt, daß die mehreren
Kraftstoffeinspritzungen erforderlich sind; eine Fest
legungseinrichtung für die mehreren Kraftstoffeinspritz
mengen auf einen solchen Befehl hin zur Festlegung von
Kraftstoffeinspritzmengen Ti2,Ti3 . . ., die durch die
Flammenausbreitung der jeweils vorausgehenden Kraftstoff
verbrennung gezündet werden, wobei die Einspritzmengen
Ti2,Ti3 . . . der Berechnungseinrichtung für die Zeit
punkteinstellung oder Kraftstoffeinspritzung zugeführt
werden und wobei die Festlegungseinrichtungen für diese
Mengen in der Festlegungseinrichtung für die erste Kraft
stoffeinspritzmenge enthalten ist; und Festlegungsein
richtungen, die auf diesen Befehl ansprechen, um mehrere
Zeiteinstellungen oder Zeitpunkte für die Kraftstoff
einspritzung TINJ2, TINJ3, . . . festzulegen, wobei diese
Zeitpunkte der Berechnungseinrichtung für die Kraftstoff
einspritzzeitpunkte zugeführt wird und die Festlegungs
einrichtung für die mehreren Zeitpunkte der Einspritzung
in der Festlegungseinrichtung für die Zeiteinstellung
der ersten Einspritzung enthalten ist.
In einem dritten Ausführungsbeispiel umfaßt das erfin
dungsgemäße System zusätzlich zum ersten Ausführungsbei
spiel eine Sollabgastemperatur-Festlegungseinrichtung,
wenn die Diskriminatoreinrichtung für die Zweitkraftstoff
einspritzung feststellt, daß die Motorbetriebsbedingungen
in einem Bereich liegen, in welchem der Katalysator nicht
aktivierbar ist, wobei diese Festlegungseinrichtung eine
Soll- oder Zielabgastemperatur festlegt; eine Temperatur
anhebungsverfahren-Selektionseinrichtung, die ein Verfah
ren des Zweifacheinspritzverfahrens und eines Zündzeitpunkt-
Verzögerungsverfahrens entsprechend der festgelegten Soll
abgastemperatur unter Einbeziehung und Beachtung der
Kraftstoffverbrauchsrate auswählt; und eine Zündzeitpunkt-
Verzögerungseinrichtung zur Verzögerung des Zündzeitpunk
tes, der durch die Festlegungseinrichtung für die Zündzeit
punkteinstellung bestimmt ist.
In einem vierten Ausführungsbeispiel des erfindungs
gemäßen Systems umfaßt diese ferner zusätzlich zum drit
ten Ausführungsbeispiel einen Abgastemperatursensor;
eine Vergleichseinrichtung zum Vergleichen der Sollabgas
temperatur, die durch die Sollabgastemperatur-Festlegungs
einrichtung festgelegt wurde, mit einer aktuellen oder
Ist-Abgastemperatur, die vom Abgassensor detektiert ist;
wobei die Festlegungseinrichtung für die zweite Einspritz
menge und die Zündzeitpunktverzögerungseinrichtung die
zweite Kraftstoffeinspritzmenge Ti2 und die Zündzeitpunkt
verzögerungsrate θRD jeweils auf der Grundlage des Unter
schiedes zwischen der Sollabgastemperatur und der Ist-
Abgastemperatur unter Rückkopplungsregelung einstellen.
Im fünften Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen
Systems umfaßt dieses ferner zusätzlich zum dritten Aus
führungsbeispiel einen Abgastemperatursensor, eine Dis
kriminatoreinrichtung, die feststellt, ob die Abgas
temperatur eine Temperatur erreicht, bei der der Kataly
sator aktiviert werden kann, auf der Grundlage der ak
tuellen Temperatur oder Ist-Temperatur, die vom Tempe
ratursensor detektiert ist; eine Festlegungseinrichtung
für eine dritte Kraftstoffeinspritzmenge und eine Festle
gungseinrichtung für den Zeitpunkt der dritten Kraft
stoffeinspritzung in Abhängigkeit von der Sollabgastempe
ratur.
Gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel des erfin
dungsgemäßen Systems umfaßt dieses zusätzlich zum ersten
Ausführungsbeispiel eine Zylinderdruck-Detektoreinrichtung
zur Detektion des durch die erste Verbrennung erzeugten
Zylinderdrucks; eine Wärmeerzeugungsrate-Berechnungsein
richtung zur Berechnung der Wärme, die durch die erste
Kraftstoffverbrennung erzeugt wird, auf der Grundlage des
detektierten Zylinderdrucks und der Kurbelwinkelposition,
die vom Kurbelwinkelsensor detektiert wurde; einen Abnorma
litäts-Diskriminatorabschnitt zur Feststellung, ob die
erste Kraftstoffverbrennung normal ist oder nicht, auf
der Grundlage der berechneten Wärmeerzeugungsrate, und
eine Verbrennungsmodus-Änderungseinrichtung, die, wenn
die Abnormalität festgestellt ist und ein entsprechendes
Signal vom Diskriminatorabschnitt ausgegeben wird, die
Stratifikationsverbrennung auf eine gleichförmige Ver
brennung ändert.
In einem siebten Ausführungsbeispiel des erfindungs
gemäßen Systems umfaßt dieses zusätzlich zum ersten Aus
führungsbeispiel wiederum eine Zylinderdruckdetektorein
richtung zur Detektion des Zylinderdrucks der ersten
Kraftstoffverbrennung; eine Berechnungseinrichtung für
die durch die erste Verbrennung erzeugte Wärme auf der
Grundlage des detektierten Zylinderdrucks und der Kurbel
winkelposition; einen Diskriminatorabschnitt zur Fest
stellung, ob die erste Kraftstoffverbrennung normal ist
oder nicht, auf der Grundlage der berechneten Wärmeerzeu
gungsrate; eine Selektionseinrichtung zur Selektion eines
Korrekturparameters für den ersten Kraftstoff, wenn das
Abnormalitätssignal vom Diskriminatorabschnitt ausgegeben
ist, um zumindest einen Parameter zur Korrektur der
ersten Kraftstoffverbrennung festzulegen; und eine Para
meterfestlegungseinrichtung zur Festlegung des selektier
ten Parameters für die Festlegungseinrichtung der ersten
Kraftstoffeinspritzmenge, für die Festlegungseinrich
tung des Zeitpunktes der ersten Einspritzung bzw. die
Zündzeitpunkteinstelleinrichtung, um so die Wärmeerzeu
gungsrate durch die erste Kraftstoffverbrennung im nach
folgenden Zyklus oder Takt jeweils ohne Änderung des
Verbrennungsmodus aus Stratifikationsverbrennung in
gleichförmige Verbrennung.
Gemäß einem weiteren Aspekt sieht die vorliegende
Erfindung ein System zur Steuerung der Katalysatorakti
vierung bei Einspritzung von Kraftstoff in den Zylinder
vor, bei dem ein erster Kraftstoff, der direkt in jeden
der Motorzylinder eingespritzt wird, durch Funkenzündung
gezündet wird, während das Abgas durch einen Katalysator,
der im Motorabgassystem angeordnet ist, gereinigt wird,
wobei zusätzlicher Kraftstoff zumindest einmal in jeden
der Motorzylinder von einer frühen Periode zu einer
mittleren Periode eines Expansionshubs der ersten Kraft
stoffverbrennung entsprechend den jeweiligen Motorbe
triebsbedingungen und -zuständen eingespritzt wird, um
so den zusätzlich eingespritzten Kraftstoff durch Flam
menausbreitung der vorausgehenden Kraftstoffverbrennung
so zu entzünden oder entflammen, daß die Abgastemperatur
für die Katalysatoraktivierung anhebbar ist.
Ferner wird bevorzugt zwischen einem zusätzlichen
Kraftstoffeinspritzverfahren und einem Zündzeitpunktver
zögerungsverfahren entsprechend den jeweiligen Motor
betriebsbedingungen zu selektieren. Darüber hinaus wird
bevorzugt so verfahren, daß bei Erzeugung einer Wärme
menge durch die erste Kraftstoffverbrennung, die nicht
groß genug zur Entzündung des zusätzlich eingespritzten
Kraftstoffs (ohne neue Funkenzündung) ist, eines der im
folgenden aufgeführten Verfahren selektiv anzuwenden:
Ändern der Stratifikationsverbrennung in gleichförmige
Verbrennung, Steigern der ersten Kraftstoffeinspritz
menge und Unterbrechen der zusätzlichen Kraftstoffein
spritzung.
Das erfindungsgemäße Verfahren umfaßt einen Festle
gungsprozeß für eine erste Kraftstoffeinspritzung und
einen Festlegungsprozeß für eine zweite Kraftstoffein
spritzung, umfassend die Schritte: Detektieren von Motor
betriebsparametern; Berechnen einer Basiskraftstoffein
spritzmenge TP auf der Grundlage der detektierten Betriebs-
Parameter; Festlegen einer ersten Kraftstoffeinspritz
menge Ti1 durch Korrigieren der Basiskraftstoffeinspritz
menge auf der Grundlage verschiedener Motorbetriebsbedin
gungen; Festlegen einer ersten Kraftstoffeinspritz-Zeit
einstellung; Prüfen, ob die zweite Kraftstoffeinspritzung
erforderlich ist oder nicht; falls erforderlich, Fest
legen einer zweiten Kraftstoffeinspritzmenge Ti2 und
Festlegen eines Zeitpunkts für diese zweite Einspritzung
TINJ2 zwischen 30 und 60 Grad der Kurbelwinkelposition
nach dem oberen Totpunkt.
Gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung
wird ein Verfahren zur Katalysatoraktivierung für eine
Kraftstoffeinspritzung in den Zylinder angegeben, um
fassend einen Festlegungsprozeß für eine erste Kraft
stoffeinspritzung und einen Festlegungsprozeß für eine
n-fache Kraftstoffeinspritzung mit den Schritten: Detek
tieren von Motorbetriebsparameter; Berechnen einer Bais
kraftstoffeinspritzmenge TP auf der Grundlage der Be
triebsbedingungen; Prüfen, ob die n-fache Einspritzung
erforderlich ist oder nicht; falls ja, Festlegen einer
ersten Kraftstoffeinspritzmenge T₁ durch Korrigieren der
Basiskraftstoffeinspritzmenge TP auf der Grundlage von
verschiedenen Betriebsbedingungen des Motors und ferner
Festlegen des Zeitpunktes für die erste Kraftstoffein
spritzung TINJ1; und falls ja, Festlegen einer ersten
Kraftstoffeinspritzmenge Ti1, einer zweiten Kraftstoff
einspritzmenge Ti2, einer dritten Kraftstoffeinspritz
menge Ti3 . . . in Folge; und ferner Festlegen der ent
sprechenden Zeitpunkte TINJ1, TINJ2, TINJ3 in Folge.
Gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel umfaßt das
erfindungsgemäße Verfahren ferner zu den Schritten des
ersten Ausführungsbeispiels für das Verfahren einen Zünd
zeitpunktverzögerungsprozeß mit den Schritten: Detektie
ren von Motorbetriebsbedingungen N, TP; Prüfen, ob die
Abgastemperatur-Anhebungsbedingungen erfüllt sind oder
nicht; falls ja, Festlegen einer Sollabgastemperatur
unter Bezugnahme auf eine Tabelle und auf der Grundlage
der detektierten Motorbetriebsbedingungen; Prüfen, ob
die Sollabgastemperatur 300°C oder mehr beträgt; falls
ja, Selektieren der Zweifacheinspritzung und Festlegen
der Einspritzmenge Ti2 und des Einspritzzeitpunktes TINJ2
hierfür; und falls nein, Selektieren einer Zündzeitver
zögerung und Festlegen eines Zündzeitpunktverzögerungs
winkels θRD.
Gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel umfaßt das
erfindungsgemäße Verfahren zusätzlich zum dritten Ausfüh
rungsbeispiel einen Rückkopplungsprozeß mit den Schritten:
Prüfen, ob die Abgastemperatur-Anhebung ausgeführt wird
oder nicht; falls ja, Messen einer Abgastemperatur;
Prüfen, ob die gemessene Temperatur die Sollabgastempera
tur erreicht; falls nein, Prüfen, ob die Zweifacheinsprit
zung vorliegt oder nicht; falls ja, Steigern der zweiten
Kraftstoffeinspritzmenge; und falls nein, Steigern des
Zündzeitpunktverzögerungswinkel θRD.
Nach einem fünften Ausführungsbeispiel umfaßt das
Verfahren zusätzlich zu den Schritten des ersten Ausfüh
rungsbeispiels einen Abgastemperaturanhebungsprozeß mit
den Schritten: Detektieren der Motorbetriebsbedingungen;
Detektieren der Kühlmitteltemperatur; Prüfen, ob der
Motor gestartet wird; falls ja, Festlegen einer Sollab
gastemperatur; Prüfen, ob die festgelegte Abgastempera
tur 400°C oder mehr beträgt; falls ja, Festlegen einer
zweiten Kraftstoffeinspritzmenge Ti2 und einer dritten
Kraftstoffeinspritzmenge Ti3 und Festlegen eines Zeit
punktes für die zweite Einspritzung TINJ2 und eines Zeit
punktes TINJ3 für die dritte Einspritzung.
Der Abgastemperatur-Anhebungsprozeß umfaßt ferner
vorzugsweise die Schritte: falls im Schritt der Prüfung,
ob der Motor gestartet wird, sich ein Nein ergibt, Fest
legen einer weiteren Sollabgastemperatur; Prüfen, ob
die Dreifacheinspritzung erforderlich ist; falls ja,
Festlegen der entsprechenden Einspritzmenge Ti3 und
Zeitpunkteinstellung TINJ3; falls nein, Selektieren der
Zweifacheinspritzung und Festlegen nur der zweiten Kraft
stoffeinspritzmenge Ti2 und des entsprechenden Zeitpunktes
TINJ2.
Ferner umfaßt vorzugsweise der Abgastemperatur-Anhe
bungsprozeß die Schritte: falls bei der Prüfung, ob die
Sollabgastemperatur 400°C oder mehr beträgt, sich ein
Nein ergibt; Prüfen, ob die Abgastemperatur 300°C oder
mehr beträgt; falls ja, Selektieren der Zweifacheinsprit
zung; und Festlegen der entsprechenden Menge Ti2 und
Zeitgebung TINJ2 für die zweite Einspritzung; falls nein,
Selektieren der Zündzeitpunktverzögerung und Festlegen
der Zündzeitpunktverzögerungsrate θRD.
Gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel des Verfahrens
umfaßt dieses zusätzlich zu den Schritten des ersten Aus
führungsbeispiels einen Verbrennungszustand-Detektorprozeß
umfassend die Schritte: Detektieren des Drucks jedes Zy
linders; Berechnen einer Wärmeerzeugungsrate; Prüfen,
ob diese Wärmeerzeugungsrate normal ist oder nicht; falls
ja, Ausführen der zweiten Kraftstoffeinspritzung; falls
nein, Erzeugen eines Alarms und Unterbrechen der zweiten
Kraftstoffeinspritzung; Festlegen eines Korrekturwerts
für den Zeitpunkt der ersten Kraftstoffeinspritzung Δ TM;
Festlegen eines Korrekturwerts Δ K für die erste Kraft
stoffeinspritzmenge und Festlegen eines Korrekturwerts
θM für die Zündzeitpunkteinstellung.
Ein siebtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens umfaßt
ferner zusätzlich zu den Schritten des ersten Ausführungs
beispiels einen Verbrennungszustand-Detektorprozeß mit
den Schritten: Detektieren des Drucks jedes Zylinders;
Berechnen der Wärmeerzeugungsrate; Prüfen, ob die erzeug
te Wärmemenge groß genug ist, um die zweite Kraftstoff
verbrennung zu entzünden oder nicht; falls ja, Ausführen
der zweiten Kraftstoffeinspritzung; falls nein, Selektie
ren der ersten Kraftstoffverbrennungs-Korrekturparameter;
und Festlegen eines Korrekturwerts für den Zeitpunkt der
ersten Kraftstoffeinspritzung.
Wie oben erläutert, kann das System der vorliegenden
Erfindung, da der zweite Kraftstoff von einer frühen
Periode zur mittleren Periode des Expansionshubs der
ersten (primären) Verbrennung auf solche Weise eingespritzt
wird, daß dieser zweitmalig eingespritzte Kraftstoff
durch die Flammenausbreitung des primären Kraftstoffs
(ohne Funkenzündung) gezündet werden kann, ermöglichen,
daß der zweite eingespritzte Kraftstoff ohne von einer
Neuzündung (re-ignition) abzuhängen (es ist zu beachten,
daß die Wahrscheinlichkeit für eine Fehlzündung groß ist)
entflammt wird oder gezündet wird (is fired), so daß die
Abgastemperatur stabil für eine Katalysatoraktivierung
angehoben werden kann.
Da erfindungsgemäß vorzugsweise ferner entweder das
Zweifachkraftstoffeinspritzverfahren oder das Zündzeit
punktverzögerungsverfahren zur Verzögerung des Zündzeit
punktes der primären Verbrennung selektiv entsprechend den
jeweiligen Motorbetriebsbedingungen ausgeführt wird und
da ferner die Dreifacheinspritzung nach der Zweifachein
spritzung selektiv entsprechend der Aktivierungsbedin
gung für den Katalysator ausgewählt wird, und auf eine
solche Weise ausgeführt wird, daß der dritte einge
spritzte Kraftstoff durch die Flammenausbreitung des
zweiten eingespritzten Kraftstoffs gezündet wird, ist
es möglich, die frühe Aktivierung des Katalysators zu
realisieren, während gleichzeitig der Kraftstoffver
brauch auf einem so geringen Wert wie möglich gehalten
wird.
Ferner ist es erfindungsgemäß, da der dritte oder noch
weitere Kraftstoffeinspritzungen in jeden Zylinder nach
der primären Verbrennung entsprechend den jeweiligen
Motorbetriebsbedingungen (beispielsweise wenn ein Motor
bei niedriger Temperatur gestartet wird) und den Kataly
satorspezifikationen (z. B. im Fall einer Sollgastempera
tur von immerhin 400°C) vorgenommen werden, mög
lich, den Katalysator schneller und wirksamer zu aktivie
ren, während die Kraftstoffverbrauchsrate gleichzeitig
auf einem so geringen Wert wie möglich gehalten wird.
Da ferner erfindungsgemäß vorzugsweise, wenn die durch
die primäre Verbrennung des zuerst eingespritzten Kraft
stoffs unter den Betriebsbedingungen, die die Zweifach
kraftstoff-Einspritzungsbedingungen erfüllen, nicht groß
genug zur Zündung des zweiteingespritzten Kraftstoffs
ist, der Verbrennungszustand der prinären Verbrennung
korrigierbar ist (die Wärmemenge gesteigert wird), ist
es möglich, zuverlässig zu verhindern, daß Rohgas, so
wie es ist, emittiert wird, so daß wiederum verhindert
werden kann, daß der Katalysator überhitzt wird, be
einträchtigt wird oder infolge einer Fehlzündung des
zweiten eingespritzten Kraftstoffs beschädigt wird.
Im folgenden wird die Erfindung an Hand der Zeichnungen
näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Hilfsdarstellung zur Erläuterung des
Verbrennungsprozesses bei einer einzelnen Kraftstoffein
spritzung aus dem Stand der Technik in die Zylinder eines
Motors;
Fig. 2 ein Zeitablaufdiagramm zur Erläuterung der
Beziehung zwischen dem Wärmeerzeugungsmuster und der NOx-
Erzeugungsrate für die Einzelkraftstoffeinspritzung aus
dem Stand der Technik;
Fig. 3 eine Hilfsdarstellung zur Erläuterung des
Verbrennungsprozesses für die Zweifacheinspritzung in
die Zylinder eines Motors entsprechend der vorliegenden
Erfindung;
Fig. 4 ein Zeitdiagramm zur Erläuterung der Bezie
hung zwischen dem Wärmeerzeugungsmuster und der NOx-Er
zeugungsrate bei der Zweifacheinspritzung entsprechend
der vorliegenden Erfindung;
Fig. 5 ein schematisches Blockschaltbild, das ein
Motorsteuersystem für die Direkteinspritzung von Kraftstoff
in den Motor nach der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 6 ein funktionelles Blockschaltbild einer
elektronischen Steuereinheit entsprechend einem ersten
Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Systems;
Fig. 7 eine graphische Darstellung, die einen Be
reich von Zweifacheinspritzung zeigt, in welchem die
Motordrehzahl N und die Basiskraftstoffeinspritzmenge TP
(die Motorlast) als Motorparameter herangezogen sind;
Fig. 8 ein Zeitdiagramm, das die Beziehung zwischen
dem Zündzeitpunkt des Kraftstoffs und den Einspritzzeiten
für die erste (primäre) und zweite Einspritzung des Kraft
stoffs in Abhängigkeit vom Kurbelwinkel nach einem oberen
Totpunkt des Motors zeigt;
Fig. 9A eine graphische Darstellung, die die Be
ziehung zwischen der Abgastemperatur und dem Zeitpunkt
der zweiten Kraftstoffeinspritzung in Abhängigkeit von
der Kurbelwinkelposition nach dem oberen Totpunkt
(ATDC) zeigt;
Fig. 9B eine graphische Darstellung, die die Be
ziehung zwischen der Verbrennungsfluktuationsrate und
dem Zeitpunkt der zweiten Kraftstoffeinspritzung in Ab
hängigkeit vom ATDC zeigt;
Fig. 9C eine graphische Darstellung, die die Be
ziehung zwischen der Rauchkonzentration und dem Zeitpunkt
der zweiten Einspritzung wiederum bezogen auf ATDC zeigt;
Fig. 9D eine graphische Darstellung, die die Be
ziehung zwischen der HC-Konzentration und dem Zeitpunkt
der zweiten Kraftstoffeinspritzung bezogen auf ATDC
zeigt;
Fig. 9E eine graphische Darstellung, die die Be
ziehung zwischen der Kraftstoffverbrauchsrate und dem
Zeitpunkt der zweiten Kraftstoffeinspritzung bezogen auf
ATDC zeigt;
Fig. 10 eine graphische Darstellung, die die Be
ziehung zwischen der Kraftstoffverbrauchsrate und der
Abgastemperatur für die zweite Kraftstoffeinspritzung
und die Zündzeitverzögerung zeigt;
Fig. 11 ein Flußdiagramm, das die Prozedur einer
Routine für die Festlegung der ersten Kraftstoffein
spritzung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vor
liegenden Erfindung zeigt;
Fig. 12 ein Flußdiagramm, das die Prozedur für die
Routine der Einstellung der zweiten Kraftstoffeinspritzung
gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Er
findung zeigt;
Fig. 13 ein funktionelles Blockschaltbild einer
elektronischen Steuereinheit, das ein zweites Ausführungs
beispiel der Erfindung zeigt;
Fig. 14 ein Flußdiagramm, das die Prozedur einer
Routine für die Festlegung einer n-fachen Kraftstoff
einspritzung nach dem zweiten Ausführungsbeispiel zeigt;
Fig. 15 ein funktionelles Blockschaltbild einer
elektronischen Steuereinheit für ein drittes Ausführungs
beispiel der Erfindung;
Fig. 16 ein Flußdiagramm, das die Prozedur einer
Routine der Gastemperaturanhebung gemäß dem dritten Aus
führungsbeispiel zeigt;
Fig. 17A eine graphische Darstellung, die die Be
ziehung zwischen der HC-Konzentration und der angezeigten
spezifischen Kraftstoffverbrauchsrate (ISFC) für die
Zweifacheinspritzung, die Zündzeitverzögerung und die
Ansaugdrossel zeigt;
Fig. 17B eine graphische Darstellung, die die Be
ziehung zwischen der Abgastemperatur und der angezeigten
spezifischen Kraftstoffverbrauchsrate (ISFC) für die
Zweifachkraftstoffeinspritzung, die Zündzeitverzögerung
und die Ansaugdrossel zeigt;
Fig. 18 ein funktionelles Blockschaltbild einer
elektronischen Steuereinheit, das ein viertes Ausführungs
beispiel der Erfindung zeigt;
Fig. 19 ein Flußdiagramm, das die Prozedur einer
Gastemperaturanhebungsroutine des vierten Ausführungsbei
spiels zeigt;
Fig. 20 ein funktionelles Blockschaltbild einer
elektronischen Steuereinheit, das ein fünftes Ausführungs
beispiel der Erfindung zeigt;
Fig. 21 ein Flußdiagramm, das die Prozedur einer
Gastemperaturanhebungsroutine des fünften Ausführungsbei
spiels zeigt;
Fig. 22A eine graphische Darstellung, die die Be
ziehung zwischen der HC-Konzentration und der angezeigten
spezifischen Kraftstoffverbrauchsrate (ISFC) für die
Zweifacheinspritzung, die Dreifacheinspritzung, die Zünd
zeitpunktverzögerung und die Ansaugdrossel zeigt;
Fig. 22B eine graphische Darstellung, die die Be
ziehung zwischen der Abgastemperatur und der angezeigten
spezifischen Kraftstoffverbrauchsrate (ISFC) für die Zwei
facheinspritzung, die Dreifacheinspritzung, die Zündzeit
verzögerung und die Ansaugdrossel zeigt;
Fig. 23 ein funktionelles Blockschaltbild einer
elektronischen Steuereinheit, das ein sechstes Ausführungs
beispiel der Erfindung zeigt;
Fig. 24 ein Flußdiagramm, das die Prozedur einer
Routine für die Einstellung der ersten Kraftstoffein
spritzmenge des sechsten Ausführungsbeispiels zeigt;
Fig. 25 ein Flußdiagramm, das die Prozedur einer
Routine zur Verbrennungszustand-Detektion des sechsten
Ausführungsbeispiels zeigt;
Fig. 26 eine Zeittafel, die zur Erläuterung einer
abnormen Verbrennung bei Einzelkraftstoffeinspritzung
dient;
Fig. 27 ein funktionelles Blockschaltbild einer
elektronischen Steuereinheit, die ein siebtes Ausführungs
beispiel der Erfindung zeigt; und
Fig. 28 ein Flußdiagramm, das die Prozedur einer
Routine zur Verbrennungszustand-Detektion des siebten
Ausführungsbeispiels zeigt.
Es werden im folgenden bevorzugte Ausführungsbeispie
le der vorliegenden Erfindung an Hand der detaillierten Er
läuterung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen
erläutert.
Unter Bezugnahme auf die Fig. 3 bis 12 wird ein
erstes grundlegendes Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung im folgenden erläutert.
Das Merkmal des ersten Ausführungsbeispiels besteht
darin, einen zweiten Einspritzkraftstoff oder sekundären
Einspritzkraftstoff in jeden Motorzylinder von einer frühen
Periode zu einer mittleren Periode eines Expansionshubs der
primären (ersten) Kraftstoffverbrennung auf eine solche
Weise einzuspritzen, daß der zweite Einspritzkraftstoff
durch die Flammenausbreitung der primären Kraftstoffver
brennung gezündet werden kann, so daß die Abgastemperatur
für die Katalysatoraktivierung zuverlässig angehoben wer
den kann.
Im Detail zeigt Fig. 3 den Verbrennungsprozeß bei
der zweifachen Kraftstoffeinspritzung. Wie in Fig. 3 dar
gestellt, wird nach Einspritzung eines ersten Einspritz
kraftstoffs oder Ersteinspritzkraftstoffs in jeden Motor
zylinder der erste Einspritzkraftstoff für die primäre
Kraftstoffverbrennung in derselben Weise wie beim konven
tionellen Verfahren gezündet. Anschließend wird wieder ein
zweiter Kraftstoff eingespritzt. Hier in der vorliegenden
Erfindung wird der sekundär eingespritzte Kraftstoff nicht
wieder gezündet wie im Fall der Vorrichtung aus dem Stand
der Technik, sondern durch die Flammenausbreitung der
ersten Kraftstoffverbrennung entzündet. Durch dieses Verfah
ren ist es möglich, eine Nichtverbrennungsregion (die
nicht durch die primäre Verbrennung des ersten Einspritz
kraftstoffs gezündet werden kann) der äußersten Mischung
eines mageren Luft-Kraftstoffverhältnisses zu eliminieren.
Darüber hinaus ist es möglich, das in der Quench-Schicht
oder Quetsch-Schicht der Wandfläche der Verbrennungskammer
und innerhalb von Spalten, die zwischen einem Kolben oder
Kolbenringen und der Innenwand des Kolbens ausgebildet sind,
zurückbleibende Gas durch die zweite Verbrennung des zweiten
Einspritzkraftstoffs zu zünden.
Ferner zeigt Fig. 4 die Beziehung zwischen dem Wärme
erzeugungsmuster und der NOx Erzeugungsrate bei der Zweifach
kraftstoffeinspritzung. Wie aus Fig. 4 hervorgeht, ist es
möglich, Wärme, die in der ersten Hälfte der Verbrennung er
zeugt wird, so zu unterdrücken, daß die Erzeugung des NOx
reduziert werden kann, wodurch die Steuerbarkeit der Verbren
nung verbessert wird. Mit anderen Worten ist es möglich, die
Verbrennungseffizienz zu verbessern und die Abgastemperatur
in der letzteren Periode der Verbrennung im Expansionshub
des Motors für die Aktivierung des Katalysators zu steigern.
In Fig. 5 ist ein Motor 1 mit Direktkraftstoffeinsprit
zung gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt, wobei Kraft
stoff direkt in jeden einer Mehrzahl von Zylindern des Motors
1 eingespritzt wird, und die Mischung aus eingespritztem
Kraftstoff und Luft wird durch Funkenzündung gezündet. Als
Ansaugsystem dieses Motors 1 ist ein Drosselkörper 2 mit
einem darin installierten Drosselventil (Drosselklappe) am
Motor 1 angebracht, und es ist ein Luftfilter 4 auf der
stromabwärtigen Seite des Drosselkörpers 2 oder auch Klap
penstutzens 2 über ein Luftdurchsatzmeßgerät 3 angeschlos
sen. Andererseits ist als Abgas System des Motors 1 ein Ka
talysator 5 zur Reinigung von Abgasen in einem Abgassystem
des Motors 1 angeordnet, und es ist auf der stromabwärtigen
Seite des Katalysators 5 ein Schalldämpfer bzw. Auspuff
topf 6 angebracht.
Ferner sind Kraftstoffeinspritzer 7 jeweils zur Ein
spritzung eines Hochdruckkraftstoffs direkt in jede Ver
brennungskammer (jeden Zylinder) des Motors 1 vorgesehen,
und es sind Zündkerzen 8 zum Zünden des eingespritzten
Kraftstoffs wie auch die Einspritzer 7 so am Motor 1 ange
bracht, daß sie sich in jede der Verbrennungskammern hinein
erstrecken. Ferner sind Zylinderdrucksensoren 9 ebenfalls so
am Motor 1 angebracht, daß sie sich in jede der Verbrennungs
kammern erstrecken, um den Innenzylinderdruck zu messen.
Jeder der Kraftstoffeinspritzer 6 und jede Zündkerze 8
sind beide in solcher positioneller Beziehung angebracht,
daß ein relativ reiches oder fettes Gemisch in der Umge
bung des Zündbereichs der Zündkerze 8 durch den von den
Kraftstoffeinspritzern 7 eingespritzten Kraftstoff ge
bildet werden kann; mit anderen Worten auf eine solche
Weise, die für eine Stratifikationsverbrennung geeignet
ist.
Ferner ist jede Zündkerze 8 mit einer Sekundärwick
lungsseite einer Zündspule 10 verbunden. Eine Zündeinrich
tung 11 ist mit einer elektronischen Steuereinheit (ECU)
20 zum Steuern der Kraftstoffeinspritzung und der Kraft
stoffzündung des Motors 1 verbunden.
Wie in Fig. 5 gezeigt, ist die ECU 20 ein Mikro
computer zur Steuerung des Betriebs vom Motor 1, wobei die
Einheit aus einer CPU 21, einem ROM 22, einem RAM 23, einem
Eingangsinterface 24, einem Ausgangsinterface 25 und einer
Busleitung 26 usw. aufgebaut ist.
Mit dem Eingangsinterface 24 sind das Luftdurchsatz
meßgerät 3, der Innenzylinderdrucksensor 9, ein Drossel
öffnungsbetragsensor 12 zur Detektion des Öffnungsbetrags
oder Öffnungsgrads der Drosselklappe, die am Klappenstutzen
2 vorgesehen ist, ein Kurbelwinkelsensor 13 zur Detektion
der Kurbelwinkelstellung des Motors 1, ein Zylinderdiskri
minatorsensor 14 zur Unterscheidung und Feststellung eines
Zylinders als der Kraftstoffeinspritzung und Kraftstoffzün
dung zu unterziehen, ein Kühlmitteltemperatursensor 15 zur
Detektion der Kühlmitteltemperatur des Motors 1, ein
Abgastemperatursensor 16 zur Detektion einer Abgastemperatur
unmittelbar vor dem Katalysator 5 usw. verbunden.
Andererseits ist mit dem Ausgangsinterface 25 die
Zündeinrichtung 11 direkt verbunden. Ferner sind ein Einlaß-
oder Ansaug-Drosselklappenbetätigungsglied 17, das am Klap
penstutzen 2 vorgesehen ist, und verschiedene Betätigungs
glieder (z. B. die Kraftstoffeinspritzer 7) über eine An
triebsschaltung oder Steuerschaltung 29 bzw. 30 mit dem Aus
gangsinterface verbunden.
Im ROM 22 werden vorab festgelegte Daten wie Steuer
programme, verschiedene Tabellen usw. gespeichert. Im
RAM 23 werden verschiedene Daten, die durch die Verarbei
tung der unterschiedlichen Sensorsignale gewonnen werden,
und Daten, die durch verschiedene arithmetische Einrich
tungen der CPU 21 verarbeitet werden, gespeichert. Die
CPU 21 berechnet verschiedene Steuervariablen (z. B. die
Kraftstoffeinspritzmenge, die Zündzeitsteuerung jedes Zy
linders des Motors 1) entsprechend den Steuerprogrammen,
die im ROM 22 gespeichert sind, und auf der Grundlage der
verschiedenen Daten, die im RAM 23 gespeichert sind. Die
gewonnenen Steuervariablen werden zu dem entsprechenden
Einspritzer 7 und der entsprechenden Zündeinrichtung 11
usw. für die Steuerung der Kraftstoffeinspritzmenge und
die Steuerung der Einspritzungszeit ausgegeben, und
zwar derart, daß der Motor 1 auf optimalen Verbrennungs
bedingungen gehalten wird.
Bei der üblichen Motorverbrennungssteuerung wird
Kraftstoff einmal pro Zyklus eingespritzt und gezündet,
d. h., Kraftstoff wird einmal im Ansaughub oder Verdich
tungshub vom Einspritzer in den Zylinder eingespritzt
und danach wird die Mischung aus Luft und Kraftstoff
durch die mittels der Zündkerze 8 erzeugte Funkenentla
dung bzw. den erzeugten Funkenüberschlag gezündet. In der
Verbrennungssteuerung des Motors mit Direktkraftstoff
einspritzung gemäß der vorliegenden Erfindung wird unter
vorbestimmten Motorbetriebsbedingungen, nachdem der pri
märe Kraftstoff, der in den Zylinder im Saug- oder Ver
dichtungshub eingespritzt worden ist, durch Funkenzün
dung gezündet worden ist, der Hilfskraftstoff oder
zweite Kraftstoff zumindest einmal im Expansionshub der
primären Kraftstoffverbrennung so in den Zylinder ge
spritzt, daß das äußerste nicht gezündete Gas durch die
Flammenausbreitung der bereits gezündeten primären Ver
brennung gezündet werden kann.
Wenn Kraftstoff zweifach für jeden Zyklus in den Zy
linder eingespritzt wird, wird beispielsweise der primäre
(erste) Kraftstoff zuerst durch Funkenzündung gezündet.
Ferner wird in der späteren oder letzteren Periode der
Verbrennung im Expansionshub der ersten Kraftstoffver
brennung der Hilfskraftstoff oder sekundäre Kraftstoff
wieder mit einer solchen Zeitsteuerung oder zu einem sol
chen Zeitpunkt in den Zylinder gespritzt, daß er durch die
Flammenausbreitung vom bereits gezündeten Teil des frühe
ren (ersten) Einspritzkraftstoffs ohne erneute Zündung
gezündet wird. Auf dieselbe Weise ist es bei Dreifachkraft
stoffeinspritzung möglich, darüber hinaus noch einen
dritten Kraftstoff in der letzteren Periode der Verbren
nung im Expansionshub der zweiten Kraftstoffverbrennung
mit einer solchen Zeitsteuerung bzw. einem solchen Ein
spritzzeitpunkt einzuspritzen, daß er durch die Flammen
ausbreitung des bereits gezündeten Teils des früheren (in
diesem Fall zweiten) Einspritzkraftstoffs ohne erneute
Zündung gezündet wird.
Dies ist deshalb der Fall, weil, wie bereits unter
Bezugnahme auf Fig. 1 erläutert, in der ersten Kraftstoff
einspritzung, da die Menge des eingespritzten Kraftstoffs
aus der Sicht des Kraftstoffzerstäubung relativ exzessiv
ist, der Kraftstoff dazu neigt, sich unter einem weiten
Winkel auszubreiten, so daß das äußerste Gas außerordent
lich mager ist und daher nicht ausreichend gezündet wird.
Infolgedessen steigt die Menge an ausgetragenem Kohlen
wasserstoff (Hz). Ferner ist gemäß Darstellung in Fig. 2,
wenn die Menge der Kraftstoffeinspritzung groß ist, da die
Anfangsverbrennung aktiv wird, zu beachten, daß die Wärme
erzeugungsrate dazu neigt, in der ersten Hälfte der Ver
brennung anzusteigen und zwar mit dem Ergebnis, daß das
in der ersten Hälfte gezündete Gas in der zweiten Hälfte
komprimiert wird und hierdurch Stickoxide NOx im Abgas
hervorgerufen werden.
Daher wird in der vorliegenden Erfindung für den Fall,
daß zu erwarten ist, daß der Kraftstoff unter einem weiten
Diffusionswinkel bei normaler Verbrennungssteuerung zer
stäubt wird und hierdurch das äußerste Gas außerordentlich
mager ist, die Menge der primären Kraftstoffeinspritzung,
die durch Funkenzündung zu zünden ist, leicht reduziert.
Ferner wird der zweite oder sekundäre Kraftstoff wieder
bei einer späteren Periode des Expansionshubs des primären
Kraftstoffs in den Zylinder gespritzt. Ferner ist es auch
möglich, einen dritten, vierten, . . . Kraftstoff im Expan
sionshub des jeweils vorausgehend eingespritzten Kraft
stoffs einzuspritzen.
Die Funktion der ECU 20 des ersten Ausführungsbei
spiels wird nun detailliert unter Bezugnahme auf Fig. 6
erläutert.
Im ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfin
dung wird für den Fall, wenn die Abgastemperatur (nach
der primären Verbrennung durch die gewöhnliche (erste)
Kraftstoffeinspritzung und -zündung) niedrig ist und
hierdurch der Katalysator 5 nicht aktivierbar ist, eine
zusätzliche zweite Kraftstoffeinspritzung unmittelbar, be
vor die primäre Verbrennung abgeschlossen ist, erzielt,
um die zweite Verbrennung auf der Grundlage der Flammen
ausbreitung der primären Verbrennung (ohne von der zwei
ten Zündung abzuhängen) so zu erzeugen, daß auf diese
Weise die Abgastemperatur für die Aktivierung des Kataly
sators 5 angehoben werden kann.
Zur Erzielung der obigen Funktion ist die ECU des
ersten Ausführungsbeispiels mit einer zusätzlichen Steuer
funktion für die zweite Kraftstoffeinspritzung als Zusatz
zur gewöhnlichen ersten Kraftstoffsteuerfunktion versehen.
Gemäß Fig. 6 bedeutet dies, daß die erste (gewöhnliche)
Kraftstoffsteuerfunktion durch einen Motordrehzahl-Berech
nungsabschnitt 51, einen Kurbelpositionsdetektorabschnitt
einen Betriebszustands-Detektionsabschnitt 53, einen
Festlegungsabschnitt 54 für eine erste Einspritzmenge, einen
Festlegungsabschnitt 55 für eine erste Einspritz-Zeitpunkt
einstellung, einen Festlegungsabschnitt 56 für eine Zünd
zeitpunkteinstellung, einen Berechnungsabschnitt 57 für
eine Kraftstoffeinspritzzeitpunkteinstellung, einen Berech
nungsabschnitt 58 für die Zündzeitpunkteinstellung und
Antriebsabschnitte 59 und 60 realisiert wird. Die zweite
oder sekundäre (erfindungsgemäße) Kraftstoffsteuerfunktion
kann durch einen Diskriminatorabschnitt 61 für die Zweit
einspritzungsbedingung, einen Festlegungsabschnitt 62 für
eine zweite Einspritzmenge und einen Festlegungsabschnitt
63 für eine zweite Zündzeitpunkteinstellung realisiert
werden.
Dabei berechnet genauer der Motordrehzahl-Berechnungs
abschnitt 51 die Anzahl N vom Motorumdrehungen (die im fol
genden als Motordrehzahl N bezeichnet wird) auf der Grund
lage der Signale, die ihm vom Kurbelwinkelsensor 13 zuge
führt werden. Der Kurbelwinkelpositions-Detektorabschnitt
52 detektiert die Kurbelwinkelposition jedes Motorzylin
ders auf der Grundlage des Signals vom Kurbelwinkelsensor
13 und des Signals vom Zylinderdiskriminatorabschnitt 14.
Der Betriebszustand-Detektorabschnitt 53 berechnet
zunächst eine Basiskraftstoffmenge TP als Motorbelastung
oder Motorcharge (wobei TP = K × Q/N mit K gleich eine
Korrekturkonstante, die für den Einspritzer 7 ermittelt
ist; Q gleich Ansaugluftmenge, die durch das Signal des
Luftdurchsatzmeßgeräts 3 gewonnen ist; und N gleich Mo
tordrehzahl, die von dem Motordrehzahl-Berechnungsab
schnitt 51 geliefert wird), und entscheidendes dann über
irgendeine der Verbrennungen: die Stratifikationsverbren
nung (zum Abschließen der Kraftstoffeinspritzung unmittel
bar vor der Zündung in der letzteren Periode des Kompres
sionshubs) und die gewöhnliche gleichförmige oder gleich
mäßige Verbrennung (zum Einspritzen von Kraftstoff in der
frühen Periode des Ansaughubs). Dies bedeutet, daß in
der Stratifikationsverbrennung die reiche Mischung oder
satte Mischung in der Umgebung des Zündbereichs der Zünd
kerze 9 zunächst gezündet wird und anschließend die magere
Mischung durch Flammenausbreitung (innerhalb der Verbren
nungskammer) der gezündeten fetten Mischung gezündet wird.
Demgegenüber wird in der gleichförmigen Verbrennung der
Kraftstoff gezündet, nachdem der Kraftstoff innerhalb der
Verbrennungskammer gleichmäßig mit der Luft vermischt ist.
Der Festlegungsabschnitt 54 für eine erste Einspritz
menge legt die Kraftstoffeinspritzmenge (eine erste Kraft
stoffeinspritzmenge Til) entsprechend der primären (ersten)
Verbrennung gemäß den Betriebsbedingungen fest. In diesem
Ausführungsbeispiel wird die erste Kraftstoffeinspritzmenge
Til (Til = TP × COEF + TS) durch Korrigieren der Basis
kraftstoffeinspritzmenge TP berechnet, welche vom Be
triebszustands-Detektorabschnitt 53 geliefert wird, und
zwar auf der Grundlage eines Korrekturkoeffizienten COEF,
der entsprechend verschiedenen Motorbetriebsbedingungen
(Parametern) bestimmt worden ist, und zieht zu dieser Be
rechnung auch eine Spannungskorrekturrate bzw. einen Span
nungskorrekturwert TS heran. Der Korrekturkoeffizient COEF
ist ein Inkrement- oder Dekrementbetrag, der auf der
Grundlage der verschiedenen Motorparameter (Motorbetriebs
bedingungen) ermittelt wird, die durch die Signale des
Drosselöffnungsbetragsensors 12, des Kühlmitteltemperatur
sensors 15 usw. gewonnen werden. Der Spannungskorrekturwert
TS wird dazu verwendet, die Ansprechverzögerungszeit, d. h.
auch den Zeitpunkt des verzögerten Ansprechens vom Ein
spritzer 7 zu korrigieren, da die Betätigungsgeschwindigkeit
oder Aktivierungsgeschwindigkeit des Einspritzers 7 dem
Einfluß der Batteriespannung VB unterliegt.
Der Festlegungsabschnitt 55 für eine erste Einspritz
zeitpunkteinstellung legt die Einspritzzeitpunkteinstellung
(die erste Einspritzzeitpunkteinstellung TINJ1) unter den
Betriebsbedingungen der Motordrehzahl N und der Basiskraft
stoffeinspritzmenge TP entsprechend des gewählten Verbren
nungsverfahrens (gleichförmig oder Stratifikationsverfah
ren) fest, für das sich der Betriebszustands-Detektorab
schnitt 53 entschieden hat, und gibt den festgelegten Wert
an den Berechnungsabschnitt 57 für die Kraftstoffeinspritz
zeitpunkteinstellung aus. Die erste Einspritzzeitpunktein
stellung TINJ1 wird für den Fall der Stratifikationsver
brennung als Einspritzendzeitpunkteinstellung TEND und
für den Fall der gleichförmigen Verbrennung als Einspritz
startzeitpunkteinstellung TST festgelegt.
Der Festlegungsabschnitt 56 für eine Zündzeitpunkt
einstellung ermittelt eine Basiszündzeitpunkteinstellung
θBASE, die auf der Grundlage der Motordrehzahl N und der
vom Abschnitt 53 berechneten Basiskraftstoffeinspritzmenge
TP beispielsweise unter Zurückgreifen auf Werte einer Ta
belle festgelegt wird. Ferner wird die endgültige Zünd
zeitpunkteinstellung θIG festgelegt, indem ein kühlmittel
temperaturkorrigierender Voreilwinkelwert zur Basiszündzeit
punkteinstellung θBASE hinzuaddiert wird.
Der Berechnungsabschnitt 57 für die Kraftstoffein
spritzzeitpunkteinstellung berechnet die erste Einspritz
zeitpunkteinstellung TINJ1, die von dem Festlegungsab
schnitt 55 für die erste Einspritzzeitpunkteinstellung
festgelegt wurde, abhängig vom Kurbelwinkel. Dies bedeu
tet die Berechnung als Einspritzzeitpunkteinstellung mit
Bezug auf eine Kurbelwinkelposition (z. B. einen oberen Tot
punkt TDC jedes Zylinders, in den Kraftstoff einzuspritzen
ist), die durch den Kurbelwinkelpositions-Detektorabschnitt
52 ermittelt worden ist, und gibt ein Signal entsprechend
der ersten Einspritzmenge Til, die durch den Festlegungs
abschnitt 54 für eine erste Einspritzmenge festgelegt wor
den ist, über die Antriebsschaltung 59 an den Einspritzer
7 aus. Wird ferner die zweite Einspritzung ausgeführt, so
berechnet der Berechnungsabschnitt 57 für eine Kraftstoff
einspritzzeitpunkteinstellung die zweite Kraftstoffein
spritzzeitpunkteinstellung TINJ2, die vom Festlegungsab
schnitt 63 für die zweite Kraftstoffeinspritzzeitpunkt
einstellung festgelegt worden ist, in Abhängigkeit vom
Kurbelwinkel, d. h. als die Einspritzzeitpunkteinstellung
relativ zu einer Bezugs-Kurbelwinkelposition für jeden
Zylinder (in den Kraftstoff einzuspritzen ist), wobei
diese Position von dem Kurbelwinkelpositions-Detektor
abschnitt 52 detektiert worden ist. Der Abschnitt 57 gibt
dann ein Signal entsprechend dieser zweiten Einspritzmenge
Ti2, welche gemäß weiter unten erfolgender Beschreibung
durch den Festlegungsabschnitt 62 für die zweite Einspritz
menge festgesetzt worden ist, wiederum über die Antriebs
schaltung 59 an den Einspritzer 7 aus.
Der Zündzeitpunkt-Berechnungsabschnitt 58 berechnet
den Zündzeitpunkt oder die Zündzeitpunkteinstellung θIG,
die vom Abschnitt 56 für die Zündzeitpunkteinstellung
festgelegt worden ist, in Abhängigkeit vom Kurbelwinkel,
d. h. als den Zündzeitpunkt mit Bezug auf eine Bezugs-
Kurbelwinkelposition jedes Zylinders (in den Kraftstoff
einzuspritzen ist), wobei die Position durch den Kurbel
winkelpositions-Detektorabschnitt 52 detektiert worden
ist, und gibt ein Signal entsprechend hierzu über die
Antriebsschaltung 60 an die Zündeinrichtung 11 aus.
Auf der anderen Seite unterscheidet der Diskrimina
torabschnitt 61 für die Zweiteinspritzungsbedingung, ob
der gegenwärtige Betriebsbereich innerhalb eines Bereichs
liegt, der eine zweite Kraftstoffeinspritzung erfordert,
und zwar auf der Grundlage der Motordrehzahl N und der
Basiskraftstoffeinspritzmenge TP, die vom Betriebszustands-
Detektorabschnitt 53 ermittelt wurden. Ist die zweite
Kraftstoffeinspritzung aufgrund dieser Bereichsfestellung
erforderlich, gibt der Diskriminatorabschnitt 61 für die
Zweiteinspritzungsbedingung einen Befehl für eine solche
zweite Kraftstoffeinspritzung an den Festlegungsabschnitt
62 für die zweite Kraftstoffeinspritzmenge und auch an den
Festlegungsabschnitt 63 für den zweiten Einspritzzeitpunkt.
In der Praxis kann der Bereich für die zweite Kraft
stoffeinspritzung unter Verwendung einer Tabelle (gemäß
Darstellung in Fig. 7), die im ROM 22 gespeichert ist,
festgestellt und abgelegt werden. Diese Tabelle zeigt
einen empirisch bestimmten Bereich für eine zweite Kraft
stoffeinspritzung (schraffierter Bereich) an, wobei die
Abszisse die Motordrehzahl N und die Ordinate den Basis
kraftstoffeinspritzbetrag TP (engine load) bezeichnet, die
durch den Betriebszustands-Detektorabschnitt 53 ermittelt
werden. In diesem Zweitkraftstoffeinspritzbereich ist die
Abgastemperatur klein, weil der erste Kraftstoffeinspritz
betrag für die primäre Verbrennung infolge einer geringen
Motordrehzahl N und einer geringen Motorlast in der Stra
tifikationsverbrennung gering ist, und es ist hierdurch
schwierig, den Katalysator 5 zu aktivieren. Zusammenfassend
dargestellt, ermittelt durch Zurückgreifen auf diese Ta
belle im ROM 22 der Diskriminatorabschnitt 61 für die
Zweiteinspritzungsbedingung, ob die gegenwärtigen Motor
betriebsbedingungen den Bedingungen genügen, die durch den
in Fig. 7 gezeigten Bereich für die zweite Kraftstoffein
spritzung vorgegeben sind, und gibt dann einen Befehl aus,
wenn die zweite Kraftstoffeinspritzung erforderlich ist.
Ansprechend auf diesen Befehl, der vom Abschnitt 61
ausgegeben worden ist, setzt der Festlegungsabschnitt 62
für die zweite Einspritzmenge diese zweite Einspritzmenge
Ti2 fest, welche durch Flammenausbreitung oder Flammen
fortpflanzung der primären Verbrennung durch die erste Ein
spritzung gezündet wird. In diesem Ausführungsbeispiel
wird die zweite Einspritzmenge Ti2 auf der Grundlage der
Basiskraftstoffeinspritzmenge TP bestimmt (dem Basiswert
der ersten Einspritzmenge Ti1). Ohne hierauf beschränkt
zu sein, ist es jedoch möglich, durch einige Experimente
eine minimale Kraftstoffeinspritzmenge zu bestimmen, wel
che durch Flammenausbreitung der ersten Verbrennung gezün
det wird, und ferner die minimale Menge in der inkrementel
len Richtung einzustellen.
Der Festlegungsabschnitt 63 für die zweite Einspritz
zeitpunkteinstellung setzt den zweiten Einspritzzeitpunkt
fest (zu dem der zweite Einspritzkraftstoff zuverlässig
durch Flammenausbreitung der ersten Verbrennung gezündet
werden kann), und zwar entsprechend den Betriebsbedingun
gen, die auf der Grundlage der Motordrehzahl N und der
Basiseinspritzmenge TP beispielsweise durch Zurückgreifen
auf eine Tabelle ermittelt wurden.
Um die zweite Einspritzkraftstoffmenge zuverlässig in
der letzteren Periode (d. h. dem Expansionshub) der primä
ren Verbrennung ohne erneute Zündung zu zünden, ist es
insbesondere erforderlich, den zweiten Kraftstoffeinspritz
zeitpunkt in einem geeigneten Bereich festzulegen. Bei
spielsweise zeigt die Fig. 8 die Beziehung zwischen der
Kraftstoffzündzeitpunkteinstellung und der ersten (primä
ren) und zweiten Kraftstoffeinspritzzeitpunkteinstellung
in Einheiten des Kurbelwinkels nach dem oberen Totpunkt
TDC (von top dead center) des Motors. Wie in Fig. 8 ge
zeigt, wird der Kraftstoffeinspritzstartzeitpunkt grob
zwischen 10 und 80° nach dem oberen Totpunkt festgelegt,
wobei für diese Bedingung eine stabile Zündung der zwei
ten Kraftstoffmenge ohne erneute Zündung erzielbar ist.
Wird ferner der Startzeitpunkt für die Kraftstoffein
spritzung grob zwischen 30 und 60° nach dem oberen Tot
punkt festgelegt, kann die optimale Zündung des zweiten
Einspritzkraftstoffs ohne Neuzündung erzielt werden.
Wird jedoch der zweite Einspritzzeitpunkt in einer exzes
siv kurzen Zeit nach der primären Verbrennungszeitpunkt
einstellung festgelegt, wird, da der Kraftstoff sich
nicht ausreichend ausbreiten kann, Rauch erzeugt. Wird
demgegenüber der zweite Einspritzzeitpunkt eine zu lange
Zeit nach dem Zeitpunkt der primären Verbrennung festge
legt, dann kann nicht nur die Abgastemperatur auf einen
höheren Wert ansteigen, sondern es wächst auch der HC-
Wert (Kohlenwasserstoffwert) an, da der Kraftstoff zu
exzessiv ausgebreitet wird, so daß die Abgasemission
sich verschlechtert, da die Kraftstoffdiffusion zu hoch ist.
Folglich ist es notwendig, den optimalen Einspritz
zeitpunkt für die zweite Einspritzung von Kraftstoff auf
der Grundlage einiger Experimente zu ermitteln, indem die
Motordrehzahl N und die Basiskraftstoffeinspritzmenge TP
(Motorlast) als Parameter ermittelt werden und die experi
mentellen Ergebnisse in einer spezifizierenden Tabelle
gespeichert werden. Der Festlegungsabschnitt 63 für die
Zeitpunkteinstellung der zweiten Einspritzung kann den
zweiten Einspritzzeitpunkt TINJ2 gemäß den Betriebsbedin
gungen durch Zurückgreifen auf diese Tabelle festlegen.
Obgleich sich der optimale Wert für diesen zweiten Zeit
punkt TINJ2 entsprechend der Motorspezifikation jeweils
unterscheidet, d. h. der Anzahl von Zyklen (z. B. zwei
Zyklen (2 Takte), vier Takte usw.), ist es möglich, den
selben optimalen Einspritzzeitpunkt qualitativ für sämt
liche Motoren mit Direkteinspritzung zu verwenden, so daß
die Neuzündung zum Zünden des zweiten Einspritzkraft
stoffs nicht nötig ist. Im Motor 1 der vorliegenden Er
findung wird der Zeitpunkt für die zweite Kraftstoffein
spritzung so festgelegt, daß er zwischen der frühen Pe
riode und der mittleren Periode des Expansionshubs der
primären Verbrennung liegt; d. h. zwischen etwa 30 und 60°
nach dem oberen Totpunkt (ATDC von after top dead center).
Die Fig. 9A bis 9E zeigen die experimentellen Ergeb
nisse, die anzeigen, daß der optimale Startzeitpunkt für
die zweite Einspritzung nach dem oberen Totpunkt (ATDC)
zwischen 30 und 60° liegt. Ferner zeigt Fig. 9A die Be
ziehung zwischen der Abgastemperatur und dem zweiten Kraft
stoffstartzeitpunkt in Einheiten des Kurbelwinkels nach
dem oberen Totpunkt (ATDC); Fig. 9B zeigt die Beziehung
zwischen der Fluktuationsrate der Verbrennung und dersel
ben Startzeitpunkteinstellung wiederum in Einheiten von
ATDC; Fig. 9C zeigt die Beziehung zwischen der Rauchkon
zentration und dem Startzeitpunkt in Abhängigkeit von
ATDC; Fig. 9D zeigt die Beziehung zwischen der HC-Konzen
tration und dem Startzeitpunkt in Abhängigkeit vom ATDC;
und Fig. 9E zeigt die Beziehung zwischen der Kraftstoff
verbrauchsrate und dem Startzeitpunkt in Abhängigkeit vom
ATDC.
Wie bereits erläutert, ist es, um die Aktivierung des
Katalysators aufrechtzuerhalten, erforderlich, die Abgas
temperatur auf ein gewisses Maß anzuheben. Im konventio
nellen Verfahren ist, wenn die Abgastemperatur nach der
normalen primären Kraftstoffeinspritzung exzessiv niedrig
war, die Zweitkraftstoffeinspritzung oder der Zeitpunkt
für die sekundäre Kraftstoffzündung so verzögert worden,
daß die sekundäre Verbrennungsphase verschoben wurde, wie
durch die gestrichelte Linie in Fig. 10 angezeigt ist,
welche die Beziehung zwischen der Kraftstoffverbrauchs
rate und der Abgastemperatur zeigt. Bei diesem Stand der
Technik besteht jedoch ein Problem darin, daß die Abgas
temperatur immer noch nicht ausreichend stark gesteigert
werden kann oder die Kraftstoffverbrauchsrate sich merk
lich verschlechtert.
Demgegenüber ist es erfindungsgemäß, nachdem der
erste Kraftstoff eingespritzt ist und ferner einmal pro
Zyklus oder Takt gezündet wird, da der zweite Kraftstoff
zusätzlich eingespritzt wird und durch die Flammenausbrei
tung des bereits gezündeten oder brennenden Kraftstoffs
(ohne Neuzündung) gezündet werden kann, möglich, die
Kraftstoffverbrennungs-Steuerbarkeit zu verbessern, so
daß die Abgastemperatur wirksam und zuverlässig für die
Aktivierung des Katalysators angehoben werden kann, wie
in Fig. 19 durch die durchgezogene Linie angezeigt ist,
ohne daß hierbei HC und NOx erzeugt werden und im Bereich
einer außerordentlich guten Kraftstoffverbrauchsrate ge
arbeitet werden kann.
Im oben beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel
wurden sowohl die Einspritmenge als auch die Zeitpunkt
einstellung für die zweite Kraftstoffeinspritzung sowohl
auf der Grundlage der Motordrehzahl N als auch der Motor
belastung (d. h. der Basiskraftstoffeinspritzmenge TP für
die primäre Kraftstoffverbrennung) festgelegt, jedoch ist
es ohne hierauf beschränkt zu sein auch möglich, andere
Motorbetriebsbedingungen wie die Ansaugluftmenge pro Zyklus
oder Takt, den Ansaugrohrdruck usw. immer dann
heranziehen, solange derselbe Effekt erzielbar bleibt.
Im folgenden wird die Funktionsweise der zweiten Kraft
stoffeinspritzung unter Steuerung der ECU 20 aus Fig. 6
unter Bezugnahme auf das Flußdiagramm der Fig. 11 (erste
Kraftstoffeinspritzungs-Einstellroutine) und Fig. 12
(zweite Kraftstoffeinspritzungs-Einstellroutine) erläutert.
Zunächst liest gemäß der Routine bzw. dem Programm
der Fig. 11 die CPU im Schritt S101 (die im folgenden
lediglich als Steuereinheit bezeichnet wird) die Basis
kraftstoffeinspritzmenge TP auf der Grundlage einer vor
bestimmten Adresse im RAM 23. Im Schritt S102 liest die
CPU die Motorbetriebsbedingungs-Parameter (wie die Signale
des Drosselöffnungsbetragsensors 12, Kühlmitteltemperatur
sensors 15 78333 00070 552 001000280000000200012000285917822200040 0002019536098 00004 78214 usw.). In diesem Fall kann auch die Reihenfolge
der Schritte S101 und S102 ausgetauscht werden.
Ferner setzt die CPU im Schritt S103 einen Koeffizien
ten COEF zur Korrektur der Basiskraftstoffeinspritzmenge
fest, wobei dieser Koeffizient entsprechend den vielfälti
gen Motorbetriebsbedingungen (z. B. zur Steigerung oder Ab
senkung der Kraftstoffmenge), die im Schritt S102 gelesen
wurde, festgelegt wird. In Schritt S104 setzt die CPU
ferner die Spannungskorrekturrate TS auf der Grundlage
einer Batteriespannung VB fest, wonach mit Schritt S105
fortgefahren wird.
Im Schritt S105 setzt die CPU die erste Einspritz
menge Til fest (Til = TP × COEF + TS) durch Multiplizieren
der Basiskraftstoffeinspritzmenge TP aus Schritt S101 mit
dem Korrekturkoeffizienten COEF gemäß den Motorbetriebs
bedingungen und aus Schritt S103 und durch abschließende
Addition der Spannungskorrekturrate TS, die in Schritt
S104 festgelegt wurde. Dann setzt die CPU im Schritt S106
den Zeitpunkt für die erste Kraftstoffeinspritzung TINJ1
entsprechend dem jeweiligen Verbrennungsverfahren (gleich
förmig oder Stratifikationsverbrennung) unter Durchlaufen
Routine fest.
In der zweiten in Fig. 12 gezeigten Routine detektiert
die Schritt S151 die Motorbetriebsbedingungen durch
der Motordrehzahl N und der Motorlast (der Basis
kraftsoffeinspritzmenge TP). Im Schritt S152 prüft die
CPU, ob die gegenwärtigen Betriebsbedingungen den Bedin
gungen für die zweite Kraftstoffeinspritzung genügen. Wie
bereits an Hand Fig. 7 erläutert, können diese Bedingungen
für die zweite Einspritzung durch Zugriff auf eine Tabel
le beurteilt werden. Explizit wird dabei geprüft, ob die
Motordrehzahl N und der Wert TP (Motorlast) im Bereich
für die zweite Kraftstoffeinspritzung (dem schraffierten
Bereich) liegen.
Sind beispielsweise die Bedingungen für die zweite
Kraftstoffeinspritzung nicht erfüllt, wenn beispielsweise
der Motor unter hoher Belastung bei gleichförmiger Ver
brennung betrieben wird oder wenn er mit hoher Drehzahl
jedoch unter geringer Last in der Stratifikationsverbren
nung betrieben wird, durchlauft die CPU die Routine,
ohne die zweite Kraftstoffeinspritzung zu veranlassen.
Sind jedoch die Bedingungen für die zweite Einspritzung
erfüllt, wenn beispielsweise der Motor mit niedriger Dreh
zahl und unter niedriger Last in der Stratifikationsver
brennung betrieben wird, fährt die CPU mit Schritt S153
fort, um die zweite Einspritzmenge T₁₂ festzulegen. Ferner
setzt die CPU im Schritt S154 einen optimalen Zeitpunkt
für die zweite Einspritzung TINJ2 durch Zugriff auf eine
Tabelle auf der Grundlage der Motordrehzahl N und der
Basiskraftstoffeinspritzmenge TP (Motorlast) fest, womit
die Routine durchlaufen ist.
Nach Beendigung der oben dargelegten Routine sind
die erste Kraftstoffeinspritzmenge Ti1 (Ti1 ← TP × COEF
+ TS) und der erste Kraftstoffzeitpunkt TINJ1 festgelegt
und werden jeweils in einem Kraftstoffeinspritzzeitgeber
und einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung festgelegt. Der
Zeitgeber wird gestartet, wenn der Zylinder, in den
Kraftstoff einzuspritzen ist, eine vorbestimmte Bezugs
kurbelwinkelposition (z. B. den oberen Totpunkt) erreicht,
um dann den ersten Kraftstoff in den Zylinder einzusprit
zen. Auf dieselbe Weise wird der Kraftstoffzündzeitgeber
gestartet, wenn der zu zündende Zylinder einen vorbestimm
ten Bezugskurbelwinkel erreicht, um dann den ersten ein
gespritzten Kraftstoff zum Starten der primären Verbren
nung zu zünden.
Sind ferner die Bedingungen für die zweite Kraftstoff
einspritzung in der Stratifikationsverbrennung erfüllt
(wobei diese Verbrennung exzellent bezüglich der Kraft
stoffverbrauchsrate und dem Abgascharakter ist), wird die
erste Kraftstoffeinspritzmenge Ti1 in der letzteren Pe
riode des Kompressionshubs eingespritzt, und die zweite
Einspritzmenge Ti2 wird in den Zylinder zu einem opti
malen Zeitpunkt unmittelbar vor dem Ende der ersten Ver
brennung durch die erste Einspritzung eingespritzt, um
die zweite Verbrennung durch Flammenausbreitung der
primären Verbrennung ohne die Notwendigkeit einer erneuten
Zündung zu starten. Hier wird die zweite Kraftstoffver
brennung hauptsächlich dafür ausgenutzt oder verbraucht,
um lediglich die Abgastemperatur zu steigern, ohne den
Kolben zu bewegen.
Da mit anderen Worten die zweite Kraftstoffeinsprit
zung nicht durch erneute Zündung gezündet oder gefeuert
wird, sondern durch Flammenausbreitung aus der primären
Kraftstoffverbrennung gezündet wird, ist es nicht erfor
derlich, den Kraftstoff zweifach in jedem Zyklus oder Takt
zu zünden, so daß die zweite Verbrennung zuverlässig be
werkstelligt werden kann, während die Zündenergie einge
spart und niedriggehalten werden kann. Da ferner die
zweite Kraftstoffeinspritzung mit optimalem Kraftstoff
einspritzzeitpunkt ausgeführt wird, ist es möglich, die
Abgastemperatur für die Aktivierung des Katalysators zu
stabilisieren, ohne daß Rauch erzeugt wird oder der HC-
Wert ansteigt, so daß die Kraftstoffverbrauchsrate auf
einem minimalen Pegel gehalten werden kann.
Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die Fig. 13
und 14 ein zweites Ausführungsbeispiel erläutert, das sich
vom ersten Ausführungsbeispiel dahingehend unterscheidet,
daß die zusätzliche Kraftstoffeinspritzung und Zündung
durch die Flammenausbreitung der vorhergehenden Kraftstoff
verbrennung mit N-Zeitpunkteinstellungen entsprechend den
Betriebsbedingungen des Motors erfolgen.
In Fig. 13 umfaßt die ECU 20 ferner einen Abgas
temperatursensor 16. Ferner sind der erste und zweite
Festlegungsabschnitt 54 und 62 für die Kraftstoffein
spritzmengen des ersten Ausführungsbeispiels der Fig. 6
als ein einziger Kraftstoffeinspritzmengen-Festlegungs
abschnitt 54A kombiniert, und ferner sind auch die Fest
legungsabschnitte 55 und 63 für den ersten und zweiten
Kraftstoffeinspritzungszeitpunkt des ersten Ausführungs
beispiels der Fig. 6 zu einem einzigen Festlegungsab
schnitt 55A für den Kraftstoffeinspritzzeitpunkt kombi
niert. Ferner ist der Diskriminatorabschnitt 61 für die
Zweiteinspritzungsbedingung aus Fig. 6 durch einen ande
ren Einspritzbedingungs-Diskriminatorabschnitt 61A zum
Ausführen einer N-fachen Kraftstoffverbrennung ersetzt.
Genauer beurteilt der Einspritz-Diskriminatorab
schnitt 61A, ob mehrere der zusätzlichen Kraftstoffein
spritzungen unter den gegenwärtigen Motorbetriebsbedin
gungen nötig sind oder nicht, und gibt entsprechend dem
Beurteilungsergebnis mehrere Befehle an den Festlegungs
abschnitt 54A für die Kraftstoffeinspritzmenge und den
Festlegungsabschnitt 55A für den Kraftstoffeinspritzzeit
punkt.
Ferner können auch die zweiten Einspritzbereiche und
die Nacheinspritzbereiche unter wiederholtem Zugriff auf
mehrere Tabellen gemäß Darstellung in Fig. 7, die im ROM
22 gespeichert sind, beurteilt werden. Diese Tabelle
zeigt einen zweiten Einspritzbereich (schraffierten Be
reich) an, der empirisch bestimmt ist, wobei die Abszis
se die Motordrehzahl N und die Ordinate die Motorlast
anzeigen, (welche durch die Basiskraftstoffeinspritzmenge
TP festgelegt ist die durch den Betriebszustand-Detektor
abschnitt 53 detektiert wird). In diesem zweiten Einspritz
bereich ist die Abgastemperatur nur nach der primären Ver
brennung der ersten Kraftstoffeinspritzung gering, und
folglich ist es schwierig, den Katalysator 5 zu aktivieren,
wie wenn die niedrige Motordrehzahl und Motorlast beide
in der Stratifikationsverbrennung gering sind. Durch Zu
griff auf die Tabelle aus dem ROM 22 beurteilt der Dis
kriminatorabschnitt 61A, ob der gegenwärtige Motorbetriebs
bereich diesem zweiten Kraftstoffeinspritzbereich genügt
oder nicht.
Werner beurteilt der Diskriminatorabschnitt 61A
nach der zweiten Kraftstoffeinspritzung, ob eine dritte
Kraftstoffeinspritzung erforderlich ist oder nicht, um
den aktiven Zustand des Katalysators 5 aufrechtzuerhalten,
und zwar auf der Grundlage der Abgastemperatur, die durch
den Abgastemperatursensor 16 detektiert worden ist.
Darüber hinaus werden vom Diskriminatorabschnitt 61A nach
der dritten Kraftstoffeinspritzung, der vierten, der fünf
ten, . . . usw. wiederum die Kraftstoffeinspritzbedingungen
beurteilt.
Der Festlegungsabschnitt 54A für die Einspritzmenge
setzt diese entsprechend der Anzahl von Kraftstoffein
spritzungen pro Zyklus oder Takt fest, die durch den Dis
kriminatorabschnitt 61A festgelegt wurden. Legt dieser
Diskriminatorabschnitt 61 A eine Kraftstoffeinspritzung
pro Zyklus oder Takt fest, so wird die Kraftstoffein
spritzmenge Ti entsprechend der ersten (primären) Kraft
stoffverbrennung entsprechend den Motorbetriebsparametern
festgelegt. Diese Kraftstoffeinspritzmenge Ti kann durch
Korrigieren (Steigern oder Absenken) der Basiskraftstoff
einspritzmenge TP (berechnet durch den Betriebszustands-
Detektorabschnitt 53) auf der Grundlage des Korrektur
koeffizienten COEF (bestimmt entsprechend den verschiede
nen Motorbetriebsbedingungen vorgegeben durch den Drossel
öffnungsbetragssensor 12, den Kühlmitteltemperaturfühler
15 usw.) und auf der Grundlage der Spannungskorrekturrate
TS festgelegt werden (wobei diese zur Korrektur der An
sprechverzögerungszeit des Einspritzers 7 infolge einer
Änderung in der Batteriespannung VB dient).
Weist der Diskriminatorabschnitt 61A zwei oder mehr
Kraftstoffeinspritzungen pro Zyklus oder Takt an, setzt
der Festlegungsabschnitt 54A für die Kraftstoffeinspritz
menge die erste Einspritzmenge Ti1 geringfügig kleiner als
die Basiskraftstoffeinspritzmenge Ti (die durch Funkenzün
dung zu zünden ist) fest und setzt ferner die zweite und
anschließenden Kraftstoffeinspritzmengen Ti2, Ti3, . . .
fest (die durch Flammenausbreitung der jeweils vorherge
henden Kraftstoffverbrennung gezündet werden sollen.
Die erste Kraftstoffeinspritzmenge Ti1 kann unter
Bezugnahme auf eine empirisch gewonnene Tabelle fest
gelegt werden, in der die Kraftstoffeinspritzmenge zum
Erzielen einer optimalen Kraftstoffzerstäubungs-Diffusion
und einer optimalen Wärmeerzeugungsrate entsprechend den
Motorbetriebsbedingungen festgelegt werden, die beispiels
weise die Motordrehzahl N und die Motorlast (d. h. die
Basiskraftstoffeinspritzmenge TP) beinhalten. Ferner wer
den die zweite und danach kommenden Kraftstoffeinspritz
mengen Ti2,Ti3, . . . ., in einer solchen Weise festgelegt,
daß sie jeweils durch die Flammenausbreitung der voraus
gehenden Verbrennung, beispielsweise in Folge mit einem
vorbestimmten Verhältnis zur ersten Kraftstoffeinspritz
menge Ti1 gezündet werden. Ferner werden die dritte und
folgenden Kraftstoffeinspritzmengen Ti3,Ti4 so festge
legt, daß sie gleich oder geringfügig größer als die
zweite Kraftstoffeinspritzmenge Ti2 sind.
Im Fall der gewöhnlichen (einzelnen) Kraftstoffein
spritzung pro Zyklus oder Takt bestimmt der Festlegungs
abschnitt 55A für den Einspritzzeitpunkt einen Kraftstoff
einspritzzeitpunkt TINJ1 auf der Grundlage des jeweils
beschlossenen Verbrennungsverfahrens (gleichförmig oder
Stratifikation), welches durch den Betriebszustands-De
tektorabschnitt 53 vorgegeben wurde, und zwar in Abhän
gigkeit von einem Befehl, der vom Diskriminatorabschnitt
54 für die Einspritzbedingung zugeführt wurde, und unter
den Motorbetriebsbedingungen, die wiederum durch die Motor
drehzahl N und die Basiskraftstoffeinspritzmenge TP be
stimmt sind. Auf dieselbe Weise bestimmt der Festlegungs
abschnitt 55A für den Kraftstoffeinspritzungszeitpunkt
im Fall einer n-fachen Kraftstoffeinspritzung pro Zyklus
oder Takt einen ersten Einspritzzeitpunkt TINJ1, einen
zweiten Einspritzzeitpunkt TINJ2, einen dritten Kraft
stoffeinspritzzeitpunkt TINJ3 . . . , und gibt die be
stimmten Einspritzzeitpunkte in Aufeinanderfolge an den
Berechnungsabschnitt 58 für die Einspritzzeitpunktein
stellung.
In diesem Fall werden der primäre Einspritzzeitpunkt
TINJ und der erste zusätzliche Kraftstoffeinspritzzeit
punkt TINJ1 beide als Einspritzstartzeitpunkte für den
Fall der gleichförmigen Verbrennung festgelegt, und als
Einspritzendzeitpunkte für den Fall des Stratifikations
verbrennungsverfahrens. Ferner werden der zweite und
darauffolgende Kraftstoffeinspritzzeitpunkt TINJ2, TINJ3
. . . sämtlich unter Bezugnahme auf eine Tabelle festge
legt, die entsprechend den Motorbetriebsbedingungen auf
gebaut ist (der Motordrehzahl N und der Basiskraftstoff
einspritzmenge TP), und zwar beispielsweise auf solche
Weise, daß der n-te eingespritzte Kraftstoff zuverlässig
durch die Flammenausbreitung der vorhergehenden Verbren
nung gezündet werden kann.
Werden beispielsweise die Kraftstoffeinspritzungen
zweifach ausgeführt, um den sekundären eingespritzten
Kraftstoff ohne Neuzündung zu zünden, wird bevorzugt, daß
der zweite Einspritzzeitpunkt grob zwischen 10 und 80°
nach dem oberen Totpunkt TDC festgesetzt wird, wie in
Fig. 8 gezeigt ist. Wird jedoch der zweite Einspritzzeit
punkt innerhalb einer sehr kurzen Zeit unmittelbar fol
gend nach dem primären Verbrennungszeitpunkt festgelegt,
wird, da der Kraftstoff nicht ausreichend ausgebreitet
werden kann, Rauch infolge einer ausreichenden Ausbreitung
oder Diffusion erzeugt. Wird demgegenüber der zweite Ein
spritzzeitpunkt eine zu lange Zeit nach dem Zeitpunkt der
primären Verbrennung festgelegt, so wird nicht nur die Ab
gastemperatur nicht auf einen genügend hohen Wert anstei
gen können, sondern auch der HC-Wert ansteigen, da der
Kraftstoff sich exzessiv ausgebreitet hat, so daß sich
die Abgasemission verschlechtert.
Es ist folglich erforderlich, die jeweils optimalen
Einspritzzeitpunkte auf der Grundlage einiger Experimente
festzusetzen, indem hierzu die Motordrehzahl und die
Motorlast (die Basiskraftstoffeinspritzmenge TP) als
Parameter verwendet werden, und diese experimentellen
Ergebnisse in Tabellen spezifiziert zu speichern. Der
Festlegungsabschnitt 55A für die Einspritzzeitpunkte
kann dann geeignete zweite und spätere Einspritzzeitpunk
te TINJ2, TINJ3, . . . entsprechend den Betriebsparametern
und gemäß Zugriff auf die Tabelle festlegen. Obgleich
die optimalen Werte für diese Einspritzzeitpunkte TINJ2,
TINJ3, . . . sich gemäß der Motorspezifikation unterschei
den und der Anzahl von Takten (z. B. zwei Takten, vier
Takten usw.), ist es möglich, dieselben optimalen Ein
spritzzeitpunkte für sämtliche der Motoren mit direkter
Einspritzung qualitativ so zu verwenden, daß die erneuten
Zündungen für eine zweite und folgende Kraftstoffeinsprit
zung nicht erforderlich sind.
Im Motor 1 der vorliegenden Erfindung wird die zweite
Kraftstoffeinspritzung empirisch zwischen der frühen Pe
riode und mittleren Periode des Expansionshubs der pri
mären Verbrennung festgelegt. In praktischer Hinsicht ist
es gemäß Fig. 8 vorzuziehen, den optimalen Einspritzzeit
punkt zwischen 30 und 60° nach dem oberen Totpunkt (ATDC)
festzulegen. Ferner wird die dritte Kraftstoffeinspritzung
zu einem Zeitpunkt unmittelbar vor dem Ende der zweiten
Kraftstoffeinspritzung in den Zylinder eingespritzt, und
hierdurch kann der Kraftstoff der dritten Einspritzung
durch die Flammenausbreitung der zweiten Kraftstoffver
brennung zuverlässig gezündet werden. Für die Praxis be
deutet dies, daß der dritte Kraftstoff grob zwischen etwa
90 und 120° nach dem oberen Totpunkt eingespritzt wird.
Ferner wird jeder der vierten und nachfolgenden Kraftstoff
einspritzzeitpunkte so festgelegt, daß der Kraftstoff je
weils in den Zylinder unmittelbar, bevor die vorausgehende
Kraftstoffeinspritzung im Expansionshub endet, eingespritzt
wird, und hierdurch kann der eingespritzte Kraftstoff
zuverlässig durch die Flammenausbreitung der vorhergehen
den Kraftstoffverbrennung gezündet werden.
Der Festlegungsabschnitt 56 für die Zündzeitpunkt
einstellung gewinnt eine Basiszündzeitpunkteinstellung
θBASE aufgrund einer Entscheidung auf der Basis der Motor
drehzahl N und der Basiskraftstoffeinspritzmenge TP, die
durch den Betriebszustands-Detektorabschnitt 53 berechnet
worden ist, und zwar beispielsweise unter Zugriff auf eine
Tabelle. Ferner wird die Endzündpunkteinstellung θ₁₀ da
durch festgelegt, daß ein Kühlmitteltemperaturkorrektur-
Voreilwinkelwert zur Basiszündzeitpunkteinstellung θBASE
hinzuaddiert wird.
Der Berechnungsabschnitt 57 für die Kraftstoffein
spritzzeitpunkteinstellung 57 berechnet die erste Einspritz
zeitpunkteinstellung TINJ1, die durch den Festlegungsab
schnitt 55A für die erste Einspritzzeitpunkteinstellung
festgesetzt worden ist, in Abhängigkeit vom Kurbelwinkel
relativ zur Bezugskurbelwinkelposition jedes Zylinders
(in den Kraftstoff einzuspritzen ist), wobei dieser Wert
durch durch den Kurbelwinkelpositionsdetektorabschnitt 52
detektiert worden ist, und gibt Signale entsprechend den
Einspritzmengen aus, die durch den Festlegungsabschnitt 54A
für die Einspritzmenge und den Einspritzzeitpunkteinstel
lungen festgelegt sind, die durch den Abschnitt 55A be
stimmt worden sind, und gibt diese Signale über die An
triebsschaltung 59 an den Einspritzer 7 aus.
Der Zündzeitpunkteinstellungs-Berechnungsabschnitt 58
berechnet die Zündzeitpunkteinstellung oder auch kurz den
Zündzeitpunkt θ₁₀, der durch den Abschnitt 56 für die
Zündzeitpunkteinstellung festgelegt worden ist, mit Bezug
auf den Kurbelwinkel relativ zur Bezugskurbelwinkelposition
jedes Zylinders (in den einzuspritzen ist) gemäß Detektion
durch den Kurbelwinkelpositions-Detektorabschnitt 52 und
gibt über die Antriebsschaltung 60 ein entsprechendes Si
gnal an die Zündeinrichtung 11 aus.
Die Verarbeitung zur Kraftstoffeinspritzungsfestle
gung, die von der EPU 20 ausgeführt wird, wird im folgenden
unter Bezugnahme auf das Flußdiagramm der Fig. 14 erläu
tert.
Die Routine der Fig. 14 wird für jede vorbestimmte
Periode ausgeführt. Im Schritt S51 liest die Steuereinrich
tung die Motorbetriebsbedingungen (d. h. die Motordreh
zahl N und die Basiskraftstoffeinspritzmenge TP) und die
Anzahl von Kraftstoffeinspritzungen pro Zyklus oder Takt.
Im Schritt S52 prüft die Steuereinrichtung auf der Grund
lage der gegenwärtigen Motorbetriebsbedingungen, ob die
Bedingungen für die n-fache Kraftstoffeinspritzung erfüllt
sind. Falls in diesem Schritt die vorausgehende Kraftstoff
einspritzung eine normale (einmalig erfolgende) Kraftstoff
einspritzung ist, prüft die Steuereinrichtung, ob die ge
genwärtigen Betriebsbedingungen innerhalb des zweiten
Kraftstoffeinspritzungsbereichs liegen, und zwar wiederum
auf der Grundlage der Motordrehzahl N und der Basiskraft
stoffeinspritzmenge TP (den Motorparametern). Ist bereits
die zweite Kraftstoffeinspritzung als diese vorausgehende
Kraftstoffeinspritzung ausgeführt worden, prüft die Steuer
einrichtung, ob eine dritte und nachfolgende Kraftstoffein
spritzung erforderlich sind, und zwar auf der Grundlage der
Abgastemperatur, die vom Abgastemperatursensor 16 detektiert
worden ist.
Sind die zweite oder folgende Einspritzungen nicht
erforderlich, wenn der Motor unter hoher Belastung bei
gleichförmiger Verbrennung arbeitet oder wenn der Motor mit
hoher Geschwindigkeit und unter niedriger Last selbst in
der Stratifikationsverbrennung arbeitet, so fährt dann die
Steuereinrichtung im Anschluß von Schritt S52 mit Schritt
S53 fort, um die übliche (einzelne) Kraftstoffeinspritzung
pro Zyklus oder Takt auszuführen. Sind demgegenüber die
zweite und nachfolgenden Einspritzungen erforderlich, wie
im Fall, bei dem der Motor mit geringer Drehzahl und unter
niedriger Last in der Stratifikationsverbrennung läuft,
dann fährt die Steuereinrichtung mit Schritt S55 fort,
um die n-fachen Kraftstoffeinspritzungen pro Zyklus oder
Takt auszuführen.
Im Schritt S53 (für Einzeleinspritzung pro Takt)
setzt die Steuereinrichtung die erste Einspritzmenge Ti1
(Ti1 ← TP × COEF + TS) durch Korrigieren der Basiskraft
stoffeinspritzmenge TP auf der Grundlage des Korrektur
koeffizienten COEF (zur Steigerung der Kraftstoffmenge)
fest, welcher gemäß den Motorbetriebsparametern bestimmt
wird, die durch die Signale des Drosselöffnungsbetrag
sensors 12, des Kühlmitteltemperatursensors 15 usw. reprä
sentiert sind, und zieht auch die Spannungskorrekturrate
TS heran, die auf der Grundlage der Batteriespannung VB
ermittelt wurde. Ferner setzt die Steuereinrichtung im
Schritt S54 die Kraftstoffeinspritzzeitpunkteinstellung
TINJ entsprechend dem Verbrennungsverfahren fest, und
läuft so durch das Programm.
Wenn demgegenüber die zweite und nachfolgende Kraft
stoffeinspritzungen pro Takt benötigt werden, setzt die
Steuereinrichtung im Schritt S55 die erste (primäre) Kraft
stoffeinspritzmenge Ti1 unter Zugriff auf eine Tabelle
fest, wobei mit dieser Menge die optimale Kraftstoffzer
stäubungs-Diffusion und Wärmeerzeugung erzielbar sind.
Ferner setzt die Steuereinrichtung die zweite Kraftstoff
einspritzmenge Ti2 und die dritte zusätzliche Kraftstoff
einspritzmenge Ti3, . . . durch Multiplizieren der ersten
Kraftstoffeinspritzmenge Ti mit einem vorbestimmten Ver
hältnis bzw. Verhältniswert jeweils so fest, daß der ein
gespritzte Kraftstoff durch die Flammenausbreitung der
jeweils vorausgehenden Verbrennung gezündet werden kann.
Ferner setzt die Steuereinrichtung im Schritt S56 auf
dieselbe Weise wie bei der Einspritzzeitpunkteinstellung
TINJ der normalen gleichförmigen Verbrennung die erste
Kraftstoffeinspritzzeitpunkteinstellung TINJ1 und weitere
zweite Kraftstoffeinspritzzeitpunkteinstellungen oder
Zeitpunkte TINJ2, dritte Zeitpunkte TINJ3 usw. unter Be
zugnahme auf Tabellen fest, die auf der Grundlage der Mo
tordrehzahl N und der Basiskraftstoffeinspritzmenge TP
bestimmt worden sind, so daß die zweite und nachfolgende
Kraftstoffeinspritzungen zuverlässig durch Flammenausbrei
tung der vorausgehenden Verbrennung gezündet werden kön
nen, wobei dann die Routine durchlaufen ist.
Bei Ende der obigen Routine werden die erste Kraft
stoffeinspritzmenge und die Einspritzzeitpunkteinstellung
der Schritte S53 und S55 jeweils einer Kraftstoffeinspritz
zeitgebereinrichtung bzw. einer Kraftstoffzündzeitgeber
einrichtung vorgegeben. Die Zeitgebereinrichtung für die
Kraftstoffeinspritzung wird ausgehend von einer vorbestimm
ten Bezugskurbelwinkelposition des Zylinders gestartet, um
den ersten Kraftstoff in den Zylinder zu spritzen. Auf
dieselbe Weise wird die Zeitgebereinrichtung für die
Kraftstoffzündung ausgehend von einer vorbestimmten Kurbel
winkelbezugsposition jedes Zylinders gestartet, den ersten
Kraftstoff zu zünden, so daß die Mischung in der Verbren
nungskammer für die primäre Verbrennung jedes Zylinders
des Motors gezündet wird.
Werden eine zweite und nachfolgende Einspritzungen bei
Stratifikationsverbrennung (die im Hinblick auf den Kraft
stoffverbrauch und die Abgaseigenschaften hervorragend ist)
ausgeführt, so wird die erste (primäre) Kraftstoffeinspritz
menge Ti1 in der letzteren Periode des Kompressionshubs
eingespritzt, und die zweite Einspritzmenge Ti2 wird in den
Zylinder mit einer solchen optimalen Zeitpunkteinstellung
unmittelbar bevor die primäre Verbrennung durch die erste
Kraftstoffeinspritzung endet, eingespritzt, daß die zwei
te Verbrennung durch die Flammenausbreitung der primären
Verbrennung ohne die Notwendigkeit einer Neuzündung be
ginnt. Hierbei wird die zweite Kraftstoffverbrennung haupt
sächlich lediglich zur Steigerung der Abgastemperatur auf
gezehrt, ohne den Kolben zu bewegen. Steigt jedoch nach der
zweiten Kraftstoffverbrennung die Abgastemperatur nicht
ausreichend an, so wird die dritte Kraftstoffeinspritzmenge
Ti3 im selben Expansionshub eingespritzt, um die Wieder-
Verbrennung infolge der Flammenausbreitung der vorausgehen
den Verbrennung fortzusetzen.
Wie bereits erläutert, ist es zur Aufrechterhaltung der
Aktivierung des Katalysators 5 erforderlich, die Abgastempe
ratur auf ein gewisses Ausmaß anzuheben. Ist im konventio
nellen Verfahren die Abgastemperatur nach der gewöhnlichen
primären Kraftstoffeinspritzung exzessiv gering, sind die
Kraftstoffeinspritzung oder die Zündzeitpunkteinstellung
so verzögert worden, daß die Verbrennungsphase gemäß der ge
strichelten Linie in Fig. 10 verschoben wurde. In diesem
früheren Verfahren bestand jedoch das Problem, daß die Ab
gastemperatur immer noch nicht ausreichend stark gestei
gert werden konnte oder die Kraftstoffverbrauchsrate sich
merklich verschlechterte.
Im zweiten Ausführungsbeispiel ist es jedoch, nach
Einspritzen des ersten Kraftstoffs und der Zündung einmal
pro Takt möglich, da der zweite und spätere Kraftstoffe zu
sätzlich eingespritzt und durch die Flammenausbreitung
der vorausgehenden Verbrennung gezündet werden, daß die Ab
gastemperatur in ausreichendem Maße für eine wirksame Akti
vierung des Katalysators gesteigert werden kann, wie durch
die durchgezogene Linie der Fig. 10 angezeigt ist, ohne HC
und NOx zu erzeugen und gleichzeitig eine exzellente Kraft
stoffverbrauchsrate zu erzielen.
Da in diesem Fall die zweite und nachfolgenden Kraft
stoffeinspritzungen nicht durch Funkenzündung der Zündein
richtung gezündet werden, sondern durch die Flammenausbrei
tung der vorhergehenden Verbrennung gezündet oder entflammt
werden, ist es nicht erforderlich, den Kraftstoff zweifach
oder mehr in jedem Takt zu zünden, so daß die zweite und
nachfolgende Verbrennungen sicher und zuverlässig realisiert
werden können, während gleichzeitig Zündenergie eingespart
wird. Darüber hinaus ist es möglich, da der zweite und nach
folgende Kraftstoff jeweils bei einer optimalen Einspritz
zeitpunkteinstellung eingespritzt werden, die Abgastempera
tur für eine stabile Aktivierung des Katalysators anzuheben,
ohne Rauch zu erzeugen und den HC-Wert zu erhöhen, während
der Kraftstoffverbrauch auf einem minimalen Wert gehalten
werden kann.
Das dritte Ausführungsbeispiel wird nun unter Bezugnah
me auf die Fig. 15 , 16 und 17A und 17B erläutert. Im
dritten Ausführungsbeispiel wird anders als im ersten Aus
führungsbeispiel der Fig. 6 entsprechend den Motorbetriebs
bedingungen eines des Kraftstoffeinspritzverfahrens mit
Zweifacheinspritzung und des Verfahrens der Zündzeitpunkt
verzögerung (die primäre Kraftstoff-Zündzeitpunkteinstel
lung wird verzögert, um die Abgastemperatur zu steigern)
ausgewählt. In Fig. 5 ist statt dem Diskriminatorabschnitt
61 für die Zweiteinspritzungsbedingung ein Sollabgastempe
ratur-Festlegungsabschnitt 71 vorgesehen, und ferner sind
zusätzlich zu den Elementen der Fig. 6 ein Temperaturanhe
bungsverfahren-Selektionsabschnitt 72 und ein Zündzeitver
zögerungsabschnitt 73 vorgesehen.
Der Sollabgastemperatur-Festlegungsabschnitt 71 stellt
fest, ob die gegenwärtigen Motorbetriebsbedingungen inner
halb eines Betriebsbereichs liegen, in dem der Katalysator
nicht aktivierbar ist, d. h. in einem Abgastemperaturanhe
bungsbereich oder nicht. Wird der Abgastemperaturanhe
bungsbereich ermittelt, so setzt der Abschnitt 71 eine
Ziel- oder Solltemperatur für das Abgas fest. Die festge
setzte Sollabgastemperatur wird vorab in einer Tabelle, bei
spielsweise unter Berücksichtigung der Spezifikationen des
Katalysators 5 gespeichert. Auf diese Tabelle wird unter
Verwendung der Motordrehzahl N und der Motorlast (Basis
kraftstoffeinspritzmenge TP) als Parameter zugegriffen,
und die abgerufenen Werte werden an den Temperaturanhe
bungsverfahren-Selektionsabschnitt 72 ausgegeben.
Der Abschnitt 72 selektiert irgendeines der Verfahren
zum Anheben der Abgastemperatur durch zweifaches Einsprit
zen des Kraftstoffs und des Verfahrens zur Temperaturanhe
bung durch eine Verzögerung des Zündzeitpunktes der primären
Verbrennung gemäß der Sollabgastemperatur, die vom Festle
gungsabschnitt 71 festgesetzt worden ist. Die Fig. 17A
zeigt die Beziehung zwischen der angezeigten spezifischen
Kraftstoffverbrauchsrate ISFC (Abszisse) und die HC-Kon
zentration (Ordinate) und Fig. 17B zeigt die Beziehung
zwischen der angezeigten spezifischen Kraftstoffver
brauchsrate ISFC (Abszisse) und der Abgastemperatur (Ordi
nate), und zwar beidmalig im Leerlauf, wobei die durch
gezogenen Linien das Verfahren der Verzögerung des Zünd
zeitpunktes der primären Verbrennung anzeigen, die durch
einen Punkt unterbrochenen gestrichelten Linien das Ver
fahren der zweifachen Kraftstoffeinspritzung anzeigen und
die jeweils von Punkt zu Punkt gezogenen Linien das Ver
fahren der Drosselung des Ansaugrohrs anzeigen. Die Fig.
17B zeigt an, daß die Zweifachkraftstoffeinspritzung im
Vergleich zum Zündzeitpunktverzögerungsverfahren hinsicht
lich der Wirkung der Anhebung der Abgastemperatur wirksam
ist. Jedoch steigt die Kraftstoffverbrauchsrate im Fall
der Zweifachkraftstoffeinspritzung.
Um den maximalen Temperaturanhebungseffekt bei mini
mal möglicher Kraftstoffverbrauchsrate zu realisieren,
wird vorgezogen, das Abgastemperaturanhebungsverfahrend ent
sprechend der Sollabgastemperatur zu ändern. Das bedeutet,
wenn die Sollabgastemperatur relativ gering ist, wird zur
Einsparung von Kraftstoff das Zündzeitpunktverzögerungsver
fahren selektiert. Demgegenüber wird, wenn die Sollabgas
temperatur relativ hoch ist, das Verfahren mit Zweifach
kraftstoffeinspritzung selektiert, um die Abgastemperatur
schnell anzuheben.
In diesem dritten Ausführungsbeispiel wird, wenn die
Sollabgastemperatur gleich oder leicht höher als 300°C
das Zündzeitpunktverzögerungsverfahren selektiert, so
daß der Temperaturanhebungsverfahren-Selektionsabschnitt 72
Befehl zur Zündzeitpunktverzögerung ausgibt. Ist dem
gegenüber die Sollabgastemperatur höher als 300°C, so wird
das Verfahren mit Zweifacheinspritzung selektiert, so daß
der Selektionsabschnitt 72 einen Befehl zur Zweifachkraft
stoffeinspritzung ausgibt, wie in Fig. 17B angezeigt.
Wenn daher der Selektionsabschnitt 72 für das Tempe
raturanhebungsverfahren das Zweifacheinspritzverfahren zur
Temperaturanhebung selektiert, wie bereits an Hand des
ersten Ausführungsbeispiels erläutert, setzt der Festle
gungsabschnitt 62 die zweite Kraftstoffeinspritzmenge Ti2
fest und der Festlegungsabschnitt für die zweite Zündzeit
punkteinspritzung setzt den Zündzeitpunkt für die zweite
Einspritzung TINJ2 fest.
Selektiert ferner der Selektionsabschnitt 72 das Zünd
zeitpunktverzögerungsverfahren zur Anhebung der Abgastempe
ratur, so legt der Zündzeitpunktverzögerungsabschnitt 73
eine Zündzeitpunktverzögerungsrate θRD fest, indem auf
eine Zündzeitpunktverzögerungswinkel-Korrekturtabelle Zu
griff genommen wird, die auf der Grundlage der Motordreh
zahl N und der Basiskraftstoffeinspritzmenge TP festge
setzt ist. Die Zündzeitpunktverzögerungsrate θRD wird dann
an den Zündzeitpunktfestlegungsabschnitt 56 ausgegeben.
In diesem dritten Ausführungsbeispiel wird, nachdem
die erste (primäre) Kraftstoffeinspritzfestlegungsroutine
gemäß Erläuterung für das erste Ausführungsbeispiel an Hand
von Fig. 11 ausgeführt worden ist, die Abgastemperaturanhe
bungsroutine gemäß Darstellung in Fig. 16 ausgeführt. Das
bedeutet, daß nach der ersten (primären) Kraftstoffein
spritzung eines der Verfahren, nämlich der Zweifachkraft
stoffeinspritzung und der Zündzeitpunktverzögerung selek
tiert wird, um die Abgastemperatur anzuheben.
In der Abgastemperaturanhebungsroutine der Fig. 16
detektiert die Steuereinrichtung im Schritt S201 die Be
triebsbedingungen auf der Grundlage der Motordrehzahl N
und der Motorlast (Basiskraftstoffeinspritzmenge TP). Im
Schritt S202 ermittelt die Steuereinrichtung, ob die Ab
gastemperaturanhebungsbedingungen erfüllt sind. Falls
nicht, durchläuft die Steuereinrichtung die Routine, d. h.
geht auf Return. Falls ja, fährt die Steuereinrichtung mit
Schritt S203 fort, um den Zugriff auf die Tabelle auf der
Grundlage der Motordrehzahl N und der Basiskraftstoff
einspritzmenge TP auszuführen, und setzt ferner entspre
chend diesen Motorbetriebsbedingungen die Sollabgastempe
ratur fest.
Im Schritt S204 prüft die Steuereinrichtung, ob die
Sollabgastemperatur des Schritts S203 höher als 300°C
ist. Falls ja, selektiert die Steuereinrichtung im Schritt
S205 das Zweifacheinspritzverfahren. Falls nein, selektiert
die Steuereinrichtung im Schritt S208 das Zündzeitpunkt
verzögerungsverfahren.
Wird das Zweifacheinspritzverfahren im Schritt S205
gewählt, setzt die Steuereinrichtung die zweite Kraft
stoffeinspritzmenge Ti2 und den zweiten Kraftstoffzünd
zeitpunkt TINJ2 in den Schritten S206 und S207 fest, womit
dann die Routine durchlaufen ist. Wird demgegenüber im
Schritt S208 das Zündzeitpunktverzögerungsverfahren selek
tiert, setzt die Steuereinrichtung den Zündzeitpunktverzö
gerungswinkel θRD im Schritt S209 unter Durchlaufen der
Routine des Return fest.
In diesem dritten Ausführungsbeispiel ist es, da die
optimale Verarbeitung zur Aktivierung des Katalysators,
d. h. zur Steigerung der Abgastemperatur, entsprechend den
Motorbetriebsbedingungen bei gleichzeitiger Einsparung von
Kraftstoff selektiert werden kann, möglich, einen optimalen
maximalen Abgastemperaturanhebungseffekt bei minimaler
Kraftstoffverbrauchsrate zu erzielen, so daß eine Steige
rung des Kraftstoffverbrauchs auf einem minimalen Wert ge
halten werden kann. Ferner kann im ersten Ausführungsbei
spiel, obgleich ein Beispiel für den Motorleerlauf erläu
tert wurde, dieselbe Verarbeitung wie oben beschrieben auf
dieselbe Weise auch für andere Motorbetriebsbedingungen als
den Leerlauf ausgeführt werden, indem die Sollabgastempera
tur auf der Grundlage der jeweiligen anderen Motorbetriebs
bedingungen (Motordrehzahl und Last) festgelegt wird.
Im folgenden wird das vierte Ausführungsbeispiel unter
Bezugnahme auf die Fig. 18 und 19 erläutert. Dieses vierte
Ausführungsbeispiel unterscheidet sich vom dritten Ausfüh
rungsbeispiel der Fig. 15 darin, daß das Signal des Abgas
temperatursensors 16 zur Korrektur der zweiten Kraftstoff
einspritzmenge Ti2 und des Zündzeitpunktverzögerungswinkels
θRD rückgekoppelt wird, so daß die Abgastemperatur unter
einer rückgekoppelten Regelung auf die Sollabgastemperatur
angehoben werden kann.
In Fig. 18 umfaßt daher die ECU 20 einen Vergleichs
abschnitt 74 und ferner ist der Abgastemperatursensor 16
mit diesem Vergleichsabschnitt 74 verbunden.
Der Vergleichsabschnitt 74 vergleicht den jeweiligen
aktuellen Abgastemperaturwert, der vom Temperatursensor 16
detektiert wurde, mit der Sollabgastemperatur, die von dem
Sollabgastemperatur-Festlegungsabschnitt 71 festgelegt wur
de, und gibt ein die Differenz zwischen den beiden Werten
anzeigendes Ausgangssignal aus. Auf der Grundlage des Aus
gangssignals vom Vergleichsabschnitt 74 wird die zweite
Einspritzmenge Ti2 vom Festlegungsabschnitt 62 für die
zweite Einspritzmenge festgelegt, bzw. wird vom Zündzeit
punktverzögerungsabschnitt 73 der Zündzeitpunktkorrektur
winkel θRD entsprechend eingestellt.
Im vierten Ausführungsbeispiel wird, nachdem die Ab
gasanhebungsroutine des dritten Ausführungsbeispiels gemäß
Fig. 16 ausgeführt wurde, die Abgastemperaturrückkopplungs
routine gemäß Fig. 19 ausgeführt, um die aktuelle Abgas
temperatur innerhalb einer Rückkopplungsschleife auf deren
Sollwert anzuheben.
Im Schritt S301 der Routine der Fig. 19 prüft die
Steuereinrichtung, ob die Abgastemperaturanhebung ausgeführt
wird oder nicht. Falls sie nicht ausgeführt wird, wird die
Routine auf Return springen. Falls ja, wird mit dem Schritt
S302 fortgefahren, um die aktuelle Abgastemperatur auf der
Grundlage des Signals des Abgastemperatursensors 16 zu er
mitteln.
Ferner prüft die Steuereinrichtung im Schritt S303, ob
die im Schritt S302 bestimmte aktuelle Abgastemperatur die
Sollabgastemperatur erreicht. Bei Erreichen der Sollabgas
temperatur springt die Routine auf Return. Falls der Sollwert
nicht erreicht ist, prüft im Schritt S304 die Steuereinrich
tung, ob das selektierte Abgasanhebungsverfahren das Ver
fahren der Zweifacheinspritzung ist oder nicht. Ist das
Zweifacheinspritzverfahren selektiert, so steigert die
Steuereinrichtung im Schritt S305 die zweite Kraftstoff
einspritzmenge Ti2 und durchläuft damit die Routine. Ist
das Zündzeitpunktverzögerungsverfahren selektiert, so
steigert die Steuereinrichtung im Schritt S306 den Zündzeit
punktverzögerungswinkel θRD und durchläuft damit die Routine.
Wie oben erläutert, ist es in diesem vierten Ausfüh
rungsbeispiel möglich, sehr schnell die Abgastemperatur
gegen den Sollwert konvergieren zu lassen, so daß die Abgas
temperatur mit hoher Geschwindigkeit zur Aktivierung des
Katalysators 5 wirksam angehoben werden kann.
Im folgenden wird das fünfte Ausführungsbeispiel unter
Bezugnahme auf die Fig. 20 und 21 und Fig. 22A und Fig. 22B
erläutert. Das fünfte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich
vom dritten gemäß Fig. 15 darin, daß nach der zweiten Kraft
stoffeinspritzung eine dritte Kraftstoffeinspritzung ent
sprechend den Aktivierungsbedingungen des Katalysators aus
geführt wird.
In Fig. 20 umfaßt daher die ECU 20 einen Katalysator
aktivierungs-Diskriminatorabschnitt 75, einen Festlegungs
abschnitt 76 für eine dritte Einspritzmenge, einen Fest
legungsabschnitt 77 für einen dritten Einspritzzeitpunkt
zusätzlich zu den Elementen des dritten Ausführungsbeispiels
der Fig. 15. Ferner sind die Funktionen des Sollabgastempe
ratur-Festlegungsabschnitts 71 und des Temperaturanhebungs
verfahren-Selektionsabschnitts 72 leicht modifiziert.
Der Diskriminatorabschnitt 75 stellt fest, ob der Ka
talysator die Aktivierungstemperatur erreicht hat oder
nicht, indem er hierzu das Signal des Abgastemperatursensors
16 heranzieht, und gibt das Diskriminatorergebnis an den
Temperaturanhebungsverfahren-Selektionsabschnitt 72 aus.
Andererseits legt der Festlegungsabschnitt 71 für die
Sollabgastemperatur diese entsprechend den gegenwärtigen
Motorbetriebsbedingungen (z. B. Motorstartbetrieb, stabiler
Arbeitszustand usw.) fest. Diese Sollabgastemperatur ist
üblicherweise auf 400°C oder auch höher für eine frühe
Aktivierung des Katalysators festgelegt, wenn der Motor mit
geringer Temperatur startet. Handelt es sich demgegenüber
nicht um den Startzustand des Motors, sondern arbeitet die
ser bereits im stabilen, stationären Zustand, wie im vier
ten Ausführungsbeispiel bereits erläutert, so wird die
Sollabgastemperatur auf einen niedrigeren Wert als 400°C
festgelegt, der in Form einer Tabelle gespeichert wird, in
dem die Motordrehzahl N und die Basiskraftstoffeinspritz
menge TP als Parameter unter Berücksichtigung der Spezifika
tion des Katalysators 5 festgelegt werden.
Der Selektionsabschnitt 72 selektiert eines der zur
Verfügung stehenden Verfahren, nämlich des Dreifachein
spritzverfahrens, Zweifacheinspritzverfahrens und Zündzeit
verzögerungsverfahrens, um die Abgastemperatur entsprechend
dem Abgastemperatursollwert, der durch den Festlegungsab
schnitt 71 festgelegt worden ist, anzuheben. Im fünften Aus
führungsbeispiel wird, wenn die Sollabgastemperatur auf
einen Wert 400°C oder höher für den Fall eines Motorstarts
bei niedriger Temperatur (Tieftemperaturstart) festgesetzt
ist, die Dreifacheinspritzung selektiert, um die Abgastem
peratur wirksam anzuheben. Andererseits wird , wenn die
Sollabgastemperatur auf einen Wert kleiner als 400°C, je
doch höher als 300°C festgelegt wird, das Zweifacheinspritz
verfahren selektiert. Schließlich wird, wenn die Sollabgas
temperatur auf einen Wert von weniger als 300°C festgesetzt
wird, das Zündzeitpunktverzögerungsverfahren selektiert.
Fig. 22A zeigt die Beziehung zwischen der angezeigten
spezifischen Kraftstoffverbrauchsrate ISFC (Abszisse) und
der HG-Konzentration (Ordinate), und Fig. 22B zeigt die
Beziehung zwischen der angezeigten spezifischen Kraftstoff
verbrauchsrate ISFC (Abszisse) und der Abgastemperatur (Or
dinate), in beiden Fällen für den Tieftemperaturstart und
beispielhalber, wobei die durchgezogenen Linien das Ver
fahren der Verzögerung der Zündzeitpunkte bezeichnen,
die Punkt-Strichlinien das Verfahren der Zweifachein
spritzung zeigen; die gestrichelten Linien das Verfahren
der Dreifacheinspritzung zeigen und die von Punkt zu Punkt
gestrichelten Linien das Verfahren der Drosselung des
Ansaugrohrs zeigen. Fig. 22B zeigt an, daß das Dreifach
krafteinspritzverfahren dahingehend wirksam ist, daß es
die Abgastemperatur im Vergleich zum Zweifacheinspritz
verfahren und dem Zündzeitpunktverzögerungsverfahren auf
einen relativ hohen Wert anhebt.
Wie ferner in Fig. 22B gezeigt ist, ist es in diesem
fünften Ausführungsbeispiel, da das Dreifacheinspritzver
fahren dann herangezogen wird, wenn der Motor bei tiefer
Temperatur gestartet wird, möglich, den maximalen Abgas
temperaturanhebungseffekt zu erzielen. Ferner wird bei
anderen Betriebszuständen als dem Tieftemperaturstart
irgendeines der anderen Verfahren, das Zweifacheinspritz
verfahren oder das Zündzeitpunktverzögerungsverfahren,
herangezogen, um die Kraftstoffverbrauchsrate niedrig zu
halten.
Wenn ferner der Selektionsabschnitt 72 das Dreifach
einspritzverfahren selektiert, legen der Festlegungsab
schnitt 76 für die dritte Kraftstoffeinspritzmenge und der
Festlegungsabschnitt 77 für den dritten Einspritzzeitpunkt
die dritte Einspritzmenge Ti3 und den dritten Einspritzzeit
punkt TINJ3 jeweils zusätzlich zur zweiten Einspritzmenge
Ti2 und dem zweiten Einspritzzeitpunkt TINJ2 fest, die je
weils von dem Festlegungsabschnitt 62 für die Zweitmenge
und dem Festlegungsabschnitt 63 für den zweiten Einspritz
zeitpunkt bestimmt worden waren.
In diesem Fall wird die dritte Einspritzmenge Ti3 auf
einen Wert gleich oder leicht größer als die zweite Ein
spritzmenge Ti2 gesetzt, und der dritte Einspritzzeitpunkt
TINJ3 wird auf einen solchen Zündungs- oder Entflammungs
zeitpunkt festgelegt, daß der dritte Kraftstoff
unmittelbar, bevor der zweite eingespritzte Kraft
stoff vollständig entflammt (fired) ist, eingespritzt werden
kann. In der Praxis wird der dritte Einspritzzeitpunkt
TINJ3 auf Werte zwischen 90 und 120 Grad nach dem oberen
Totpunkt im Vergleich zum zweiten Kraftstoffeinspritzzeit
punkt TINJ2 gelegt, welcher zwischen 30 und 60 Grad nach
dem oberen Totpunkt liegt.
In diesem fünften Ausführungsbeispiel wird nach Aus
führung der Festlegungsroutine für die erste Kraftstoff
einspritzung (wie bereits im ersten Ausführungsbeispiel
an Hand Fig. 11 erläutert) die Abgastemperaturanhebungs
routine der Fig. 21 ausgeführt. Dabei wird nach der ersten
Kraftstoffeinspritzung eines der anderen Verfahren, das
Dreifacheinspritzverfahren, das Zweifacheinspritzverfahren
und das Zündzeitverzögerungsverfahren selektiert, um die
Abgastemperatur entsprechend dem festgelegten Sollabgas
temperaturwert anzuheben.
In der in Fig. 21 gezeigten Routine detektiert die
Steuereinrichtung im Schritt S401 die Motorbetriebsbedin
gungen auf der Grundlage der Motordrehzahl N und der Basis
kraftstoffeinspritzmenge TP. Im Schritt S402 detektiert die
Steuereinrichtung die Kühlmitteltemperatur (Kühlwasser
temperatur) auf der Grundlage des Signals vom Kühlmittel
temperatursensor 15. Ferner stellt die Steuereinrichtung im
Schritt S403 fest, ob die Motorstartbedingungen etabliert
sind oder nicht.
Trifft dies zu, so setzt die Steuereinrichtung im
Schritt S404 den Sollabgastemperaturwert fest. Im Schritt
S405 prüft die Steuereinrichtung, ob die festgelegte
Solltemperatur gleich oder höher als 400°C ist oder nicht.
Sind ferner die Motorstartbedingungen im Schritt S403 nicht
etabliert, so fährt die Steuereinrichtung mit Schritt S414
ausgehend von Schritt S403 fort, um die Sollabgastemperatur
festzusetzen.
Falls im Schritt S405 dieser Sollwert geringer als
400°C (gewöhnlicher Motorstart) ist, prüft die Steuerein
richtung ferner, ob der Solltemperaturwert gleich oder höher
als 300°C ist. Falls im Schritt S406 ein Wert von 300°C
oder mehr festgestellt wird, selektiert die Steuereinrich
tung im Schritt S407 die Zweifacheinspritzung. In den
Schritten S408 und S409 setzt dann die Steuereinrichtung
die zweite Kraftstoffeinspritzmenge Ti2 und den Einspritz
zeitpunkt TINJ2 für die zweite Einspritzung fest, und
durchläuft dann die Routine zu Return. Falls im Schritt
S406 die Temperatur geringer als 300°C ist, selektiert
die Steuereinrichtung im Schritt S410 die Zündzeitpunkt
verzögerung. Im Schritt S411 wird die Zündzeitpunktverzö
gerungsrate θRD festgelegt, womit die Routine durchlaufen
ist.
Wird andererseits im Schritt S405 eine Sollabgastem
peratur gleich oder höher als 400°C (Kaltstart) festge
stellt, springt die Steuerung von Schritt S495 auf Schritt
S412. Im Schritt S412 setzt die Steuereinrichtung die
zweite Kraftstoffeinspritzmenge Ti2 und die dritte Kraft
stoffeinspritzmenge Ti3 fest. Ferner setzt im Schritt S413
die Steuereinrichtung die entsprechenden Zündzeitpunkte
TINJ2 für die zweite Einspritzung und TINJ3 für die dritte
Einspritzung und erreicht das Ende der Routine bei Return.
So kann auch bei einem Motorstart bei niedriger Tem
peratur der Katalysator, da die Abgastemperatur sehr schnell
angehoben wird, frühzeitig aktiviert werden, so daß es mög
lich ist, die Menge an ausgetragenem, nicht gereinigtem
Abgas, deutlich herabzusetzen.
Ferner prüft im normalen Motorbetrieb im Schritt S414,
nachdem die Steuereinrichtung die Sollabgastemperatur fest
gelegt hat, im Schritt S415 die Steuereinrichtung, ob die
Dreifacheinspritzung bei der festgelegten Sollabgastempera
tur erforderlich ist oder nicht. Falls ja, wird im Schritt
S412 fortgefahren, um die zweite Kraftstoffeinspritzmenge
Ti2 und die dritte Kraftstoffeinspritzmenge Ti3 festzulegen.
Ferner werden dann im Schritt S413 der Zeitpunkt für die
zweite Kraftstoffeinspritzung TINJ21 und der für die dritte
Einspritzung TINJ3 unter Durchlaufen der Routine fest
gelegt. Stellt ferner im Schritt S415 die Steuereinrichtung
fest, daß die Dreifacheinspritzung zur Unterdrückung der
Kraftstoffverbrauchsrate nicht erforderlich ist, so fährt
die Steuereinrichtung mit den Schritten S408 und S409 fort,
um die zweite Kraftstoffeinspritzmenge Ti2 und dem zweiten
Einspritzzeitpunkt TINJ2 unter Durchlaufen der Routine
festzusetzen. Infolgedessen ist es möglich, die Kraft
stoffverbrauchsrate zu reduzieren, während der Katalysator
aktiviert wird.
Da gemäß obiger Beschreibung in den oben dargelegten
Ausführungsbeispielen der zweite Kraftstoff von einer
frühen Periode zu einer mittleren Periode des Expansions
hubs der ersten (primären) Verbrennung in einer solchen
Weise injiziert wird, daß der zweite injizierte Kraftstoff
durch die Flammenausbreitung des primären Kraftstoffs ent
zündet oder entflammt werden kann, ist es möglich, den
zweiten injizierten Kraftstoff ohne eine Neuzündung
(die Möglichkeit einer Fehlzündung ist groß) zu entzünden
oder zu entflammen, so daß die Abgastemperatur für eine
stabile Katalysatoraktivierung angehoben werden kann.
Da ferner in der vorliegenden Erfindung eines der
Zweifacheinspritz- und Zündzeitpunktverzögerungsverfahren
(zum Verzögern des Zündzeitpunktes der ersten Einspritzung)
selektiv gemäß den jeweils vorliegenden Motorbetriebsbedin
gungen ausgewählt wird, und da ferner die Dreifachein
spritzung nach der Zweifacheinspritzung selektiv entspre
chend den Aktivierungsbedingungen für den Katalysator auf
solche Weise ausgeführt wird, daß die dritte eingespritzte
Kraftstoffmenge durch die Flammenausbreitung der zweiten
eingespritzten Kraftstoffmenge entflammt werden kann, ist
es möglich, die Fühaktivierung des Katalysators zu reali
sieren, während die Kraftstoffverbrauchsrate auf einem so
geringen Wert wie möglich gehalten werden kann.
Ferner ist es aufgrund der dritten oder weiteren zusätzli
chen Kraftstoffeinspritzungen in jeden Motorzylinder nach
der primären Verbrennung entsprechend den jeweiligen Mo
torbetriebsbedingungen (z. B. wenn der Motor bei niedriger
Temperatur gestartet wird) und den jeweiligen Katalysator
spezifikationen (z. B. einer Sollabgastemperatur von einem
so hohen Wert wie 400°C), möglich, den Katalysator
schneller und wirksamer zu aktivieren, während die Kraft
stoffverbrauchsrate auf einem so geringen Wert wie mög
lich gehalten wird.
Das sechste Ausführungsbeispiel wird nun unter Bezug
nahme auf die Fig. 23 bis 26 erläutert. Das Merkmal die
ses sechsten Ausführungsbeispiels besteht darin, den Ver
brennungszustand der primären Verbrennung stets zu über
wachen, um eine Fehlzündung oder Fehlentflammung des
zweiten eingespritzten Kraftstoffs zum Zwecke des Schutzes
vom Katalysator zu vermeiden. Genauer wird dabei im Falle
einer abnormen Verbrennung (mit geringer Wärmeentwicklung)
des ersten (primären) Einspritzkraftstoffs die Einspritzung
des zweiten Kraftstoffs unterbrochen. Ferner wird die
erste Kraftstoffverbrennung aus der Stratifikationsver
brennung in die gleichförmige Verbrennung verschoben, in
dem der Kraftstoffeinspritzzeitpunkt, die Einspritzmenge
und die Zündpunkteinstellung für die erste Einspritzung so
geändert werden, daß der Katalysator vor Rohgas geschützt
wird.
Daher unterscheidet sich das sechste Ausführungsbei
spiel vom ersten Ausführungsbeispiel der Fig. 6 darin, daß
zusätzlich zu den Elementen dieses ersten Ausführungsbei
spiels der Fig. 6 ein Zylinderdrucksensor 9, ein Zylinder
druck-Detektorabschnitt 64, ein Wärmeerzeugungsrate-Be
rechnungsabschnitt 65, ein Abnormalitätsdiskriminator
abschnitt 66, ein Verbrennungsmode-Änderungsabschnitt 67,
ein Alarmerzeugungsabschnitt 68, ein Antriebsabschnitt 69
und eine Alarmeinrichtung 80 vorgesehen sind.
Dabei tastet genau der Zylinderdruckdetektorabschnitt
64 die Signale des Zylinderdrucksensors 9 jeweils für eine
vorbestimmte Zeitperiode ansprechend auf ein erstes
Triggersignal (das Signal zur Einspritzung des ersten
Kraftstoffs) ab, das vom Antriebsabschnitt 59 an den Ein
spritzer 7 ausgegeben wird, um den Innendruck des Zylin
ders zu messen, wenn der zuerst eingespritzte Kraftstoff
gezündet worden ist. Der gemessene Zylinderinnendruck wird
an den Wärmeerzeugungsrate-Berechnungsabschnitt 65 ausge
geben.
Dieser Abschnitt 65 berechnet die Wärmeerzeugungsrate,
hervorgerufen durch die Verbrennung des zuerst eingespritz
ten Kraftstoffs, auf der Grundlage des Zylinderinnendrucks
vom Zylinderinnendrucksensor 64 (nach der ersten Kraftstoff
einspritzung) und des Signals, das vom Kurbelwinkelsensor
13 zugeführt wird. Die Wärmeerzeugungsrate kann unter Be
zugnahme auf ein Druckhubdiagramm und auf der Grundlage
verschiedener Parameter wie der Gasmasse innerhalb der
Verbrennungskammer, der Temperatur der Zylinderwandober
fläche, dem Zylinderinnendruck, der Umgebungstemperatur
und dem Umgebungsdruck usw. berechnet werden. Ferner wird
ein Wärmeverlust nach außen von der berechneten Wärme ab
gezogen, um die Wärmemenge zu gewinnen, die durch die erste
Kraftstoffverbrennung erzeugt wird.
Der Abnormalität-Diskriminatorabschnitt 66 ermittelt,
ob die Verbrennung des zuerst eingespritzten Kraftstoffs
normal ist oder nicht, auf der Grundlage der vom Berech
nungsabschnitt 65 berechneten Wärmeerzeugungsrate. Im Fall,
daß die Verbrennung der zuerst eingespritzten Kraftstoff
menge Ti1 bei Zweifacheinspritzbedingungen abnormal ist,
gibt der Abnormalität-Diskriminatorabschnitt 66 einen Be
fehl, der die Unterbrechung der Zweifacheinspritzung an
zeigt, an den Einspritzzeitpunktberechnungsabschnitt 57
ab und stellt ferner den Zeitgeber für die zweite Ein
spritzung zurück. Ferner gibt der Diskriminatorabschnitt
68 ein Abnormalitätssignal an den Verbrennungsmodus-Än
derungsabschnitt 67 ab, damit die folgende Verbrennung
durch die erste (primäre) Kraftstoffeinspritzung von der
Stratifikationsverbrennung auf die gleichförmige Verbren
nung geändert wird. Ferner wird das Abnormalitätssignal vom
Diskriminatorabschnitt 66 an den Alarmerzeugungsabschnitt
68 ausgegeben, um über den Antriebsabschnitt 69 die Alarm
vorrichtung 80 zu aktivieren.
Im Diskriminatorabschnitt 66 zur Ermittlung, ob die
Verbrennung durch die erste Kraftstoffeinspritzung normal
ist oder nicht, kann die Verbrennungsabnormalität unter
Heranziehen von Wärmeerzeugungsdiagrammen, die für jeden
Takt oder Zyklus gewonnen werden, beurteilt werden. In
diesem Fall kann die Abnormalität im Takt, währenddessen
die erzeugte Wärme geringer als ein vorbestimmter Bezugs
wert ist, festgestellt werden. Andererseits ist es mög
lich, eine Zeittabelle gemäß Fig. 26 zu verwenden. Ist
dabei die Wärmeerzeugungsrate bei einem vorbestimmten
Kurbelwinkel im Expansionshub der primären Verbrennung
geringer als ein Bezugswert QREF (bei dem die Menge der
erzeugten Wärme zur Entflammung oder Entzündung der zwei
ten Kraftstoffmenge ausreichend hoch ist), so wird ge
schlossen, daß die primäre Verbrennung abnorm ist.
Wenn der Abnormalität-Diskriminatorabschnitt 66 eine
solche Abnormalität feststellt, gibt der Verbrennungsmodus-
Änderungsabschnitt 67 einen Korrekturbefehl an den Fest
legungsabschnitt 54 für die erste Einspritzmenge, den
Festlegungsabschnitt 55 für den ersten Einspritzzeitpunkt
und den Zündzeitpunktfestlegungsabschnitt 56. Ansprechend
auf diesen Korrekturbefehl korrigiert der Festlegungsab
schnitt 54 die erste Einspritzmenge Ti1 auf einen geeigne
ten Wert, rückt der Festlegungsabschnitt 55 den Winkel
des ersten Kraftstoffeinspritzungszeitpunktes weit vor und
ändert der Festlegungsabschnitt 56 für den Zündzeitpunkt
diesen so, daß der Verbrennungsmodus der folgenden Kraft
stoffeinspritzung aus der Stratifikationsverbrennung in die
gleichförmige Verbrennung geändert werden kann.
Im folgenden wird unter Bezugnahme auf eine Festle
gungsroutine für die Einspritzung des ersten Kraftstoffs
gemäß Fig. 24 die Operation der ECU 20 erläutert.
Zunächst liest im Schritt S101 die Steuereinrichtung
die Basiskraftstoffeinspritzmenge TP auf der Grundlage
einer vorbestimmten Adresse vom RAM 23. Im Schritt S102
liest die Steuereinrichtung die Motorbetriebsparameter
wie die Signale des Drosselöffnungsgradsensors 12, des
Kühltemperatursensors 15 usw.
Ferner setzt im Schritt S103 die Steuereinrichtung
den Koeffizienten COEF zur Korrektur der Basiskraftstoff
einspritzmenge TP fest, wobei dieser Koeffizient entspre
chend den vielfältigen Motorbetriebsbedingungen, die im
Schritt S102 gelesen wurden, bestimmt wird. Im Schritt
S104 legt die Steuereinrichtung die Spannungskorrektur
rate TS auf der Grundlage der Batteriespannung VB fest
und fährt mit Schritt S111 fort.
Im Schritt S111 prüft die Steuereinrichtung, ob die
Verbrennung durch die erste Kraftstoffeinspritzung im
vorausgehenden Takt normal ist oder nicht, unter Bezugnah
me auf ein Verbrennungszustands-Diskriminatorkennzeichen F,
das von einer später zu beschreibenden Verbrennungszustand-
Detektorroutine gesetzt oder zurückgestellt (gelöscht)
wird.
Falls F=0, d. h., der Verbrennungszustand normal ist,
fährt die Steuereinrichtung ausgehend von Schritt S111 mit
den Schritten S106 folgende fort, um die normale Kraft
stoffeinspritzmenge und die normale Kraftstoffeinspritz
zeitpunkteinstellung vorzugeben. Ist andererseits F=1, d. h.
ist der Verbrennungszustand abnorm, springt die Steuerein
richtung von Schritt S111 auf die Schritte S108 und folgen
de, um die erste Kraftstoffeinspritzmenge und Zeitsteuerung
zu korrigieren.
Ist die Verbrennung der primären Einspritzkraftstoff
menge im vorausgehenden Takt im Schritt S105 normal, legt
die Steuereinrichtung die erste Kraftstoffeinspritzmenge
Ti1 (Ti1 ← TP × COEF + TS) fest, indem sie die Basiskraft
stoffeinspritzmenge TP aus Schritt S101 mit dem Korrektur
koeffizient COEF aus Schritt S103 multipliziert und die
Spannungskorrekturrate TS aus Schritt S104 hinzuaddiert.
Ferner setzt die Steuereinrichtung im Schritt S106 den
Zeitpunkt für die erste Kraftstoffeinspritzung TINJ1
entsprechend dem Verbrennungsverfahren unter Durchlaufen
der Routine fest.
Ist demgegenüber die Verbrennung der primären Kraft
stoffeinspritzmenge im vorausgehenden Zyklus abnorm, liest
die Steuereinrichtung im Schritt S108 den ersten Einspritz
mengenkorrekturwert ΔK (der durch die Verbrennungsstatus
detektorroutine festgelegt wird, die weiter unten erläutert
wird) aus dem RAM 23, um der abnormen Verbrennung des
primär eingespritzten Kraftstoffs zu begegnen. Auf der
Grundlage dieses ausgelesenen Korrekturwerts ΔK wird die
erste Einspritzmenge Ti1 unter Fortschreiten auf Schritt
S109 korrigiert (Ti1 ← TP × COEF × ΔK + TS).
Im Schritt S109 liest die Steuereinrichtung auf die
selbe Weise wie oben den ersten Einspritzzeitpunkt-Korrek
turwert ΔTM (der ebenfalls durch die weiter unten zu
beschreibende Verbrennungszustanddetektorroutine festge
legt ist) aus dem RAM 23, um der abnormen Verbrennung des
zuerst eingespritzten Kraftstoffs zu begegnen. Auf der
Grundlage dieses Korrekturwerts ΔTM wird der erste Ein
spritzzeitpunkt TINJ1 korrigiert (TINJ1 ← TINJ1 - ΔTM),
wobei mit Schritt S110 fortgefahren wird.
Im Schritt S110 werden die erste korrigierte Einspritz
menge Ti1 und der korrigierte Wert für den Zeitpunkt der
Einspritzung TINJ1 beide für den ersten Kraftstoffein
spritzungszeitgeber vorgegeben.
Ferner wird die Festlegungsroutine für die zweite
Kraftstoffeinspritzung auf gänzlich die gleiche Weise wie
die an Hand Fig. 12 gezeigte ausgeführt.
Nach dem Ende der jeweiligen Routinen wird der erste
Einspritzzeitgeber gestartet, wenn der Zylinder, in den
Kraftstoff einzuspritzen ist, eine vorbestimmte Bezugs
kurbelwinkelposition (beispielsweise den oberen Totpunkt
des Motors) erreicht, um die erste Kraftstoffeinspritzung
in den Zylinder auszuführen. Auf dieselbe Weise wird der
Kraftstoffzündzeitgeber gestartet, wenn der Zylinder, in
den einzuspritzen ist, die vorbestimmte Bezugskurbelwin
kelposition erreicht, um die Mischung in der Verbrennungs
kammer zum Starten der primären Verbrennung des zuerst
eingespritzten Kraftstoffs zu zünden.
Hier wird der Verbrennungszustand des primären
Kraftstoffs der ersten Kraftstoffeinspritzung stets durch
die Verbrennungszustand-Detektorroutine der Fig. 25 über
wacht.
In dieser Routine detektiert die Steuereinrichtung
im Schritt S501 den Zylinderinnendruck. Im Schritt S502
berechnet sie die Wärmeerzeugungsrate. Ferner stellt sie
im Schritt S503 fest, ob die primäre Verbrennung des zu
erst eingespritzten Kraftstoffs normal ist oder nicht,
auf der Grundlage der Wärmeerzeugungsrate. Im vorliegenden
Fall wird das Wärmeerzeugungsrate-Diagramm, das für jeden
Motortakt gewonnen wird, herangezogen. Statt dessen ist es
auch möglich, die Abnormalität dadurch festzustellen, daß
man prüft, ob die Wärmeerzeugungsrate bei einem vorbestimm
ten Kurbelwinkel im Expansionshub der primären Verbrennung
hoch genug ist, um den zweit-eingespritzten Kraftstoff
zu entflammen. Im Normalfall fährt die Steuereinrichtung
mit Schritt S504 fort, um das Kennzeichen zur Unterschei
dung des Verbrennungsstatus zu löschen (F ← 0), womit an
gezeigt wird, daß die primäre Verbrennung normal läuft und
die Routine durchlaufen ist.
Falls jedoch festgestellt wird, daß die primäre Ver
brennung durch die erste Kraftstoffeinspritzung abnorm ist,
springt die Steuerung von Schritt S503 auf Schritt S505,
um einen Alarm für einen Fahrer zu erzeugen. Ferner setzt
die Steuereinrichtung im Schritt S506 den zweiten Ein
spritzzeitgeber zurück, um die zweite Kraftstoffein
spritzung zu unterbrechen. Ferner setzt die Steuereinrich
tung im Schritt S507 und danach die jeweiligen Korrektur
werte für die erste Einspritzzeitgebung, die erste Ein
spritzmenge und die Zündzeitpunkteinstellung in der Weise
fest, daß die primäre Verbrennung durch den zuerst ein
gespritzten Kraftstoff aus der Stratifikationsverbrennung
in die gleichförmige Verbrennung geändert werden kann.
Im Schritt S507 setzt dabei die Steuereinrichtung den
ersten Einspritzzeitgeberkorrekturwert ΔTM fest, um die
Stratifikationsverbrennung auf die gleichförmige Verbren
nung zu ändern, indem der Winkel des ersten Einspritzzeit
punkts TINJ1 merklich vorgerückt wird. Ferner setzt im
Schritt S508 die Steuereinrichtung den ersten Einspritz
mengenkorrekturwert ΔK so fest, daß die erste Einspritz
menge Ti1 optimiert wird. Im Schritt S509 setzt die Steuer
einrichtung den Zündzeitpunktverzögerungswinkel θRD fest,
indem sie auf eine Tabelle zurückgreift, die auf der
Grundlage der Motorgeschwindigkeit N und der Basiskraft
stoffeinspritzmenge TP gewonnen wird. Schließlich setzt
die Steuereinrichtung im Schritt 3510 das Verbrennungs
zustand-Diskriminatorkennzeichen auf 1 (F ← 1), wodurch
die abnorme primäre Verbrennung angezeigt wird, und die
Routine mit Erreichen von Return durchlaufen wird.
Wenn gemäß obiger Beschreibung die Zweifacheinspritzbe
dingungen zuverlässig erfüllt sind und wenn ferner der
zuerst eingespritzte Kraftstoff, der in der letzteren Perio
de des Kompressionshubs eingespritzt wurde, unter der
Stratifikationsverbrennung (die sowohl hinsichtlich der
Verbrennungsrate als auch dem Abgascharakter exzellent ist)
normal gezündet wird, beginnt der zweite Kraftstoffein
spritzzeitgeber, den zweiten Kraftstoff bei einem solchen
optimalen Zeitpunkt einzuspritzen, daß der zweite einge
spritzte Kraftstoff unmittelbar, bevor die primäre Ver
brennung durch den ersteingespritzten Kraftstoff endet,
eingespritzt werden kann. Infolgedessen kann die Verbren
nung des zweiten eingespritzten Kraftstoffs durch Flam
menausbreitung der primären Verbrennung ohne Notwendigkeit
einer Neuzündung gestartet werden.
Die zweite Verbrennung wird zum größten Teil dazu ver
braucht, um die Abgastemperatur ohne Bewegung des Kolbens
anzuheben. Da darüber hinaus der Zeitpunkt für die zweite
Einspritzung optimiert ist, ist es möglich, die Rauch
erzeugung infolge einer unzureichenden Kraftstoffdiffu
sion oder die Steigerung des HC-Werts infolge einer ex
zessiven Kraftstoffdiffusion zu verhindern, mit dem Ergeb
nis, daß die Abgastemperatur in stabiler Weise zur Akti
vierung des Katalysators angehoben werden kann.
Ist demgegenüber die primäre Verbrennung des zuerst
eingespritzten Kraftstoffs im Motorbetriebsbereich, bei
dem die Zweifacheinspritzbedingungen erfüllt sind, abnorm,
so wird die zweite Kraftstoffeinspritzung augenblicklich
unterbrochen, so daß es möglich ist, zu verhindern, das
Rohgas, so wie es ist, abgegast wird, und ferner zu ver
hindern, daß der Katalysator überhitzt wird oder beschä
digt wird oder irgendwie beeinträchtigt wird, was andern
falls durch die Fehlzündung des zweiten injizierten Kraft
stoffs bewirkt würde. Da ferner der Einspritzzeitpunkt
für den Kraftstoff der primären Verbrennung im darauf
folgenden Takt deutlich vorgerückt wird, und da darüber
hinaus die Verbrennungsparamter wie die Kraftstoffein
spritzmenge und die Zündzeitpunkteinstellung geändert wer
den, wird der Verbrennungsmodus des primären Kraftstoffs
aus der Stratifikationsverbrennung in die gleichförmige
Verbrennung geändert. Infolgedessen ist es, obgleich die
Kraftstoffverbrauchsrate leicht anwächst, selbst bei Auf
treten einer abnormen Verbrennung möglich, den Motor sicher
ohne irgendwelche Störungen zu betreiben.
Da ferner im sechsten Ausführungsbeispiel der primäre
Verbrennungsstatus auf der Grundlage der Wärmeerzeugungs
rate bei einer vorbestimmten Kurbelwinkelposition im Ex
pansionshub des Motors beurteilt wird, d. h., indem ge
prüft wird, daß die erzeugte Wärmemenge zur Entzündung
oder Entflammung des zweiten eingespritzten Kraftstoffs
groß genug ist, kann jedwede Abnormalität (beispielsweise
eine momentane Abnormalität, deren Auftrittshäufigkeit
sehr gering ist) detektiert werden und korrigiert werden,
so daß es möglich ist, die Zuverlässigkeit der Katalysator
aktivierungs-Steuervorrichtung zu steigern.
Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die Fig. 27
und 28 ein siebtes Ausführungsbeispiel erläutert. Dieses
Ausführungsbeispiel unterscheidet sich vom sechsten dadurch,
daß, wenn die primäre Verbrennung abnorm ist (die Wärmemenge
nicht ausreichend ist), die Primärverbrennungsmenge ohne
Ändern der Stratifikationsverbrennung in die gleichförmige
Verbrennung gesteigert wird. Dabei wird gemäß dem unter
scheidenden Merkmal dieses Ausführungsbeispiels, wenn eine
ausreichende Wärmemenge zum Entflammen des zweiten einge
spritzten Kraftstoffs durch die primäre Verbrennung des
zuerst eingespritzten Kraftstoffs unter den Betriebsbedin
gungen nicht erzielt werden kann, welche die Zweifachkraft
stoffeinspritzung erfüllen, die Wärmemenge der primären
Verbrennung im darauffolgenden Zyklus oder Takt so gestei
gert, daß eine sichere Entflammung (firing) des zweiten ein
gespritzten Kraftstoffs gewährleistet werden kann, während
die Stratifikationsverbrennung beibehalten wird (ohne Ände
rung auf die gleichförmige Verbrennung).
Daher umfaßt die ECU dieses Ausführungsbeispiels zu
sätzlich zu den Elementen des sechsten Ausführungsbeispiels
der Fig. 23 einen Selektionsabschnitt 81 für eine erste
Verbrennungskorrektur zur Selektion von Parametern zum
Korrigieren der primären Verbrennung und einen Festlegungs
abschnitt 82 für eine erste Verbrennungskorrektur zum Fest
legen der Korrekturwerte der selektierten Parameter, und
zwar anstelle des Verbrennungsmodus-Änderungsabschnitts 67.
Da ferner in diesem Ausführungsbeispiel kein Alarm erzeugt
wird, entfallen die Alarm-Elemente (Alarmerzeugungsab
schnitt 68, Antriebsabschnitt 69 und Alarmvorrichtung 80)
der Fig. 23.
Stellt in diesem Ausführungsbeispiel der Abnormali
täts-Diskriminatorabschnitt 66 fest, daß der primäre Ver
brennungszustand abnorm ist, d. h. daß die Verbrennungser
zeugungsrate bei einer vorbestimmten Kurbelwinkelposition
im Expansionshub der Hauptverbrennung geringer als ein
Bezugswert QREF ist (bei dem die erzeugte Wärmemenge groß
genug ist, um die zweite eingespritzte Kraftstoffmenge zu
entflammen), gibt der Diskriminatorabschnitt 66 einen Be
fehl der Anzeige dieser Abnormalität an den Selektions
abschnitt 81 für die erste Verbrennungskorrektur aus, um
die Wärmeerzeugungsmenge der primären Verbrennung durch
die folgende erste Kraftstoffeinspritzung ohne Unterbrechen
der zweiten Kraftstoffeinspritzung und der Erzeugung eines
Alarms zu steigern.
Ansprechend auf diesen Abnormalitätsbefehl selektiert
der Selektionsabschnitt 81 Änderungen der Parameter, die
sich auf die primäre Verbrennung beziehen. Diese Parameter
sind ein Inkrementwert der ersten Kraftstoffeinspritzmenge,
ein Vorrückwinkel oder Verzögerungswinkel des Zündzeit
punktes sowie eine Änderung der Zeitpunkteinstellung für
die erste Einspritzung. In diesem Fall werden ein einzelner
oder mehrere dieser Parameter entsprechend der Wärmeerzeu
gungsrate der primären Verbrennung gewählt. Der Selektions
abschnitt 81 für die erste Verbrennungskorrektur gibt dann
einen Befehl oder mehrere Befehle an den Korrekturfestle
gungsabschnitt 82 aus, welcher bzw. welche einen selektier
ten Parameter oder selektierte Parameter anzeigen.
Ansprechend auf diesen Befehl oder diese Befehle setzt
der Korrekturfestlegungsabschnitt 82 einen Korrekturwert
oder Korrekturwerte der selektierten Parameter (beispiels
weise die erste Kraftstoffeinspritzmenge, den Einspritz
zeitpunkt, den Zündzeitpunkt), die von dem Korrektur
selektionsabschnitt 81 ausgewählt wurden, fest und gibt
diesen Wert oder diese Werte an den Festlegungsabschnitt
54 für die erste Einspritzmenge, den Festlegungsabschnitt
für den ersten Einspritzzeitpunkt oder den Festlegungs
abschnitt 56 für den Zündzeitpunkt, um den Verbrennungszu
stand der primären Verbrennung zu korrigieren, d. h. die
Wärmeerzeugung zu steigern. Bei dieser Korrektur wird je
doch ein vorbestimmter zulässiger Bereich für jeden Wert
vorbestimmt. Kann daher die Wärmeerzeugung innerhalb des
zulässigen Bereichs nicht ausreichend gesteigert werden,
so wird die Korrektur nicht über diesen zulässigen Bereich
hinaus durchgeführt.
Die Operation der Verbrennungszustand-Detektorroutine
der ECU 20 dieses siebten Ausführungsbeispiels wird nun
unter Bezugnahme auf Fig. 28 erläutert.
In der Detektorroutine detektiert die Steuereinrich
tung im Schritt S601 den Zylinderinnendruck. Im Schritt
S602 berechnet die Steuereinrichtung die Wärmeerzeugungs
rate. Im Schritt S603 stellt die Steuereinrichtung fest,
ob die primäre Verbrennung des ersten eingespritzten Kraft
stoffs unter Heranziehen dieser Wärmeerzeugungsrate normal
ist oder nicht. In diesem Schritt wird die Abnormalität der
primären Verbrennung durch den ersten eingespritzten Kraft
stoff dadurch beurteilt, daß festgestellt wird, ob die
Wärmeerzeugungsrate hoch genug ist, um den zweiten einge
spritzten Kraftstoff bei einer vorbestimmten Kurbelwinkel
position des Expansionshubs der primären Verbrennung zu
entflammen oder zu entzünden.
Falls die Verbrennung normal ist, d. h. eine Wärmemenge
durch die primäre Verbrennung erzielbar ist, die hoch genug
zur Entzündung des zweiten eingespritzten Kraftstoffs ist,
dann fährt die Steuereinrichtung mit Schritt S604 fort, um
das Verbrennungszustand-Diskriminatorkennzeichen zu lö
schen (F ← 0), wodurch angezeigt wird, daß die normale
primäre Verbrennung vorliegt, wobei die Routine durchlaufen
ist.
Ist die Verbrennung jedoch abnorm, d. h. ist die durch
die primäre Verbrennung erzielbare Wärmemenge nicht groß
genug zur Anzündung des zweiten eingespritzten Kraftstoffs,
springt die Steuerung von Schritt S603 auf Schritt S605
zur Selektion des oder der Parameter zur Verbesserung der
primären Verbrennung unter Fortfahren mit Schritt S606.
Im Schritt 606 setzt die Steuereinrichtung den Kor
rekturwert oder die Korrekturwerte des oder der Parameter,
die im Schritt S605 selektiert wurden. Schließlich setzt
die Steuereinrichtung im Schritt S607 das Verbrennungs
zustand-Diskriminatorkennzeichen (F ← 1), was anzeigt,
daß eine abnorme primäre Verbrennung vorliegt, womit die
Routine durchlaufen ist. Wenn ferner die erste Einspritzmen
ge und die erste Einspritzzeitsteuerung beide in der in
Fig. 24 gezeigten Routine für die Festlegung der ersten
Kraftstoffeinspritzmenge nicht korrigiert, so wird der
Korrekturwert im Schritt S108 oder Schritt S109 auf 1
oder 0 gehalten, ohne eine wesentliche Korrektur aus zu
führen.
In diesem Ausführungsbeispiel ist es, wenn eine aus
reichende Wärmemenge zur Zündung des zweiten eingespritzten
Kraftstoffs durch die primäre Verbrennung des ersten einge
spritzten Kraftstoffs unter den Betriebsbedingungen, die
die Zweifachkraftstoffeinspritzbedingungen erfüllen, nicht
erzielbar ist, da der Verbrennungszustand der primären
Verbrennung nicht korrigierbar ist (die Wärmemenge gestei
gert wird), möglich, zuverlässig zu verhindern, daß Rohgas,
so wie es ist, emittiert wird, so daß verhindert werden
kann, daß der Katalysator infolge einer Fehlzündung des
zweiten eingespritzten Kraftstoffs überhitzt, beschädigt
oder in seiner Funktion beeinträchtigt wird.
Die Erfindung läßt sich wie folgt zusammenfassen.
In einem System und Verfahren zur Steuerung eines
Motors mit Kraftstoffdirekteinspritzung für eine Katalysator
aktivierung bei der Funkenzündung von primärem Kraftstoff,
der direkt in jeden von Motorzylindern eingespritzt wird,
wird zusätzlicher Kraftstoff zumindest einmal in jeden der
Motorzylinder von einer frühen Periode zu einer mittleren
Periode eines Expansionshubs der primären Kraftstoffver
brennung entsprechend den Motorbetriebsparametern einge
spritzt, um den zusätzlich eingespritzten Kraftstoff durch
Flammenausbreitung der vorausgehenden Kraftstoffverbrennung
(ohne Neuzündung) zur Eliminierung einer Fehlzündung zu
entzünden, so daß die Abgastemperatur zur stabilen Aktivier
rung des Katalysators zur Reinigung des Abgases angehoben
werden kann. Ferner wird entsprechend den Betriebsbedingun
gen zur Kraftstoffeinsparung entweder ein Verfahren zur zu
sätzlichen Kraftstoffeinspritzung oder ein Zündzeitpunkt
verzögerungsverfahren gewählt, und wenn die Wärmeerzeugungs
menge der primären Verbrennung nicht zur Entzündung des zu
sätzlichen Kraftstoffs ausreicht, wird die Stratifikations
verbrennung in eine gleichförmige Verbrennung geändert oder
die erste Kraftstoffeinspritzmenge gesteigert oder auch
wahlweise die zusätzliche Kraftstoffeinspritzung jeweils im
Hinblick auf einen geeigneten Schutz des Katalysators unter
brochen.
Während die Erfindung an Hand gegenwärtig bevorzugter
Ausführungsbeispiele erläutert und dargelegt wurde, ver
steht sich, daß diese Offenbarung nur zum Zwecke der Ver
anschaulichung dient und daß vielfältige Änderungen und
Modifikationen durchführbar sind, ohne vom Schutzumfang
der Erfindung gemäß der beiliegenden Ansprüche abzu
weichen.
Claims (48)
1. System zur Steuerung eines Motors mit Kraftstoff
direkteinspritzung zur Katalysatoraktivierung, auf
weisend:
eine Motorbetriebszustand-Detektoreinrichtung (3, 12, 13, 15, 16), die verschiedene Motorbetriebszustände de tektiert;
eine Verbrennungseinrichtung für einen ersten Kraft stoff (14, 51 bis 58, 7, 11; 54A, 55A, 61A) zur Funken zündung eines ersten Kraftstoffs, der direkt in jeden der Motorzylinder eingespritzt wird, entsprechend den detektier ten Motorbetriebszuständen; und
eine Katalysatoraktivierungseinrichtung (61, 62, 63; 54A, 55A, 61A) zur Einspritzung zusätzlichen Kraftstoffs zumindest einmal in jeden der Motorzylinder von einer frühen Periode zu einer mittleren Periode eines Expansions hubs der vorausgehenden Kraftstoffverbrennung gemäß den Motorbetriebszuständen zur Entzündung des zusätzlich ein gespritzten Kraftstoffs durch Flammenausbreitung der voraus gehenden Kraftstoffverbrennung derart, daß eine Abgas temperatur zur Katalysatoraktivierung anhebbar ist.
eine Motorbetriebszustand-Detektoreinrichtung (3, 12, 13, 15, 16), die verschiedene Motorbetriebszustände de tektiert;
eine Verbrennungseinrichtung für einen ersten Kraft stoff (14, 51 bis 58, 7, 11; 54A, 55A, 61A) zur Funken zündung eines ersten Kraftstoffs, der direkt in jeden der Motorzylinder eingespritzt wird, entsprechend den detektier ten Motorbetriebszuständen; und
eine Katalysatoraktivierungseinrichtung (61, 62, 63; 54A, 55A, 61A) zur Einspritzung zusätzlichen Kraftstoffs zumindest einmal in jeden der Motorzylinder von einer frühen Periode zu einer mittleren Periode eines Expansions hubs der vorausgehenden Kraftstoffverbrennung gemäß den Motorbetriebszuständen zur Entzündung des zusätzlich ein gespritzten Kraftstoffs durch Flammenausbreitung der voraus gehenden Kraftstoffverbrennung derart, daß eine Abgas temperatur zur Katalysatoraktivierung anhebbar ist.
2. System nach Anspruch 1, in welchem die Motorbetriebs
zustand-Detektoreinrichtung umfaßt:
ein Luftdurchsatzmeßgerät (3) zur Detektion der Durch flußrate von Luft, die in den Zylinder eingeleitet wird; einen Drosselöffnungsbetragsensor (12) zur Detektion der Öffnungsrate einer Drossel;
einen Kurbelwinkelsensor (13) zur Detektion von Kur belwinkelpositionen;
einen Kühlmitteltemperatursensor (15) zur Detektion der Kühlmitteltemperatur und
einen Abgastemperatursensor (16) zur Detektion der Abgastemperatur.
ein Luftdurchsatzmeßgerät (3) zur Detektion der Durch flußrate von Luft, die in den Zylinder eingeleitet wird; einen Drosselöffnungsbetragsensor (12) zur Detektion der Öffnungsrate einer Drossel;
einen Kurbelwinkelsensor (13) zur Detektion von Kur belwinkelpositionen;
einen Kühlmitteltemperatursensor (15) zur Detektion der Kühlmitteltemperatur und
einen Abgastemperatursensor (16) zur Detektion der Abgastemperatur.
3. System nach Anspruch 1, in welchem die erste Kraftstoff
verbrennungseinrichtung umfaßt;
einen Zylinderdiskriminatorsensor (14) zur Unterschei dung jedes Zylinders;
einen Einspritzer (7) zum Einspritzen von Kraftstoff in jeden Zylinder;
eine Kraftstoffzündeinrichtung (11) zur Funkenzündung des in jeden Zylinder eingespritzten Kraftstoffs;
eine Motordrehzahlberechnungseinrichtung (51) zur Berechnung der Motordrehzahl (N) auf der Grundlage von vom Kurbelwinkelsensor (13) ausgegebenen Signalen;
eine Kurbelpositionsdetektoreinrichtung (52) zur De tektion von Kurbelwinkelpositionen für jeden Zylinder;
eine Betriebszustand-Detektoreinrichtung (53) zum Berechnen einer Basiskraftstoffeinspritzmenge (TP = K × Q/N) als Motorlast auf der Grundlage der Motorbetriebs zustände (Q, N), die von der Motorbetriebszustand-Detek toreinrichtung detektiert wurden, und einer Korrekturkon stanten (K), die für den Kraftstoffeinspritzer (7) be stimmt ist, um eine Entscheidung für eine Verbrennungsart zu treffen, nämlich eine normale gleichförmige Verbrennung zum Einspritzen von Kraftstoff in einer frühen Periode eines Motoransaughubs oder eine Stratifikationsverbrennung zum Einspritzen von Kraftstoff in einer späteren Periode des Verbrennungshubs, jedoch unmittelbar vor der Kraft stoff-Funkenzündung;
eine Festlegungseinrichtung (54, 54A) zur Festlegung einer ersten Kraftstoffeinspritzmenge (Ti1 = TP × COEFxTS) durch Korrigieren der Basiskraftstoffeinspritzmenge (TP), die von der Betriebszustand-Detektoreinrichtung (53) be rechnet wurde, auf der Grundlage eines Koeffizienten (COEF), der entsprechend den gegenwärtigen Motorbetriebsbedingungen ermittelt wurde, die von der Motorbetriebszustands-Detek toreinrichtung detektiert wurden, und einer Spannungskor rekturrate (TS), die auf der Grundlage einer Batteriespan nung (VB) bestimmt wurde;
eine Festlegungseinrichtung (55, 55A) zur Festlegung einer Zeitpunkteinstellung zur Einspritzung des ersten Kraftstoffs (TINJ1) entsprechend der Verbrennungsart, für die sich die Betriebszustand-Detektoreinrichtung (53) ent schieden hat, und entsprechend der detektierten Motor betriebszustände (N, TP);
eine Festlegungseinrichtung (56) zur Festlegung der Zündzeitpunkteinstellung (θIG) durch Korrigieren einer Basiszündzeitpunkteinstellung (θBASE), die durch die de tektierten Motorbetriebszustände (N, TP, Kühlmitteltempe ratur) bestimmt ist;
eine Berechnungseinrichtung (57) zur Berechnung der festgesetzten Kraftstoffeinspritzzeitpunkteinstellung in Abhängigkeit einer Kurbelwinkelposition relativ zu einem Bezugskurbelwinkel und zur Ausgabe eines die berechnete Kraftstoffeinspritzzeitpunkteinstellung repräsentierenden Signals an den Einspritzer (7); und
eine Zündzeitpunktberechnungseinrichtung (58) zur Be rechnung der festgelegten Kraftstoffzündzeitpunkteinstel lung in Abhängigkeit einer Kurbelwinkelposition relativ zur Bezugskurbelwinkelposition und zur Ausgabe eines die be rechnete Kraftstoffzündzeitpunkteinstellung repräsentieren den Signals an die Zündeinrichtung (11).
einen Zylinderdiskriminatorsensor (14) zur Unterschei dung jedes Zylinders;
einen Einspritzer (7) zum Einspritzen von Kraftstoff in jeden Zylinder;
eine Kraftstoffzündeinrichtung (11) zur Funkenzündung des in jeden Zylinder eingespritzten Kraftstoffs;
eine Motordrehzahlberechnungseinrichtung (51) zur Berechnung der Motordrehzahl (N) auf der Grundlage von vom Kurbelwinkelsensor (13) ausgegebenen Signalen;
eine Kurbelpositionsdetektoreinrichtung (52) zur De tektion von Kurbelwinkelpositionen für jeden Zylinder;
eine Betriebszustand-Detektoreinrichtung (53) zum Berechnen einer Basiskraftstoffeinspritzmenge (TP = K × Q/N) als Motorlast auf der Grundlage der Motorbetriebs zustände (Q, N), die von der Motorbetriebszustand-Detek toreinrichtung detektiert wurden, und einer Korrekturkon stanten (K), die für den Kraftstoffeinspritzer (7) be stimmt ist, um eine Entscheidung für eine Verbrennungsart zu treffen, nämlich eine normale gleichförmige Verbrennung zum Einspritzen von Kraftstoff in einer frühen Periode eines Motoransaughubs oder eine Stratifikationsverbrennung zum Einspritzen von Kraftstoff in einer späteren Periode des Verbrennungshubs, jedoch unmittelbar vor der Kraft stoff-Funkenzündung;
eine Festlegungseinrichtung (54, 54A) zur Festlegung einer ersten Kraftstoffeinspritzmenge (Ti1 = TP × COEFxTS) durch Korrigieren der Basiskraftstoffeinspritzmenge (TP), die von der Betriebszustand-Detektoreinrichtung (53) be rechnet wurde, auf der Grundlage eines Koeffizienten (COEF), der entsprechend den gegenwärtigen Motorbetriebsbedingungen ermittelt wurde, die von der Motorbetriebszustands-Detek toreinrichtung detektiert wurden, und einer Spannungskor rekturrate (TS), die auf der Grundlage einer Batteriespan nung (VB) bestimmt wurde;
eine Festlegungseinrichtung (55, 55A) zur Festlegung einer Zeitpunkteinstellung zur Einspritzung des ersten Kraftstoffs (TINJ1) entsprechend der Verbrennungsart, für die sich die Betriebszustand-Detektoreinrichtung (53) ent schieden hat, und entsprechend der detektierten Motor betriebszustände (N, TP);
eine Festlegungseinrichtung (56) zur Festlegung der Zündzeitpunkteinstellung (θIG) durch Korrigieren einer Basiszündzeitpunkteinstellung (θBASE), die durch die de tektierten Motorbetriebszustände (N, TP, Kühlmitteltempe ratur) bestimmt ist;
eine Berechnungseinrichtung (57) zur Berechnung der festgesetzten Kraftstoffeinspritzzeitpunkteinstellung in Abhängigkeit einer Kurbelwinkelposition relativ zu einem Bezugskurbelwinkel und zur Ausgabe eines die berechnete Kraftstoffeinspritzzeitpunkteinstellung repräsentierenden Signals an den Einspritzer (7); und
eine Zündzeitpunktberechnungseinrichtung (58) zur Be rechnung der festgelegten Kraftstoffzündzeitpunkteinstel lung in Abhängigkeit einer Kurbelwinkelposition relativ zur Bezugskurbelwinkelposition und zur Ausgabe eines die be rechnete Kraftstoffzündzeitpunkteinstellung repräsentieren den Signals an die Zündeinrichtung (11).
4. System nach Anspruch 3, in welchem die Festlegungsein
richtung (55, 55A) für die erste Kraftstoffeinspritzzeit
einstellung im Fall der normalen gleichförmigen Verbrennung
eine Kraftstoffeinspritz-Startzeitpunkteinstellung (TST)
und im Fall der Stratifikationsverbrennung eine Kraftstoff
einspritz-Endzeitpunkteinstellung (TEND) festlegt.
5. System nach Anspruch 3, in welchem die Festlegungsein
richtung (56) für die Zündzeitpunkteinstellung die Basis
zündzeitpunkteinstellung (θBASE) unter Bezugnahme auf eine
Tabelle festlegt, die auf der Grundlage der Motordrehzahl
(N) und der Motorlast, welche durch die Basiskraftstoffein
spritzmenge (TP) angezeigt wird, festgelegt und abgesucht wird.
6. System nach Anspruch 3, in welchem die Katalysatorak
tivierungseinrichtung umfaßt:
eine Diskriminatoreinrichtung (61) für eine Zweit einspritzbedingung, welche ermittelt, ob die gegenwärtigen Betriebsbedingungen innerhalb eines Bereiches liegen, in welchem eine Zweitkraftstoffeinspritzung erforderlich ist, oder nicht, unter Heranziehung der detektierten Motor betriebsbedingungen, und die einen Befehl ausgibt, der eine zweite Kraftstoffeinspritzung anzeigt;
eine Festlegungseinrichtung (62) für eine zweite Kraftstoffeinspritzmenge, die ansprechend auf den Befehl für die zweite Kraftstoffeinspritzung die zweite Kraft stoffeinspritzmenge (Ti2) festlegt, welche durch Flammen ausbreitung der ersten Kraftstoffverbrennung entzündet wird, wobei die zweite Kraftstoffeinspritzmenge (Ti2) der Berechnungseinrichtung (57) für die Kraftstoffeinspritz jzeitpunkteinstellung zugeführt wird; und
eine Festlegungseinrichtung (63) für die Zeitpunkt einstellung der zweiten Kraftstoffeinspritzung (TINJ2) ansprechend auf den Befehl für die zweite Kraftstoffein spritzung, wobei diese Zeitpunkteinstellung (TINJ2) der Berechnungseinrichtung (57) für die Kraftstoffeinspritz zeitpunkteinstellung zugeführt wird.
eine Diskriminatoreinrichtung (61) für eine Zweit einspritzbedingung, welche ermittelt, ob die gegenwärtigen Betriebsbedingungen innerhalb eines Bereiches liegen, in welchem eine Zweitkraftstoffeinspritzung erforderlich ist, oder nicht, unter Heranziehung der detektierten Motor betriebsbedingungen, und die einen Befehl ausgibt, der eine zweite Kraftstoffeinspritzung anzeigt;
eine Festlegungseinrichtung (62) für eine zweite Kraftstoffeinspritzmenge, die ansprechend auf den Befehl für die zweite Kraftstoffeinspritzung die zweite Kraft stoffeinspritzmenge (Ti2) festlegt, welche durch Flammen ausbreitung der ersten Kraftstoffverbrennung entzündet wird, wobei die zweite Kraftstoffeinspritzmenge (Ti2) der Berechnungseinrichtung (57) für die Kraftstoffeinspritz jzeitpunkteinstellung zugeführt wird; und
eine Festlegungseinrichtung (63) für die Zeitpunkt einstellung der zweiten Kraftstoffeinspritzung (TINJ2) ansprechend auf den Befehl für die zweite Kraftstoffein spritzung, wobei diese Zeitpunkteinstellung (TINJ2) der Berechnungseinrichtung (57) für die Kraftstoffeinspritz zeitpunkteinstellung zugeführt wird.
7. System nach Anspruch 6, in welchem die Diskriminator
einrichtung (61) die Notwendigkeit für die zweite Kraft
stoffeinspritzung unter Bezugnahme auf eine Tabelle er
mittelt, die empirisch auf der Grundlage der detektierten
Motordrehzahl (N) und der detektierten Motorlast, reprä
sentiert durch die berechnete Basiskraftstoffeinspritz
menge (TP), festgelegt wird.
8. System nach Anspruch 6, in welchem die Festlegungsein
richtung (62) für die zweite Kraftstoffeinspritzmenge die
se zweite Einspritzmenge (Ti2), die durch Flammenausbrei
tung der ersten Kraftstoffverbrennung entzündet wird, auf
der Grundlage der berechneten Basiskraftstoffmenge (TP)
festlegt.
9. System nach Anspruch 6, in welchem die Festlegungsein
richtung (63) die zweite Kraftstoffeinspritzzeitpunktein
stellung(TINJ2) unter Bezugnahme auf eine Tabelle festlegt,
die empirisch auf der Grundlage der detektierten Motor
drehzahl (N) und der Motorlast, repräsentiert durch die
berechnete Basiskraftstoffeinspritzmenge (TP), bestimmt
wird.
10. System nach Anspruch 6, in welchem die durch die Fest
legungseinrichtung (63) festgesetzte zweite Kraftstoff
einspritzzeitpunkteinstellung(TINJ2) zwischen 30 und 60
Grad nach einem oberen Totpunkt in der ersten Kraftstoff
verbrennung liegt.
11. System nach Anspruch 3, in welchem die Katalysator
aktivierungseinrichtung umfaßt:
eine Einspritzdiskriminatoreinrichtung (61A) zur Feststellung, ob die gegenwärtigen Betriebsbedingungen innerhalb eines Bereichs liegen, in welchem mehrere Kraft stoffeinspritzungen erforderlich sind oder nicht, auf der Grundlage der Motordrehzahl (N) und der Motorlast, re präsentiert durch die berechnete Basiskraftstoffein spritzmenge (TP), und zur Ausgabe eines Befehls, der die se mehreren Kraftstoffeinspritzungen anzeigt;
eine Festlegungseinrichtung (54A), die auf den Befehl für eine Mehrfachkraftstoffeinspritzung anspricht, um mehrere von Kraftstoffeinspritzmengen (Ti2,Ti3, . . . ) ein zustellen, die durch die Flammenausbreitung der vorausge henden Kraftstoffverbrennung entzündet werden, wobei mehre re dieser eingestellten Kraftstoffeinspritzmengen (Ti2, Ti3, . . . ) der Berechnungseinrichtung (57) für die Kraft stoffeinspritzzeitpunkteinstellung zugeführt werden und die Festlegungseinrichtung (54A) in der Festlegungsein richtung (54) für die erste Kraftstoffeinspritzmenge ent halten ist; und
eine Festlegungseinrichtung (55A), die auf den Be fehl für die Mehrfacheinspritzung anspricht, um mehrere von Kraftstoffeinspritzzeitpunkten (TINJ2, TINJ3, . . . ) festzulegen, wobei mehrere der festgelegten Kraftstoff einspritzzeitpunkte (TINJ2, TINJ3, . . . ) der Berechnungs einrichtung (57) für die Einspritzzeitpunkteinstellung zugeführt werden und die Festlegungseinrichtung (55A) in der Festlegungseinrichtung (55) für die erste Kraft stoffeinspritzzeitpunkteinstellung enthalten ist.
eine Einspritzdiskriminatoreinrichtung (61A) zur Feststellung, ob die gegenwärtigen Betriebsbedingungen innerhalb eines Bereichs liegen, in welchem mehrere Kraft stoffeinspritzungen erforderlich sind oder nicht, auf der Grundlage der Motordrehzahl (N) und der Motorlast, re präsentiert durch die berechnete Basiskraftstoffein spritzmenge (TP), und zur Ausgabe eines Befehls, der die se mehreren Kraftstoffeinspritzungen anzeigt;
eine Festlegungseinrichtung (54A), die auf den Befehl für eine Mehrfachkraftstoffeinspritzung anspricht, um mehrere von Kraftstoffeinspritzmengen (Ti2,Ti3, . . . ) ein zustellen, die durch die Flammenausbreitung der vorausge henden Kraftstoffverbrennung entzündet werden, wobei mehre re dieser eingestellten Kraftstoffeinspritzmengen (Ti2, Ti3, . . . ) der Berechnungseinrichtung (57) für die Kraft stoffeinspritzzeitpunkteinstellung zugeführt werden und die Festlegungseinrichtung (54A) in der Festlegungsein richtung (54) für die erste Kraftstoffeinspritzmenge ent halten ist; und
eine Festlegungseinrichtung (55A), die auf den Be fehl für die Mehrfacheinspritzung anspricht, um mehrere von Kraftstoffeinspritzzeitpunkten (TINJ2, TINJ3, . . . ) festzulegen, wobei mehrere der festgelegten Kraftstoff einspritzzeitpunkte (TINJ2, TINJ3, . . . ) der Berechnungs einrichtung (57) für die Einspritzzeitpunkteinstellung zugeführt werden und die Festlegungseinrichtung (55A) in der Festlegungseinrichtung (55) für die erste Kraft stoffeinspritzzeitpunkteinstellung enthalten ist.
12. System nach Anspruch 11, in welchem die von der
Festlegungseinrichtung (55A) festgesetzte zweite Kraft
stoffeinspritzzeitpunkteinstellung (TINJ2) zwischen 30
und 60 Grad nach dem oberen Totpunkt der ersten Kraft
stoffverbrennung liegt und die dritte Kraftstoffein
spritzzeitpunkteinstellung (TINJ3), die von der Festle
gungseinrichtung (55A) festgesetzt wird, zwischen 90
und 120 Grad nach dem oberen Totpunkt der zweiten Kraft
stoffverbrennung liegt.
13. System nach Anspruch 6, in welchem ferner vorgesehen
sind:
eine Sollabgastemperatur-Festlegungseinrichtung (71), die, wenn die Diskriminatoreinrichtung (61) für die zweite Kraftstoffeinspritzung feststellt, daß die Motorbetriebs bedingungen in einem Bereich liegen, in welchem der Kata lysator nicht aktivierbar ist, eine Sollabgastemperatur festsetzt;
eine Temperaturanhebungsverfahren-Selektionseinrich tung (72), die eines der Verfahren Zweifachkraftstoffein spritzung und Zündzeitpunktverzögerung entsprechend der festgelegten Sollabgastemperatur unter Berücksichtigung einer Kraftstoffverbrauchsrate auswählt; und
eine Zündzeitverzögerungseinrichtung (73) zur Verzöge rung des Zündzeitpunktes, der durch die Festlegungseinrich tung (56) für die Zündzeitpunkteinstellung bestimmt ist.
eine Sollabgastemperatur-Festlegungseinrichtung (71), die, wenn die Diskriminatoreinrichtung (61) für die zweite Kraftstoffeinspritzung feststellt, daß die Motorbetriebs bedingungen in einem Bereich liegen, in welchem der Kata lysator nicht aktivierbar ist, eine Sollabgastemperatur festsetzt;
eine Temperaturanhebungsverfahren-Selektionseinrich tung (72), die eines der Verfahren Zweifachkraftstoffein spritzung und Zündzeitpunktverzögerung entsprechend der festgelegten Sollabgastemperatur unter Berücksichtigung einer Kraftstoffverbrauchsrate auswählt; und
eine Zündzeitverzögerungseinrichtung (73) zur Verzöge rung des Zündzeitpunktes, der durch die Festlegungseinrich tung (56) für die Zündzeitpunkteinstellung bestimmt ist.
14. System nach Anspruch 13, in welchem die Sollabgas
temperatur-Festlegungseinrichtung (71) die Sollabgastem
peratur auf der Grundlage einer Katalysatorspezifikation
und der detektierten Motorbetriebsbedingungen festlegt.
15. System nach Anspruch 13, in welchem die Temperaturan
hebungsverfahren-Selektionseinrichtung (72) das Zündzeit
punktverzögerungsverfahren selektiert, wenn die festgelegte
Sollabgastemperatur etwa 300°C beträgt, jedoch das Zwei
facheinspritzverfahren auswählt, wenn die festgelegte Soll
abgastemperatur 300°Cc oder mehr beträgt.
16. System nach Anspruch 13, in welchem bei Selektion des
Zündzeitpunktverzögerungsverfahrens eine Zündzeitpunktver
zögerungsrate (θRD) unter Bezugnahme auf eine Tabelle er
mittelt wird, die auf der Grundlage der Motordrehzahl (N)
und der Basiskraftstoffeinspritzmenge (TP) bestimmt ist.
17. System nach Anspruch 13, welches ferner aufweist:
einen Abgastemperatursensor (16);
eine Vergleichseinrichtung (74) zum Vergleichen der Sollabgastemperatur, die von der Festlegungseinrichtung (71) festgesetzt worden ist, mit einem Abgastemperaturistwert, der vom Abgassensor (16) detektiert worden ist; und
wobei die Festlegungseinrichtung (62) für die zweite Kraftstoffeinspritzmenge und die Zündzeitverzögerungsein richtung (73) die zweite Kraftstoffeinspritzmenge (Ti2) bzw. die Zündzeitpunktverzögerungsrate (θRD) auf der Grundlage des Unterschiedes zwischen der Sollabgastemperatur und der Istabgastemperatur in einer Rückkopplungsregelung fest legen.
einen Abgastemperatursensor (16);
eine Vergleichseinrichtung (74) zum Vergleichen der Sollabgastemperatur, die von der Festlegungseinrichtung (71) festgesetzt worden ist, mit einem Abgastemperaturistwert, der vom Abgassensor (16) detektiert worden ist; und
wobei die Festlegungseinrichtung (62) für die zweite Kraftstoffeinspritzmenge und die Zündzeitverzögerungsein richtung (73) die zweite Kraftstoffeinspritzmenge (Ti2) bzw. die Zündzeitpunktverzögerungsrate (θRD) auf der Grundlage des Unterschiedes zwischen der Sollabgastemperatur und der Istabgastemperatur in einer Rückkopplungsregelung fest legen.
18. System nach Anspruch 13, ferner aufweisend:
einen Abgastemperatursensor (16);
eine Katalysatoraktivierungs-Diskriminatoreinrichtung (75), die auf der Grundlage der detektierten Temperatur vom Abgastemperatursensor feststellt, ob die Abgastempera tur eine Temperatur erreicht, bei der der Katalysator aktivierbar ist;
eine Festlegungseinrichtung (76) zur Festlegung einer dritten Kraftstoffeinspritzmenge; und
eine Festlegungseinrichtung (77) zur Festlegung einer Zeitpunkteinstellung für die dritte Kraftstoffeinspritzung entsprechend der Sollabgastemperatur.
einen Abgastemperatursensor (16);
eine Katalysatoraktivierungs-Diskriminatoreinrichtung (75), die auf der Grundlage der detektierten Temperatur vom Abgastemperatursensor feststellt, ob die Abgastempera tur eine Temperatur erreicht, bei der der Katalysator aktivierbar ist;
eine Festlegungseinrichtung (76) zur Festlegung einer dritten Kraftstoffeinspritzmenge; und
eine Festlegungseinrichtung (77) zur Festlegung einer Zeitpunkteinstellung für die dritte Kraftstoffeinspritzung entsprechend der Sollabgastemperatur.
19. System nach Anspruch 18, in welchem, wenn die fest
gesetzte Sollabgastemperatur bei Motorkaltstart 400°C oder
mehr beträgt, die Dreifachkraftstoffverbrennung selektiert
wird; wenn die festgelegte Abgastemperatur zwischen 300°C
und 400°C liegt, die Zweifachkraftstoffverbrennung selek
tiert wird; und wenn die festgelegte Sollabgastemperatur
300°C oder weniger beträgt, die Zündzeitpunktverzögerung
selektiert wird.
20. System nach Anspruch 6, in welchem ferner vorgesehen
sind:
eine Zylinderdruckdetektoreinrichtung (64) zur Detek tion des Zylinderdrucks, der durch die erste Kraftstoffver brennung hervorgerufen wird;
eine Berechnungseinrichtung (65) zur Berechnung von Wärme, die durch die erste Kraftstoffverbrennung erzeugt wird, auf der Grundlage eines detektierten Zylinderdrucks und der Kurbelwinkelposition, die vom Kurbelwinkelsensor (13) erfaßt wird;
eine Diskriminatoreinrichtung (66) zur Feststellung, ob die erste Kraftstoffverbrennung normal oder abnormal ist, auf der Grundlage der berechneten Wärmeerzeugungsrate; und
eine Verbrennungsmodus-Änderungseinrichtung (67), die bei Ausgabe eines Abnormalitätssignals durch die Diskrimi natoreinrichtung (66) die Stratifikationsverbrennung auf eine gleichförmige Verbrennung ändert.
eine Zylinderdruckdetektoreinrichtung (64) zur Detek tion des Zylinderdrucks, der durch die erste Kraftstoffver brennung hervorgerufen wird;
eine Berechnungseinrichtung (65) zur Berechnung von Wärme, die durch die erste Kraftstoffverbrennung erzeugt wird, auf der Grundlage eines detektierten Zylinderdrucks und der Kurbelwinkelposition, die vom Kurbelwinkelsensor (13) erfaßt wird;
eine Diskriminatoreinrichtung (66) zur Feststellung, ob die erste Kraftstoffverbrennung normal oder abnormal ist, auf der Grundlage der berechneten Wärmeerzeugungsrate; und
eine Verbrennungsmodus-Änderungseinrichtung (67), die bei Ausgabe eines Abnormalitätssignals durch die Diskrimi natoreinrichtung (66) die Stratifikationsverbrennung auf eine gleichförmige Verbrennung ändert.
21. System nach Anspruch 20, in welchem die Wärmeerzeugungs-
Berechnungseinrichtung (65) die Wärmeerzeugungsrate auf der
Grundlage eines Druckhubdiagramms berechnet, das durch
Festlegen verschiedener Motorbetriebsbedingungen als
Parameter gewonnen ist.
22. System nach Anspruch 20, in welchem die Diskriminator
einrichtung (66) die Abnormalität bestimmt, wenn die erzeug
te Wärme geringer als ein vorbestimmter Wert unter Bezug
auf ein Wärmeerzeugungsdiagramm ist, das für jeden Motor
zyklus gewonnen wird.
23. System nach Anspruch 20, in welchem die Diskriminator
einrichtung (66) die Abnormalität bestimmt, wenn die Wär
meerzeugungsrate bei einer vorbestimmten Kurbelwinkelposi
tion im Expansionshub der ersten Kraftstoffverbrennung
niedriger als eine Bezugswärmemenge (QREF) ist, welche
groß genug zur Entzündung des zweiten eingespritzten
Kraftstoffs ist.
24. System nach Anspruch 20, in welchem ferner eine
Alarmerzeugungseinrichtung (68, 69, 80) vorgesehen ist,
die für den Fahrer im Falle einer Abnormalität ein Alarm
zeichen erzeugt.
25. System nach Anspruch 6, welches ferner aufweist:
eine Zylinderdruck-Detektoreinrichtung (64) zur Detek tion des durch die erste Kraftstoffverbrennung hervorgeru fenen Zylinderdrucks;
eine Berechnungseinrichtung (65) zur Berechnung der Wärme, die durch die erste Kraftstoffverbrennung erzeugt wird, auf der Grundlage des detektierten Zylinderdrucks und der Kurbelwinkelposition, die vom Kurbelwinkelsensor (13) detektiert ist;
eine Diskriminatoreinrichtung (66) zur Feststellung, ob die erste Kraftstoffverbrennung normal oder abnormal ist, auf der Grundlage der berechneten Wärmeerzeugungsrate;
eine Parameterselektionseinrichtung (81), die bei Ausgabe eines Abnormalitätssignals durch die Diskriminator einrichtung (66) zumindest einen Parameter zur Korrektur der ersten Kraftstoffverbrennung selektiert und festlegt; und
eine Parameterfestlegungseinrichtung (83), die den selektierten Parameter für die Festlegungseinrichtung (54) für die erste Kraftstoffeinspritzmenge, für die Festle gungseinrichtung (55) für die erste Kraftstoffeinspritz zeitpunkteinstellung und die Festlegungseinrichtung (56) für die Zündzeitpunkteinstellung so festsetzt, daß die Wärmeerzeugungsrate durch die erste Kraftstoffverbrennung im darauffolgenden Takt jeweils ohne Änderung der Verbren nungsart aus der Stratifikationsverbrennung in die gleich förmige Verbrennung gesteigert wird.
eine Zylinderdruck-Detektoreinrichtung (64) zur Detek tion des durch die erste Kraftstoffverbrennung hervorgeru fenen Zylinderdrucks;
eine Berechnungseinrichtung (65) zur Berechnung der Wärme, die durch die erste Kraftstoffverbrennung erzeugt wird, auf der Grundlage des detektierten Zylinderdrucks und der Kurbelwinkelposition, die vom Kurbelwinkelsensor (13) detektiert ist;
eine Diskriminatoreinrichtung (66) zur Feststellung, ob die erste Kraftstoffverbrennung normal oder abnormal ist, auf der Grundlage der berechneten Wärmeerzeugungsrate;
eine Parameterselektionseinrichtung (81), die bei Ausgabe eines Abnormalitätssignals durch die Diskriminator einrichtung (66) zumindest einen Parameter zur Korrektur der ersten Kraftstoffverbrennung selektiert und festlegt; und
eine Parameterfestlegungseinrichtung (83), die den selektierten Parameter für die Festlegungseinrichtung (54) für die erste Kraftstoffeinspritzmenge, für die Festle gungseinrichtung (55) für die erste Kraftstoffeinspritz zeitpunkteinstellung und die Festlegungseinrichtung (56) für die Zündzeitpunkteinstellung so festsetzt, daß die Wärmeerzeugungsrate durch die erste Kraftstoffverbrennung im darauffolgenden Takt jeweils ohne Änderung der Verbren nungsart aus der Stratifikationsverbrennung in die gleich förmige Verbrennung gesteigert wird.
26. System nach Anspruch 25, in welchem dieser zumindest
eine festgelegte Parameter ein Parameter oder eine Kombina
tion der Parameter Steigerungsrate der ersten Kraftstoff
einspritzmenge, Vorrücken oder Verzögern des Kraftstoff
zündzeitpunktwinkels, Änderung der ersten Kraftstoffein
spritzzeitpunkteinstellung ist, wobei sämtliche Parameter
so bestimmt werden, daß sie jeweils unter einem zulässigen
oberen Grenzwert liegen.
27. System nach Anspruch 25, in welchem bei Ausgabe eines
Abnormalitätssignals von der Diskriminatoreinrichtung (66)
die Korrekturfestlegungseinrichtung (82) für die erste
Kraftstoffverbrennung die selektierten Parameter für die
Festlegungseinrichtung (54) für die Kraftstoffeinspritz
menge, die Festlegungseinrichtung (55) für den Kraftstoff
einspritzzeitpunkt der ersten Einspritzung oder die Fest
legungseinrichtung (56) für die Zündzeitpunkteinstellung
jeweils so festlegt, daß die zweite Kraftstoffverbrennung
im selben Takt unterbrochen wird.
28. System zur Steuerung eines Motors mit Kraftstoff
direkteinspritzung zur Katalysatoraktivierung bei einer
Funkenzündung eines ersten Kraftstoffs, der in jeden der
Motorzylinder eingespritzt wird, während Abgas durch einen
in einem Motorabgassystem angeordneten Katalysator ge
reinigt wird, wobei zusätzlicher Kraftstoff zumindest
einmal in jeden der Motorzylinder von einer frühen zu
einer mittleren Periode eines Expansionshubs der ersten
Kraftstoffverbrennung entsprechend den Motorbetriebsbe
dingungen eingespritzt wird, um den zusätzlichen einge
spritzten Kraftstoff durch Flammenausbreitung der voraus
gehenden Kraftstoffverbrennung so zu entzünden, daß eine
Abgastemperatur zur Katalysatoraktivierung anhebbar ist.
29. System nach Anspruch 28, in welchem selektiv ein
Verfahren eines Verfahrens mit zusätzlicher Kraftstoff
einspritzung und eines Verfahrens zur Zündzeitpunktverzö
gerung entsprechend den Motorbetriebsbedingungen ausge
wählt wird.
30. System nach Anspruch 28, in welchem, wenn die durch
die erste Kraftstoffverbrennung erzeugte Wärmemenge nicht
groß genug zur Entzündung des zusätzlichen eingespritzten
Kraftstoffs ist, selektiv eines der Verfahren: Ändern der
Stratifikationsverbrennung auf eine gleichförmige Verbren
nung, Steigern der ersten Kraftstoffeinspritzmenge und
Unterbrechen der zusätzlichen Kraftstoffeinspritzung
selektiert wird.
31. Verfahren zur Steuerung eines Motors mit Kraftstoff
direkteinspritzung zur Katalysatoraktivierung, umfassend
einen ersten Festlegungsprozeß für eine erste Kraftstoff
einspritzung und einen Festlegungsprozeß für eine zweite
Kraftstoffeinspitzung mit den Schritten:
Detektieren von Motorbetriebsparametern (S102);
Berechnen einer Basiskraftstoffeinspritzmenge (TP) auf der Grundlage der detektierten Motorbetriebsparameter (S101);
Detektieren von Motorbetriebsparametern (S102);
Berechnen einer Basiskraftstoffeinspritzmenge (TP) auf der Grundlage der detektierten Motorbetriebsparameter (S101);
Festlegen einer ersten Kraftstoffeinspritzmenge (Ti1)
durch Korrigieren der Basiskraftstoffeinspritzmenge (TP)
auf der Grundlage verschiedener Motorbetriebsbedingungen
(S103, S104, S105);
Festlegen einer Zeitpunkteinstellung für die erste
Kraftstoffeinspritzung (TINJ1; S106);
Prüfen, ob eine zweite Kraftstoffeinspritzung erfor derlich ist oder nicht (S152);
falls erforderlich. Festsetzen einer zweiten Kraft stoffeinspritzmenge Ti2; S153); und
Festlegen einer Zeitpunkteinstellung für die zweite Kraftstoffeinspritzung (TINJ2) zwischen 30 und 60 Grad der Kurbelwinkelposition nach dem oberen Totpunkt (S154).
Prüfen, ob eine zweite Kraftstoffeinspritzung erfor derlich ist oder nicht (S152);
falls erforderlich. Festsetzen einer zweiten Kraft stoffeinspritzmenge Ti2; S153); und
Festlegen einer Zeitpunkteinstellung für die zweite Kraftstoffeinspritzung (TINJ2) zwischen 30 und 60 Grad der Kurbelwinkelposition nach dem oberen Totpunkt (S154).
32. Verfahren nach Anspruch 31, in welchem die detektier
ten Motorbetriebsparameter eine Luftdurchflußrate, eine
Drosselöffnungsrate, eine Kühlmitteltemperatur, eine Ab
gastemperatur und eine Batteriespannung sind.
33. Verfahren nach Anspruch 31, in welchem die Kraft
stoffeinspritzmenge (TP = K × Q/N) als Motorlast auf der
Grundlage der Luftansaugmenge (Q), der Motordrehzahl (N)
und einer Temperaturkonstanten (K) für den Einspritzer
festgesetzt wird.
34. Verfahren nach Anspruch 31, in welchem die erste
Kraftstoffeinspritzmenge (Ti1 ← TP × COEF + TS) durch
Korrigieren der Basiskraftstoffeinspritzmenge (TP) auf der
Grundlage eines Koeffizienten (COEF) gewonnen wird, der
entsprechend den verschiedenen Motorbetriebsbedingungen
ermittelt wird, und unter Berücksichtigung der Spannungs
korrekturrate (TS) berechnet wird.
35. Verfahren nach Anspruch 31, in welchem die Notwendig
keit einer zweiten Kraftstoffeinspritzung ermittelt wird,
wenn die Motordrehzahl (N) und die Motorlast, repräsentiert
durch die Basiskraftstoffeinspritzmenge (TP) beide niedrig
sind, und zwar unter Bezugnahme auf eine Tabelle, die durch
die Motordrehzahl (N) und die Motorlast (TP) bestimmt
wird.
36. Verfahren nach Anspruch 31, in welchem die zweite
Kraftstoffeinspritzung (TINJ2) unter Bezugnahme auf eine
Tabelle auf der Grundlage der Motordrehzahl (N) und der
Motorlast, repräsentiert durch die Basiskraftstoffein
spritzmenge (TP), festgelegt wird.
37. Verfahren zur Steuerung eines Motors mit Kraftstoff
direkteinspritzung zur Katalysatoraktivierung, umfassend
einen Festlegungsprozeß für eine erste Kraftstoffein
spritzung und einen Festlegungsprozeß für eine n-fache
Kraftstoffeinspritzung, mit den Schritten:
Detektieren von Motorbetriebsparametern (S51);
Berechnen einer Basiskraftstoffeinspritzmenge (TP) auf der Grundlage der detektierten Motorbetriebsbedin gungen (S51);
Prüfen, ob die n-fache Kraftstoffeinspritzung erfor derlich ist oder nicht (S52);
falls nicht erforderlich, Festlegen einer ersten Kraft stoffeinspritzmenge (T₁) durch Korrigieren der Basiskraft stoffeinspritzmenge (TP) auf der Grundlage verschiedener Motorbetriebsbedingungen (S53) und ferner Festlegen einer Zeitpunkteinstellung für die erste Kraftstoffeinspritzung (TINJ1; S54); und
falls erforderlich, Festlegen einer ersten Kraftstoff einspritzmenge (Ti1), einer zweiten Kraftstoffeinspritz menge (Ti2), einer dritten Kraftstoffeinspritzmenge (Ti3), . . . ,(S55) in Folge; und ferner Festlegen von Zeitpunktein stellungen für die erste Einspritzung (TINJ1), die zweite Einspritzung (TINJ2), die dritte Einspritzung (TINJ3), . . . (S56) in Folge.
Detektieren von Motorbetriebsparametern (S51);
Berechnen einer Basiskraftstoffeinspritzmenge (TP) auf der Grundlage der detektierten Motorbetriebsbedin gungen (S51);
Prüfen, ob die n-fache Kraftstoffeinspritzung erfor derlich ist oder nicht (S52);
falls nicht erforderlich, Festlegen einer ersten Kraft stoffeinspritzmenge (T₁) durch Korrigieren der Basiskraft stoffeinspritzmenge (TP) auf der Grundlage verschiedener Motorbetriebsbedingungen (S53) und ferner Festlegen einer Zeitpunkteinstellung für die erste Kraftstoffeinspritzung (TINJ1; S54); und
falls erforderlich, Festlegen einer ersten Kraftstoff einspritzmenge (Ti1), einer zweiten Kraftstoffeinspritz menge (Ti2), einer dritten Kraftstoffeinspritzmenge (Ti3), . . . ,(S55) in Folge; und ferner Festlegen von Zeitpunktein stellungen für die erste Einspritzung (TINJ1), die zweite Einspritzung (TINJ2), die dritte Einspritzung (TINJ3), . . . (S56) in Folge.
38. Verfahren nach Anspruch 31, ferner umfassend einen
Zündzeitpunktverzögerungsprozeß mit den Schritten:
Detektieren von Motorbetriebsparameter (N, TP; S201);
Prüfen, ob die Abgastemperatur-Anhebungsbedingungen erfüllt sind oder nicht (S202);
falls ja, Festlegen einer Sollabgastemperatur mit Bezugnahme auf eine Tabelle und auf der Grundlage der detektierten Motorbetriebsbedingungen (N, TP; S203);
Prüfen, ob die Sollabgastemperatur 300°C oder höher ist (S204);
falls ja, Selektieren einer Zweifachkraftstoffein spritzung und Festlegen der zweiten Kraftstoffeinspritz menge Ti2 (S206) und der Zeitpunkteinstellung für die zweite Kraftstoffeinspritzung (TINJ2) (S207); und
falls nicht, Selektieren einer Zündverzögerung (S208) und Festlegen eines Zündzeitverzögerungswinkels (θRD) (S209).
Detektieren von Motorbetriebsparameter (N, TP; S201);
Prüfen, ob die Abgastemperatur-Anhebungsbedingungen erfüllt sind oder nicht (S202);
falls ja, Festlegen einer Sollabgastemperatur mit Bezugnahme auf eine Tabelle und auf der Grundlage der detektierten Motorbetriebsbedingungen (N, TP; S203);
Prüfen, ob die Sollabgastemperatur 300°C oder höher ist (S204);
falls ja, Selektieren einer Zweifachkraftstoffein spritzung und Festlegen der zweiten Kraftstoffeinspritz menge Ti2 (S206) und der Zeitpunkteinstellung für die zweite Kraftstoffeinspritzung (TINJ2) (S207); und
falls nicht, Selektieren einer Zündverzögerung (S208) und Festlegen eines Zündzeitverzögerungswinkels (θRD) (S209).
39. Verfahren nach Anspruch 38, ferner umfassend einen
Rückkopplungsprozeß, umfassend die Schritte:
Prüfen, ob die Abgastemperaturanhebung ausgeführt wird oder nicht (S301);
falls ja, Messen der Abgastemperatur (S302);
Prüfen, ob die gemessene Abgastemperatur die Soll abgastemperatur erreicht (S303);
falls nicht, Prüfen, ob die Zweifacheinspritzung vor liegt oder nicht (S304);
falls ja, Steigern der zweiten Kraftstoffeinspritz menge (S305); und
falls nicht, Steigern des Zündzeitpunktverzögerungs winkels (θRD; S306).
Prüfen, ob die Abgastemperaturanhebung ausgeführt wird oder nicht (S301);
falls ja, Messen der Abgastemperatur (S302);
Prüfen, ob die gemessene Abgastemperatur die Soll abgastemperatur erreicht (S303);
falls nicht, Prüfen, ob die Zweifacheinspritzung vor liegt oder nicht (S304);
falls ja, Steigern der zweiten Kraftstoffeinspritz menge (S305); und
falls nicht, Steigern des Zündzeitpunktverzögerungs winkels (θRD; S306).
40. Verfahren nach Anspruch 31, ferner umfassend einen
Abgastemperaturanhebungsprozeß, umfassend die Schritte:
Detektieren von Motorbetriebsbedingungen (S401);
Detektieren der Kühlmitteltemperatur (S402);
Prüfen, ob der Motor gestartet wird (S403);
falls ja, Festlegen einer Sollabgastemperatur (S404);
Prüfen, ob die festgelegte Abgastemperatur 400°C oder mehr beträgt (S405);
falls ja, Festlegen einer zweiten Kraftstoffeinspritz menge (Ti2) und einer dritten Kraftstoffeinspritzmenge (Ti3); S412); und
Festlegen einer Zeitpunkteinstellung für die zweite Einspritzung (TINJ2) und die dritte Einspritzung (TINJ3; S413).
Detektieren von Motorbetriebsbedingungen (S401);
Detektieren der Kühlmitteltemperatur (S402);
Prüfen, ob der Motor gestartet wird (S403);
falls ja, Festlegen einer Sollabgastemperatur (S404);
Prüfen, ob die festgelegte Abgastemperatur 400°C oder mehr beträgt (S405);
falls ja, Festlegen einer zweiten Kraftstoffeinspritz menge (Ti2) und einer dritten Kraftstoffeinspritzmenge (Ti3); S412); und
Festlegen einer Zeitpunkteinstellung für die zweite Einspritzung (TINJ2) und die dritte Einspritzung (TINJ3; S413).
41. Verfahren nach Anspruch 40, ferner umfassend die
Schritte:
falls im Schritt (S403) der Prüfung, ob der Motor gestartet wird, ein Nein festgestellt wird, Festlegen einer weiteren Sollabgastemperatur (S414);
Prüfen, ob die Dreifacheinspritzung erforderlich ist (S415);
falls ja, Festlegen der Dreifachkraftstoffeinspritz menge (Ti) und -zeitpunkteinstellung (TINJ3; S412, S413);
falls nein, Selektieren der Zweifachkraftstoffein spritzung (S407); und
Festlegen nur der Einspritzmenge (Ti2) und Zeitpunkt einstellung (TINJ2) für die Zweifacheinspritzung (S408, S409).
falls im Schritt (S403) der Prüfung, ob der Motor gestartet wird, ein Nein festgestellt wird, Festlegen einer weiteren Sollabgastemperatur (S414);
Prüfen, ob die Dreifacheinspritzung erforderlich ist (S415);
falls ja, Festlegen der Dreifachkraftstoffeinspritz menge (Ti) und -zeitpunkteinstellung (TINJ3; S412, S413);
falls nein, Selektieren der Zweifachkraftstoffein spritzung (S407); und
Festlegen nur der Einspritzmenge (Ti2) und Zeitpunkt einstellung (TINJ2) für die Zweifacheinspritzung (S408, S409).
42. Verfahren nach Anspruch 41, ferner aufweisend die
Schritte:
falls im Schritt (S404) der Prüfung der Sollabgas temperatur auf einen Wert 400°C oder höher sich ein Nein ergibt,
Prüfen, ob die Sollabgastemperatur 300°C oder höher ist;
falls ja, Selektieren der Zweifachkraftstoffein spritzung (S407); und
Festlegen der zweiten Kraftstoffeinspritzmenge Ti2) und der zweiten Kraftstoffeinspritzzeit (TINJ2) (S408, S409);
falls nein, Selektieren der Zündzeitverzögerung (S410); und Festlegen der Zündzeitpunktverzögerungsrate (θRD; S411).
falls im Schritt (S404) der Prüfung der Sollabgas temperatur auf einen Wert 400°C oder höher sich ein Nein ergibt,
Prüfen, ob die Sollabgastemperatur 300°C oder höher ist;
falls ja, Selektieren der Zweifachkraftstoffein spritzung (S407); und
Festlegen der zweiten Kraftstoffeinspritzmenge Ti2) und der zweiten Kraftstoffeinspritzzeit (TINJ2) (S408, S409);
falls nein, Selektieren der Zündzeitverzögerung (S410); und Festlegen der Zündzeitpunktverzögerungsrate (θRD; S411).
43. Verfahren nach Anspruch 31, ferner umfassend einen
Verbrennungszustand-Detektionsprozeß mit den Schritten:
Detektieren des Drucks jedes Zylinders (S501);
Berechnen der Wärmeerzeugungsrate (S502);
Prüfen, ob die Wärmeerzeugungsrate normal ist oder nicht (S503);
falls ja, Ausführen der zweiten Kraftstoffeinspritzung (S504);
falls nein, Erzeugen eines Alarms (S505) und Unter brechen der zweiten Kraftstoffeinspritzung (S506);
Detektieren des Drucks jedes Zylinders (S501);
Berechnen der Wärmeerzeugungsrate (S502);
Prüfen, ob die Wärmeerzeugungsrate normal ist oder nicht (S503);
falls ja, Ausführen der zweiten Kraftstoffeinspritzung (S504);
falls nein, Erzeugen eines Alarms (S505) und Unter brechen der zweiten Kraftstoffeinspritzung (S506);
Festlegen eines Korrekturwerts (Δ TM) für den Zeit
punkt der ersten Kraftstoffeinspritzung (S507);
Festlegen eines Korrekturwerts (ΔK) für die erste
Kraftstoffeinspritzmenge (S508); und
Festlegen eines Korrekturwerts (θM) für die Zünd zeitpunkteinstellung (S509).
Festlegen eines Korrekturwerts (θM) für die Zünd zeitpunkteinstellung (S509).
44. Verfahren nach Anspruch 31, ferner umfassend einen
Verbrennungszustand-Detektionsprozeß mit den Schritten:
Detektieren des Drucks jedes Zylinders (S601);
Berechnen der Wärmeerzeugungsrate (S602);
Prüfen, ob die Wärmeerzeugungsmenge groß genug ist, um die zweite Kraftstoffverbrennung zu entzünden oder nicht (S603);
falls ja, Ausführen der zweiten Kraftstoffeinspritzung (S604);
falls nein, Selektieren des Korrekturparameters für die erste Kraftstoffverbrennung (S605); und
Festlegen eines Korrekturwerts (S607) für die Zeit punkteinstellung der ersten Kraftstoffeinspritzung.
Detektieren des Drucks jedes Zylinders (S601);
Berechnen der Wärmeerzeugungsrate (S602);
Prüfen, ob die Wärmeerzeugungsmenge groß genug ist, um die zweite Kraftstoffverbrennung zu entzünden oder nicht (S603);
falls ja, Ausführen der zweiten Kraftstoffeinspritzung (S604);
falls nein, Selektieren des Korrekturparameters für die erste Kraftstoffverbrennung (S605); und
Festlegen eines Korrekturwerts (S607) für die Zeit punkteinstellung der ersten Kraftstoffeinspritzung.
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