DE60019514T2

DE60019514T2 - Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung einer Dieselbrennkraftmaschine

Info

Publication number: DE60019514T2
Application number: DE60019514T
Authority: DE
Inventors: Tomomi Watanabe; Tomoaki Saito; Yasuyuki Terazawa; Akihide Takami; Hiroshi Hayashibara; Terunori Kondou; Motoshi Kataoka
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1999-08-16
Filing date: 2000-08-07
Publication date: 2005-08-18
Anticipated expiration: 2020-08-08
Also published as: EP1077319B1; EP1077319A3; EP1077319A2; DE60019514D1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und ein System zum Steuern einer Dieselbrennkraftmaschine, die mit einem NOx-Absorber ausgerüstet ist, der NOx in einem Abgas mit Sauerstoffüberschuss in einer Abgasleitung derart absorbiert, dass der NOx-Absorber das NOx unter normalen Maschinenbetriebszuständen absorbiert.
In der Regel sind Dreiwege-Katalysatoren als katalytische Vorrichtung bekannt, die gleichzeitig und sehr wirkungsvoll die Emissionspegel von HC, CO und NOx im Abgas einer Brennkraftmaschine absenken, um dadurch das Abgas bei einem etwa stöchiometrischen Luftkraftstoffverhältnis zu reinigen. Bei Benzinmaschinen ist es in Kombination mit der Verwendung eines derartigen Dreiwege-Katalysators im allgemeinen üblich, eine Kraftstoffeinspritzsteuerung einzusetzen, um ein Luftkraftstoffverhältnis in die Nähe eines stöchiometrischen Luftkraftstoffverhältnisses in den meisten Antriebsbereichen mit Ausnahme eines Volllast-Antriebsbereiches zu steuern. In einem Gesamtbereich normaler Maschinenbetriebszustände einer derartigen Dieselmaschine befindet sich jedoch ein durchschnittliches Luftkraftstoffverhältnis in einer Brennkammer (das im folgenden Brennkammer-Luftkraftstoffverhältnis genannt wird) in einem extrem mageren Zustand (wie etwa A/F ≥ 18), so dass der Dreiwege-Katalysator nicht wirkungsvoll sein kann. Wenn sich das durchschnittliche Brennkammer-Luftkraftstoffverhältnis im extrem mageren Zustand befindet, wird zudem die Sauerstoffkonzentration im Abgas extrem hoch, so dass es schwierig ist, die NOx-Emissionen in ausreichendem Maße in einer derartigen Atmosphäre zu verringern, wodurch es Schwierigkeiten bereitet, das Abgas zu reinigen.
In diesem Zusammenhang ist eine Technologie bekannt, bei der ein sogenannter NOx-Absorber verwendet wird, der NOx in einem Abgas mit Sauerstoffüberschuss in einer höheren als vorbestimmten Sauerstoffkonzentration von oder beispielsweise 4% absorbiert und das absorbierte NOx freigibt, wenn die Sauerstoffkonzentration abnimmt. Es ist jedoch notwendig, dass der NOx-Absorber eine sogenannte Wiederauffrischung ausführt, was sich auf die Freigabe des absorbierten NOx bezieht, bevor das Absorptionsvermögen abnimmt, da der NOx-Absorber eine Abnahme des Absorptionsvermögens bei einer Zunahme der absorbierten NOx-Menge verursacht. Bei einem Dieselmaschinen-Steuersystem, wie es beispielsweise in der ungeprüften japanischen Patentveröffentlichung No. 6-212961 beschrieben ist, wird unverbrannter Kraftstoff (Dieselkraftstoff) als Reduktionsmittel in das Abgas geleitet, wenn die oben erwähnte Wiederauffrischung erforderlich ist, um so die Sauerstoffkonzentration des Abgases infolge des Sauerstoffverbrauchs durch das Reduktionsmittel abzusenken. Mit anderen Worten wird in diesem Fall Kraftstoff in einem Zeitraum von einem Mittel-Ausdehnungshub eines Zylinders bis zu einem Ausstoßhub zusätzlich zu einer normalen Kraftstoffeinspritzung einge spritzt. Der zusätzliche Kraftstoff wird durch ein bei hoher Temperatur verbranntes Gas in einer Brennkammer mit dem Ergebnis aktiviert, dass er eine hohe Reduktionsleistung annimmt, um dadurch den NOx-Absorber zu unterstützen, NOx freizugeben und in ausreichendem Maße das NOx zu reduzieren, um das Abgas zu reinigen.
Um die Erzeugung von NOx, das die Verbrennung von Kraftstoff begleitet, an sich zu steuern, ist es üblich, die Spitze der Verbrennungsgastemperatur in der Brennkammer abzusenken, indem das Abgas teilweise in die Brennkammer durch eine Abgasrückführleitung wiedereingeleitet wird, die das Ansaug- und das Auslasssystem wechselseitig verbindet. Bei einem Dieselmaschinen-Steuersystem, wie es etwa in der ungeprüften japanischen Patentveröffentlichung beschrieben ist, wird bei einer Wiederauffrischung des NOx-Absorbers die Sauerstoffkonzentration des Abgases dadurch abgesenkt, dass das durchschnittliche Brennkammer-Luftkraftstoffverhältnis zu einem fetten Zustand verändert wird, was durch eine Verringerung der Frischluftmenge erreicht wird, die von außerhalb der Maschine eingeleitet wird, indem entweder die Menge des Rückführabgases, das durch die Rückführleitung zugeleitet wird, erhöht oder die Ansaugdrosselklappe geschlossen wird, während eine Änderung der Maschinenleistung dadurch eingeschränkt wird, dass die Menge der Kraftstoffeinspritzung erhöht wird, um so einen Abfall der Maschinenleistung infolge der Verringerung von Frischluft zu kompensieren.
Da jedoch bei einem Dieselmaschinen-Steuersystem, bei dem Kraftstoff zusätzlich bei einem Ausdehnungshub oder einem Ausstoßhub zum Wiederauffrischen des NOx-Absorbers eingespritzt wird, wie es beispielsweise in der ungeprüften japanischen Patentveröffentlichung No. 6-212961 beschrieben ist, ein rapider Anstieg von Qualm möglicherweise infolge eines Umstandes auftritt, der Kraftstoffeinbrennen genannt wird, wenn die zusätzliche Kraftstoffeinspritzung zu früh erfolgt, kann die zusätzliche Kraftstoffeinspritzung nicht zu einem Zeitpunkt vor einem Mittel-Ausdehnungshub vorgenommen werden. Infolgedessen bleibt ein Großteil des zusätzlich eingespritzten Kraftstoffes unverbrannt und wird aus der Brennkammer ausgestoßen, so dass das Dieselmaschinen-Steuersystem wegen einer starken Beeinträchtigung des spezifischen Kraftstoffverbrauchs als praktikable Technik kaum akzeptiert werden kann. Wenn andererseits beim Dieselmaschinen-Steuersystem, das in der ungeprüften japanischen Patentveröffentlichung No. 7-279718 beschrieben ist, die Frischluftmenge lediglich durch Schließen der Ansaugdrosselklappe zum Widerauffrischen des NOx-Absorbers verringert wird, wird der spezifische Kraftstoffverbrauch durch eine Zunahme des Widerstands gegen die Ansaugluft zusätzlich zur starken Zunahme von Qualm infolge der Verschlechterung der Kraftstoffverbrennung beeinträchtigt. Wenn die Frischluftmenge durch Erhöhen des Umfangs der Abgasrückführung verringert wird, ist es weiterhin praktisch unmöglich, für einen Anstieg der Kraftstoffeinspritzmenge entsprechend einer Verringerung der Frischluftmenge zu sorgen, da es einen verzögerten Fluss des Rückführabga ses (eine Ansprechverzögerung eines tatsächlichen Anstiegs des Umfangs der Abgasrückführung auf die Steuerung des Anstiegs des Umfangs der Abgasrückführung) und/oder eine große Abweichung der Kraftstoffmengen gibt, die in die entsprechenden Brennkammern der Maschine eingeleitet werden, so dass sich das übergangsmäßige Brennkammer-Luftkraftstoffverhältnis in großem Maße ändert, wodurch die Emissionspegel von NOx und Qualm zunehmen und ein Drehmomentruck auftritt, den der Fahrer als unangenehm empfindet.
DE 197 50 226 C1 beschreibt ein System zum Steuern einer Dieselmaschine, wie es im Oberbegriff von Anspruch 1 zitiert ist, und insbesondere ein System zum Steuern einer Dieselmaschine, die mit einem Kraftstoffeinspritzer, der Kraftstoff direkt in eine Brennkammer dieser Dieselmaschine einspritzt, und einem NOx-Absorber ausgerüstet ist, der sich in einer Abgasleitung dieser Dieselmaschine befindet und NOx in einem Abgas absorbiert, das eine übermäßig hohe Sauerstoffkonzentration hat, und das NOx freigibt, wenn sich die Sauerstoffkonzentration absenkt, enthaltend eine Kraftstoffeinspritz-Steuereinrichtung zum Steuern der Kraftstoffeinspritzung durch den Kraftstoffeinspritzer wenigstens gemäß Betriebszuständen der Dieselmaschine und eine Kraftstoffeinspritz-Korrekturvorrichtung, die einen Anstieg der Kraftstoffmenge erzeugt, die durch den Kraftstoffeinspritzer gespritzt wird, um so die Sauerstoffkonzentration zu senken, wodurch bewirkt wird, dass der NOx-Absorber das NOx freigibt.
EP 0 732 485 beschrieb eine Abgasreinigungsvorrichtung, bei der ein NOx-Absorber in der Abgasleitung einer Dieselmaschine angeordnet ist. Zu dem Zeitpunkt, zu dem NOx aus dem NOx-Absorber freigegeben werden soll, verringert eine Steuerschaltung der Maschine den überhöhten Luftanteil der Maschine und schaltet die Verbrennungsbetriebsart der Maschine von der normalen Dieselverbrennung, in der eine diffuse Verbrennung in der Brennkammer der Maschine vorherrschend ist, zur der Verbrennungsbetriebsart um, in der die Vormischungs-Kraftstoffverbrennung dominant ist, um den überhöhten Luftanteil bei der Verbrennung zu verringern und so das Luftkraftstoffverhältnis des Abgases kleiner oder gleich stöchiometrisch einzustellen. Um den eingespritzten Kraftstoff zu verdampfen, bevor die Kraftstoffverbrennung beginnt, ist es wünschenswert, dass die Temperatur innerhalb des Zylinders so hoch wie möglich ist. Daher wird die Verdampfung des Kraftstoffes im Zylinder durch Einleiten (Rückführen) von heißem Abgas in den Zylinder unterstützt.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein System zum Steuern einer Dieselmaschine anzugeben, die mit einem Abgasrückführsystem ausgestattet ist, das eine Ansprechverzögerung auf einen Anstieg der Kraftstoffeinspritzmenge für eine Widerauffrischung eines NOx-Absorbers vermeidet, der in einer Abgasleitung angeordnet ist, und bei dem die Schwankungen des Brennkammer-Luftkraftstoffverhältnisses eingeschränkt werden, wenn die Kraftstoffeinspritzmenge erhöht wird, um den NOx-Absorber aufzufrischen, um dadurch ein Dieselmaschinen-Steuersystem anzugeben, das einen Anstieg der Erzeugung von Qualm und das Auftreten eines Drehmomentrucks verhindert.
Das vorgenannte Ziel der vorliegenden Erfindung wird durch das Dieselmaschinen-Steuersystem von Anspruch 1 erreicht. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält ein Steuersystem für eine Dieselmaschine, die mit einem Kraftstoffeinspritzer, der Kraftstoff direkt in eine Brennkammer der Dieselmaschine einspritzt, und einem NOx-Absorber ausgestattet ist, der in einer Abgasleitung der Dieselmaschine angeordnet ist und NOx in einem Abgas absorbiert, das eine übermäßig hohe Sauerstoffkonzentration aufweist, und das NOx freigibt, wenn sich die Sauerstoffkonzentration absenkt, eine Kraftstoffeinspritz-Steuereinrichtung, die die Kraftstoffeinspritzung durch den Kraftstoffeinspritzer wenigstens gemäß Betriebszuständen der Dieselmaschine steuert, und eine Kraftstoffeinspritz-Korrektureinrichtung, die eine Erhöhung einer Einspritzung durch den Kraftstoffeinspritzer erzeugt, um so die Sauerstoffkonzentration abzusenken und dadurch zu bewirken, das der NOx-Absorber das NOx freigibt. Das Steuersystem umfasst zudem eine Abgasrückführleitung, durch die das Abgas zum Teil in eine Ansaugleitung der Dieselmaschine strömt, eine Abgas-Reguliereinrichtung, die eine Abgasmenge zuleitet und reguliert, das in die Ansaugleitung durch die Abgasrückführleitung zugeleitet wird, und eine Abgas-Rückführsteuereinrichtung, die die Abgas-Reguliereinrichtung derart steuert, dass ein Wert reguliert wird, der sich auf einen Abgasrückführanteil bezieht, bevor die Kraftstoffeinspritzmenge durch die Kraftstoffeinspritz-Korrektureinrichtung erhöht wird. Der Begriff "Abgasrückführanteil", wie er hier verwendet wird, bezieht sich auf einen Anteil einer Abgasrückführmenge relativ zu einer Luftgesamtmenge, die in die Brennkammer eingeleitet wird.
Wenn der NOx-Absorber gezwungen wird, das NOx während des Betriebs der Dieselmaschine freizugeben, steuert die Abgas-Rückführsteuereinrichtung die Abgas-Reguliereinrichtung derart, dass ein Wert erhöht wird, der sich auf einen Abgasrückführanteil bezieht, worauf die Kraftstoffeinspritz-Korrektureinrichtung die Kraftstoffeinspritzmenge erhöht, um dadurch ein durchschnittliches Brennkammer-Luftkraftstoffverhältnis in einen fetteren Zustand als den normalen fetten Zustand zu bringen. Das heißt, es wird verhindert, dass das durchschnittliche Brennkammer-Luftkraftstoffverhältnis in einen übermäßig fetten Zustand während der Erhöhung der Kraftstoffeinspritzmenge gebracht wird, indem die Regulierung der Abgasrückführmenge, die von einer relativ großen Ansprechverzögerung begleitet wird, angewendet wird, bevor die Kraftstoffeinspritzmenge erhöht wird, um so einen steilen Anstieg der Erzeugung von Qualm und ein Auftreten eines Drehmomentrucks zu verhindern. Wenn mit anderen Worten gleichzeitige korrigierende Erhöhungen sowohl an der Kraftstoffeinspritzmenge und der Abgasrückführmenge vorgenommen werden, erreicht ein durchschnittliches Brennkammer-Luftkraft stoffverhältnis einen fetten Zustand infolge einer korrigierenden Erhöhung der Kraftstoffeinspritzmenge und anschließend einen fetteren Zustand infolge einer Erhöhung der Abgasrückführmenge, d. h. infolge einer Verringerung der Ansaugfrischluftmenge, da die korrigierende Erhöhung der Kraftstoffeinspritzmenge direkter anspricht als die korrigierende Erhöhung der Abgasrückführmenge. Demzufolge kann, um zu verhindern, dass das durchschnittliche Brennkammer-Luftkraftstoffverhältnis einen übermäßig fetten Zustand erreicht, trotzdem eine korrigierende Erhöhung der Kraftstoffeinspritzmenge unter Berücksichtigung einer geplanten Erhöhung der Abgasrückführmenge, d. h. einer Verringerung der Ansaugfrischluftmenge, vorgenommen werden, wobei es jedoch, da eine Erhöhung der Abgasrückführmenge verzögert ist, in diesem Fall notwendig ist, nicht nur das durchschnittliche Brennkammer-Luftkraftstoffverhältnis in einem fetten Zustand zu halten, der niedriger ist als ein erwarteter fetter Zustand, sondern auch damit fortzufahren, die Kraftstoffeinspritzmenge zu erhöhen, bis eine gewünschte Erhöhung der Abgasrückführmenge erreicht ist, wodurch eine Verschlechterung des Kraftstoffverbrauchs bewirkt wird. Wenn andererseits eine korrigierende Erhöhung der Kraftstoffeinspritzmenge vorgenommen wird, um ein durchschnittliches Brennkammer-Luftkraftstoffverhältnis in einen fetten Sollzustand zu bringen, wobei eine geplante Erhöhung der Abgasrückführmenge außer Acht gelassen wird, neigt das durchschnittliche Brennkammer-Luftkraftstoffverhältnis dazu, einen übermäßig fetten Zustand infolge einer Erhöhung der Abgasrückführmenge anzunehmen, die nach der Erhöhung der Kraftstoffeinspritzmenge erfolgt. Die Dieselmaschinensteuerung der vorliegenden Erfindung beseitigt diese Probleme.
Die Abgas-Rückführsteuereinrichtung steuert die Abgas-Reguliereinrichtung derart, dass ein Wert verringert wird, der sich auf einen Abgasrückführanteil bezieht, nachdem die Erhöhung der Kraftstoffeinspritzmenge abgeschlossen ist. Die Abgas-Rückführsteuereinrichtung steuert die Abgas-Reguliereinrichtung derart, dass der Wert verringert wird, der sich auf eine Abgasrückführung bezieht, die dem Abschluss der Erhöhung der Kraftstoffeinspritzmenge folgt, wenn eine Freigabe des NOx vom NOx-Absorber endet.
Beim Dieselmaschinen-Steuersystem kann die Kraftstoffeinspritz-Steuereinrichtung die Kraftstoffeinspritzung in eine primäre Kraftstoffeinspritzung, die zu einem Zeitpunkt in der Nähe eines oberen Todpunktes eines Kompressionshubs vorgenommen wird, und eine sekundäre Kraftstoffeinspritzung unterteilen, die separat von der primären Kraftstoffeinspritzung vorgenommen wird, wenn die Kraftstoffeinspritz-Korrektureinrichtung die Kraftstoffeinspritzmenge erhöht. Wenngleich die eingespritzte Kraftstoffmenge infolge der korrigierenden Erhöhung der Kraftstoffmenge insgesamt beträchtlich ist, wird mit dem Dieselmaschinen-Steuersystem verhindert, dass sich eine Mischung aus Luft- und Kraftstoffdämpfen, die durch die primäre Kraftstoffeinspritzung eingespritzt werden, zu fett wird, so dass ein Anstieg der Erzeugung von Qualm beschränkt wird.
Die sekundäre Kraftstoffeinspritzung kann in einem Zeitraum zwischen dem Beginn eines Ansaughubes jedes der Zylinder der Dieselmaschine und einem Mittelpunkt eines Ausdehnungshubs des Zylinders stattfinden, und wenn bewirkt wird, dass der NOx-Absorber das NOx freigibt, steuert die Abgas-Rückführsteuereinrichtung die Abgas-Reguliereinrichtung derart, dass sie den Wert auf einen festgelegten Wert erhöht und die Kraftstoffeinspritz-Korrektureinrichtung einen Anstieg der Kraftstoffmenge für einen festgelegten Zeitraum bewirkt, so dass die Sauerstoffkonzentration nach dem Erreichen des festgelegten Wertes verringert wird. Obwohl beim Dieselmaschinen-Steuersystem die sekundäre Kraftstoffeinspritzung dazu führt, dass die Dieselmaschine die Neigung hat, das Abtriebsdrehmoment zu erhöhen, weil die sekundäre Kraftstoffeinspritzung in einem Zeitraum zwischen dem Beginn eines Ansaughubs und einem Mittelpunkt eines Ausdehnungshubs erfolgt, verringert jedoch die Einschränkung der sekundären Kraftstoffeinspritzung dahingehend, dass sie für den festgelegten Zeitraum fortfährt, der vorzugsweise zwei oder drei Sekunden beträgt, einen Drehmomentruck. Wenn die sekundäre Kraftstoffeinspritzung innerhalb eines Zeitraums über den Ansaug- und den Ausdehnungshub vorgenommen wird, wird Kraftstoff, der durch die sekundäre Kraftstoffeinspritzung eingespritzt wird, vor der primären Kraftstoffeinspritzung ausreichend mit Luft gemischt, so dass er aufgrund der Zündung des Kraftstoffes, der durch die primäre Kraftstoffeinspritzung eingespritzt wird, gut verbrannt wird, wodurch die Verbrennung mit dem Effekt verbessert wird, dass die Qualmmenge verhindert oder deutlich verringert wird. Auch wenn beim Freigeben von NOx aus dem NOx-Absorber eine Verzögerung bei der Regulierung der Abgasrückführmenge beträchtlich ist, weil eine korrigierende Erhöhung der Kraftstoffeinspritzmenge vorgenommen wird, nachdem ein Wert, der sich auf den Abgasrückführanteil bezieht, auf einen festgelegten Wert erhöht wurde, können trotzdem nachteilige Auswirkungen der langen Verzögerung beseitigt und ein Anstieg der Erzeugung von Qualm sowie ein Auftreten von Drehmomentrucken verhindert werden, indem die Schwankungen des durchschnittlichen Brennkammer-Luftkraftstoffverhältnisses gesteuert werden. Da darüber hinaus eine korrigierende Erhöhung der Kraftstoffeinspritzmenge nicht im Verlauf sondern nach Beendigung der Erhöhung eines Wertes, der sich auf einen Abgasrückführanteil bezieht, auf den festgelegten Wert vorgenommen wird, wird das Brennkammer-Luftkraftstoffverhältnis auf einen beabsichtigten Wert geändert, so dass die Sauerstoffkonzentration des Abgases in geeigneter Weise mit dem Effekt geändert wird, dass der NOx-Absorber wiederaufgefrischt wird, ohne dass Emissionspegel von NOx und anderen schädlichen Substanzen ansteigen.
Die Kraftstoffeinspritz-Steuereinrichtung kann die Kraftstoffeinspritzung in mehrere Teile zu einem Zeitpunkt in der Nähe eines oberen Todpunktes eines Kompressionshubs jedes der Zylinder unterteilen, wenn die Kraftstoffeinspritz-Korrektureinrichtung die Kraftstoffmenge erhöht. Die unterteilte Kraftstoffeinspritzung unterstützt die Kraftstoffzerstäubung und verbessert einen Mischzustand des Kraftstoffes, wobei nebenbei der Nutzungsgrad von Luft in der Brennkammer verbessert wird. Die Erzeugung von Qualm wird infolge der signifikant verbesserten Verbrennung eingeschränkt.
Die Abgas-Rückführsteuereinrichtung kann die Abgas-Reguliereinrichtung durch Rückmeldung derart steuern, dass ein Abgasrückführsollanteil erreicht wird, der gemäß einem Betriebszustand der Dieselmaschine festgelegt ist, und derart, dass, wenn der NOx-Absorber veranlasst wird, NOx freizugeben, der Wert, der sich auf einen Abgasrückführanteil bezieht, erhöht wird, indem der Abgasrückführsollanteil allmählich geändert wird, bevor eine korrigierende Erhöhung der Kraftstoffmenge vorgenommen wird.
Die obigen sowie weitere Ziele und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die bevorzugte Ausführungsform klar verständlich, wenn sie in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen betrachtet wird. In den Zeichnungen ist/sind:
1 eine schematische Darstellung, die den Gesamtaufbau eines Dieselmaschinen-Steuersystems der Erfindung zeigt;
2 eine Darstellung des Gesamtaufbaus eines Dieselmaschinen-Steuersystems gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
3A eine erläuternde Querschnittsansicht, die eine Turbine eines Turbosuperladers mit veränderbarer Geometrie zeigt, bei dem ein A/R-Verhältnis klein ist;
3B eine erläuternde Querschnittsansicht, die die Turbine des Turbosuperladers mit veränderbarer Geometrie zeigt, bei dem das A/R-Verhältnis groß ist;
4 eine Darstellung des Aufbaus eines Abgasrückführventils und seines zugehörigen Antriebssystems;
5 ein Zeitdiagramm, das Einspritzzeitpunkte darstellt, zu denen die Kraftstoffvoreinspritzung, die Primäreinspritzung bzw. die Kraftstoffnacheinspritzung stattfinden;
6A und 6B entsprechende Teile eines Flussdiagramms, das eine Sequenzroutine der Kraftstoffeinspritzsteuerung darstellt;
7 ein Kraftstoffeinspritzmengen-Steuerkennfeld mit Bezug auf den Gaspedalweg und eine Maschinendrehzahl, als beispielhafte Darstellung;
8 ein Flussdiagramm, das ein erstes Beispiel einer Sequenzroutine einer Abgasrückführsteuerung zeigt;
9 ein Abgasrückführanteil-Steuerkennfeld mit Bezug auf einen Gaspedalweg und eine Maschinendrehzahl, als beispielhafte Darstellung;
10 ein Steuerkennfeld der Frischluftsollmenge mit Bezug auf den Gaspedalweg und die Maschinendrehzahl als beispielhafte Darstellung;
11 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen einem zu hohen Luftanteil und der Qualmmenge darstellt;
12 ein Steuerkennfeld eines Abgasrückführ-Rückmeldewertes mit Bezug auf die Abweichung der Frischluftmenge als beispielhafte Darstellung;
13 ein Flussdiagramm, das eine Sequenzroutine der Steuerung eines Turbosuperladers mit veränderbarer Geometrie zeigt;
14 ein Düsenquerschnittflächen-Steuerkennfeld mit Bezug auf den Gaspedalweg und die Maschinendrehzahl als beispielhafte Darstellung;
15 ein Vergleichsdiagramm, das die Qualmmenge im Bezug auf einen zu hohen Luftanteil für die geteilte Kraftstoffeinspritzung und die pauschale Kraftstoffeinspritzung darstellt;
16 ein Diagramm, das die Änderung der Qualmmenge und eine spezielle Kraftstoffverbrauchsrate im Bezug auf den Kraftstoffnacheinspritz-Zeitpunkt zeigt;
17 ein Diagramm, das den Zusammenhang zwischen der Änderung der Qualmmenge und der speziellen Kraftstoffverbrauchsrate darstellt;
18 ein Zeitdiagramm, das eine Änderung der Düsenquerschnittsfläche des Turbosuperladers mit veränderbarer Geometrie, eine Änderung der Abgasrückführ-Ventilstellung, eine Änderung der Kraftstoffeinspritzmenge bzw. eine Änderung des durchschnittlichen Brennkammer-Luftkraftstoffverhältnisses während der Wiederauffrischung eines Katalysators bei der Abgas-Rückführsteuerung darstellt, die in 8 gezeigt ist;
19 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem durchschnittlichen Brennkammer-Luftkraftstoffverhältnis und dem NOx-Pegel im Abgas nach einem Katalysator zeigt;
20A und 20B entsprechende Teile eines Flussdiagramms, das ein zweites Beispiel einer Sequenzroutine der Abgas-Rückführsteuerung veranschaulicht;
21 ein Zeitdiagramm, das eine Änderung der Düsenquerschnittsfläche des Turbosuperladers mit veränderbarer Geometrie, eine Änderung der Abgasrückführ-Ventilstellung, eine Änderung der Kraftstoffeinspritzmenge bzw. eine Änderung des durchschnittlichen Brennkammer-Luftkraftstoffverhältnisses während der Wiederauffrischung eines Katalysators bei der Abgas-Rückführsteuerung darstellt, die in 30 gezeigt ist;
22 ein Zeitdiagramm, das Einspritzzeitpunkte zeigt, zu denen jeweils die geteilte Kraftstoffeinspritzung für die primäre Einspritzung vorgenommen wird;
23 ein Diagramm, das die Charakteristikkurve einer Änderung der Qualmmenge darstellt, wenn die primäre Kraftstoffeinspritzung in zwei und drei Teile unterteilt ist;
24 ein Diagramm, das eine Charakteristikkurve einer Änderung der Abgastemperatur zeigt, wenn die primäre Kraftstoffeinspritzung in zwei und drei Teile unterteilt ist; und
25 ein Diagramm, das eine Charakteristikkurve einer Änderung des Abgasdrucks darstellt, wenn die primäre Kraftstoffeinspritzung in zwei und drei Teile unterteilt ist.
Unter detaillierter Bezugnahme auf die Zeichnungen und insbesondere auf 2, die den Gesamtaufbau des Dieselmaschinen-Steuersystems 100 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt, ist mit einem Bezugszeichen 1 eine Mehrzylinder-Dieselmaschine gekennzeichnet, die in einem Fahrzeug angebracht ist. Die Dieselmaschine 1 hat mehrere Zylinder 2 (von denen lediglich einer in der Zeichnung dargestellt ist), in denen Kolben 3 gleitend aufgenommen sind. Eine Brennkammer 4 wird in jedem Zylinder 2 durch den Kolben 3 ausgebildet. Zudem befindet sich ein Kraftstoffeinspritzer (Kraftstoff-Einspritzventil) 5 in der Mitte einer Oberseite der Brennkammer 4, wobei dessen Düse der Brennkammer 4 zugewandt ist. Der Kraftstoffeinspritzer 5 wird zu vorbestimmten Zeitpunkten geöffnet und geschlossen, um Kraftstoff direkt in die Brennkammer 4 einzuspritzen. Jeder oben erwähnte Kraftstoffeinspritzer 5 ist mit einer gemeinsamen Leitung (Druckspeicherkammer) 6 verbunden, in der Hochdruckkraftstoff gesammelt wird. Die gemeinsame Leitung 6 ist mit einem Drucksensor 6a, der einen inneren Kraftstoffdruck als einen gemeinsamen Leitungsdruck erfasst, und einer Hochdruck-Zuführpumpe 8 ausgestattet, die von einer Kurbelwelle 7 der Dieselmaschine 1 angetrieben wird. Die Hochdruck-Zuführpumpe 8 reguliert den Kraftstoffdruck im Inneren der gemeinsamen Leitung 6, der vom Drucksensor 6a erfasst wird. Zudem ist ein Kurbelwinkelsensor 9, der die Gastalt eines elektromagnetischen Gebers annehmen kann, der nach dem Stand der Technik hinlänglich bekannt ist, angebracht, um einen Drehwinkel der Kurbelwelle 8 zu erfassen. Der Kurbelwinkelsensor 9 umfasst eine Platte mit Randvorsprüngen (nicht gezeigt) für die Erfassung, die am einen Ende der Kurbelwelle 7 angebracht ist, sowie einen elektromagnetischen Geber (nicht gezeigt), der in entsprechender Position zum Außenumfang der Platte angebracht ist. Der elektromagnetische Geber gibt ein Impulssignal in Erwiderung auf einen der Randvorsprünge aus, die in regelmäßigen Winkelintervallen angeordnet sind. Die Dieselmaschine 1 weist an einer von gegenüberliegenden Seiten (die linke Seite, wie es in der Zeichnung zu sehen ist) eine Ansaugleitung 10 auf, durch die Ansaugluft in die Brennkammer 4 der Maschine 1 über einen Luftfilter (nicht gezeigt) eingeleitet wird. Die Ansaugleitung 10 zweigt an einem stromabwärtigen Ende durch einen Belüftungstank (nicht gezeigt) ab und ist jeweils mit den Brennkammern 4 der Zylinder 2 durch Ansauganschlüsse verbunden. Ein Ladedrucksensor 10a erfasst einen Ladedruck im Inneren des Belüftungstanks, der den Zylindern 2 zugeführt wird. Die Ansaugleitung 10 ist weiterhin in der Reihenfolge vom stromaufwärtigen Ende zum stromabwärtigen Ende mit einem Heißfilm-Strömungssensor 11, der eine Ansaugfrischluftmenge erfasst, die in die Ansaugleitung 10 eingeleitet wird, einem Gebläse 12, das durch eine Turbine eines Turbosuperladers 25 (im folgenden aus Gründen der Einfachheit Turbolader genannt) angetrieben wird, um die Ansaugluft zu komprimieren, einem Ladeluftkühler 13, der die Ansaugluft kühlt, die durch dieses Gebläse 12 komprimiert wird, und einer Ansaugdrosselklappe 14 als Einrichtung ausgestattet, die die Ansaugfrischluftmenge reduziert, indem sie einen Querschnitt der Ansaugleitung 10 verringert. Die Ansaugdrosselklappe 14 ist von einem Typ, der ein Drosselventil enthält, das eine Einkerbung aufweist, so dass selbst dann Ansaugluft eintreten kann, wenn es vollständig geschlossen ist. Ähnlich einem Abgasrückführ-(EGR-)Ventil 24, das später beschrieben wird, wird die Ansaugdrosselklappe 14 angesteuert, um ihre Öffnung zu verändern, indem der Pegel eines Unterdrucks, der auf eine Membran 15 wirkt, durch ein elektromagnetisches Ventil 16 für die Unterdrucksteuerung gesteuert wird. Mit Bezugszeichen 20 ist eine Abgasleitung gekennzeichnet, in der Abgas aus der Brennkammer 4 jedes Zylinders 2 ausgegeben wird. Die Abgasleitung 20 zweigt am stromaufwärtigen Ende ab und ist mit den Brennkammern 4 der Zylinder 2 durch Abgasanschlüsse verbunden und in der Reihenfolge vom stromaufwärtigen Ende zum stromabwärtigen Ende mit einem linearen Sauerstoff-(O₂-)Sensor (im folgenden als linearer O₂-Sensor bezeichnet) 17, der die Sauerstoffkonzentration des Abgases erfasst, der Turbine 21, die durch eine Abgasströmung angetrieben wird, und einem Katalysator 22 ausgestattet, der die Emissionspegel von HC, CO und NOx sowie Partikel im Abgas absenkt, um dadurch das Abgas zu reinigen.
Der lineare O₂-Sensor 17 wird verwendet, um ein Luftkraftstoffverhältnis auf der Basis einer Sauerstoffkonzentration des Abgases zu erfassen, und hat eine Eigenschaft, dass sich eine Ausgabe proportional zu einem Luftkraftstoffverhältnis ändert, während die Sauerstoffkonzentration des Abgases beinahe null ist, mit anderen Worten, wenn sich ein Luftkraftstoffverhältnis innerhalb eines festgelegten Bereiches ändert, der ein stöchiometrisches Luftkraftstoffverhältnis beinhaltet. Der Katalysator 22 hat zwei Katalysatorschichten, die auf der Wandfläche mehrerer Poren oder Löcher eines Cordierit-Honigwabensubstrates (nicht gezeigt) ausgebildet sind, die in derselben Richtung wie die Richtung der Abgasströmung ausgerichtet sind, und hat die Eigenschaft, das er NOx im Abgas mit einer hohen Sauerstoffkonzentration, d. h. einem Abgas mit Sauerstoffüberschuss, absorbiert und das NOx freigibt, das in einem fetten Zustand absorbiert wurde, in dem das Abgas eine geringere Sauerstoffkonzentration als das Abgas mit Sauerstoffüberschuss hat, um so das Abgas zu reinigen. Das bedeutet, der Katalysator 22 ist von einem absorbierenden/reduzierenden Typ, der NOx absorbiert, wenn das Abgas eine hohe Sauerstoffkonzentration hat, d. h. wenn sich ein Brennkammer-Luftkraftstoffverhältnis auf einer mageren Seite befindet, und das NOx freigibt, wenn sich das Brennkammer-Luftkraftstoffverhältnis zu einem stöchiometrischen Luftkraftstoffverhältnis oder zu einer fetten Seite vom stöchiometrischen Luftkraftstoffverhältnis ändert, mit der Folge, dass die Sauerstoffkonzentration abgesenkt wird. Insbesondere ist der Katalysator 22 von einem Typ mit einer zweilagigen Beschichtung, enthaltend eine innere Katalysatorschicht, die Platin (Pt) und wenigstens ein Metall, das aus einer Gruppe gewählt ist, die alkalische Erdmetalle, wie etwa Barium (Ba), Alkalimetalle und seltene Erdmetalle beinhaltet, als NOx-Absorber enthält, der von Aluminiumoxid oder Zerdioxid getragen wird, und eine äußere Katalysatorschicht, die Edelmetalle, wie etwa Platin (Pt) enthält, das von Zeolith getragen wird. Der Katalysator 22 ist nicht auf die oben beschriebene Zusammensetzung beschränkt und kann verwendet werden, solange er anstelle von Barium wenigstens ein Metall enthält, das aus alkalischen Erdmetallen mit Ausnahme Bariums (Ba), alkalischen Metallen, wie etwa Natrium (Na) und seltenen Erdmetallen gewählt ist. In diesem Fall kann Zeolith als Trägermaterial der inneren Katalysatorschicht anstelle von Aluminiumoxid oder Zerdioxid verwendet werden. Der Katalysator 22 kann andernfalls eine einzige Katalysatorschicht enthalten, die ein Edelmetall, wie etwa Platin (Pt), Rhodium (Rh), Palladium (Pd), ein alkalisches Metall, wie etwa Kalium (K) oder ein alkalisches Erdmetall, wie etwa Barium (Ba) enthält, das durch Aluminiumoxid oder Zerdioxid getragen wird.
Unter Bezugnahme auf 3A und 3B ist der Turbolader 25 ein Turbolader mit veränderbarer Geometrie und beinhaltet die Turbine 21 sowie das Gebläse 12. Die Turbine 21 weist eine Anzahl veränderbarer Schaufeln 21b auf, die in einem Turbinengehäuse 21a derart angeordnet sind, dass sie den gesamten Umfang des Turbinengehäuses 21a umgeben. Diese veränderbaren Schaufeln 21b sind im Winkel veränderbar, um eine Düsenquerschnittsfläche (A) zu verändern, durch die ein Abgasstrom fliest. Bei diesem Turbolader 25 mit veränderbarer Geometrie, wie er in 3A gezeigt ist, werden die veränderbaren Schaufeln 21b in kleinen Winkeln relativ zur Umfangsrichtung der Turbine 21 angeordnet, so dass die Düsenquerschnittsfläche (A) verschmälert wird, was zu einer Erhöhung der Turboladerwirkung selbst in einem Bereich mit geringen Maschinendrehzahlen führt, bei denen eine Abgasströmung gering ist. Andererseits werden, wie in 3B gezeigt, die veränderbaren Schaufeln 21b derart zum Zentrum der Turbine 21 ausgerichtet, dass die Düsenquerschnittsfläche (A) mit dem Effekt verbreitert wird, dass die Wirkung des Turboladers erhöht und gleichzeitig ein Anstieg des Abgaswiderstandes selbst in einem Bereich hoher Maschinendrehzahlen erhöht wird, bei denen eine Abgasströmung hoch ist.
Die Abgasleitung 20 zweigt an der stromaufwärtigen Seite der Turbine 21 ab und ist mit einer Abgasrückführ-(EGR-)Leitung 23 verbunden, durch die Abgas teilweise in den Ansaugstrom rückgeführt wird. Die Abgasrückführleitung 23 ist an der stromabwärtigen Seite mit der Ansaugleitung 10 an einer weiter stromabwärtigen Seite relativ zur Ansaugdrosselklappe 14 verbunden. Die Abgasrückführleitung 23 ist an einem Punkt dicht am stromabwärtigen Ende mit dem Abgasrückführventil 24 verbunden, das durch einen Unterdruck betätigt wird, um dessen Öffnung derart einzustellen, dass Abgas von der Abgasleitung 20 teilweise in die Ansaugleitung 10 eintreten kann. Das Abgasrückführventil 24, wie es in 3 gezeigt ist, umfasst eine Ventilstange 24b, die mit einer Membran 24a verbunden ist, durch die ein Ventilgehäuse 24g in eine obere und untere Kammer 24e und 24f unterteilt ist, und einen Ventilkörper 24c, der einstellbar die Abgasrückführleitung 23 derart öffnet oder verschließt, dass eine Fläche, die das Abgas durchfliest, linear verändert wird. Das Abgasrückführventil 24 ist mit einem Hebesensor 26 versehen, der an einem Ende der Ventilstange 24b befestigt ist. Der Ventilkörper 24c wird durch eine Feder 24d in eine Verschlussrichtung (In 4 nach unten) gedrückt. Eine Unterdruckleitung 27 ist an eine Unterdruckpumpe (Druckquelle) 29 über ein elektromagnetisches Ventil 28 angeschlossen, das den Unterdruck steuert. Der Unterdruck in der Unterdruckkammer 24e, mit dem das Abgasrückführventil 24 angetrieben wird, wird durch Aktivieren des elektromagnetischen Ventils 28 mit einem Steuersignal (elektrischer Strom) von einer elektronischen Steuereinheit (ECU) 35 gesteuert, die später beschrieben wird, um die Unterdruckleitung 27 zu öffnen oder zu verschließen, wodurch die Abgasrückführleitung 23 in ihrer Öffnung durch den Ventilkörper 24c linear verändert wird. Ähnlich dem Abgasrückführventil 24 ist der Turbolader 25 mit einer Membran 30 in Verbindung mit den veränderbaren Schaufeln 21b der Turbine 21 ausgestattet, so dass die veränderbaren Schaufeln 21b in einem Winkel relativ zur Turbine 21 gesteuert werden, indem ein Unterdruck auf die Membran 30 durch ein elektromagnetisches Ventil 31 gesteuert wird, das den Unterdruck steuert. Wenngleich es in 3A und 3B nicht dargestellt ist, ist die Anordnung der Schaufeln 21b mit einer Membran ähnlich jener des Abgasrückführventils 24 verknüpft, die die Schaufelöffnungen gemäß einem Unterdruck reguliert, der auf sie durch ein elektromagnetisches Ventil 31 einwirkt.
Die elektronische Steuereinheit 35 empfängt Signale vom Drucksensor 6a, dem Kurbelwinkelsensor 9, dem Ladedrucksensor 10a, dem Luftströmungssensor 11, dem linearen O₂-Sensor 17, dem Hebesensor 26 des Abgasrückführventils 24 bzw. von einem Gaspedalwegsensor 32, der einen Weg eines Gaspedals (nicht gezeigt) erfasst, und erzeugt Steuersignale, durch die der Kraftstoffeinspritzer 5, die Hochdruck-Zuführpumpe 8, die Ansaugdrosselklappe 14, das Abgasrückführventil 24 und die veränderbaren Schaufeln 21b des Turboladers 25 betätigt werden. Während der Kraftstoffeinspritzer 5 gesteuert wird, um eine gesteuerte Kraftstoffmenge zu einem gesteuerten Zeitpunkt in Übereinstimmung mit Maschinenbetriebszuständen einzuspritzen, wird gleichzeitig die Steuerung des gemeinsamen Leitungsdrucks, d. h. des Kraftstoffeinspritzdrucks, durch die Hochdruck-Zuführpumpe 8 vorgenommen. Darüber hinaus werden die Steuerung der Ansaugluftmenge durch die Ansaugdrosselklappe 14, die Steuerung der Abgasrückführung durch das Abgasrückführventil 24 und die Steuerung der veränderbaren Schaufeln 21b des Turboladers ausgeführt. Insbesondere ist ein Kraftstoffeinspritz-Steuerkennfeld, das eine Kraftstoffbasismenge vorschreibt, die in geeigneter Weise in Übereinstim mung mit Änderungen des Maschinen-Sollabtriebsdrehmoments und der Maschinendrehzahl empirisch ermittelt wird, in einem Speicher elektronisch gespeichert. Normalerweise wird eine Kraftstoffbasismenge Qbase aus dem Kraftstoffeinspritz-Steuerkennfeld auf der Basis eines Maschinen-Sollabtriebsdrehmomentes, das in Übereinstimmung mit einem Ausgangssignal vom Gaspedalwegsensor 32 ermittelt wird, und einer Maschinendrehzahl ausgelesen, die in Übereinstimmung mit einem Ausgangssignal vom Kurbelwinkelsensor 9 ermittelt wird. Wie es in 5(A) gezeigt ist, erfolgt die Einspritzung der Kraftstoffbasiseinspritzmenge Qbase (die im folgenden primäre Kraftstoffeinspritzung genannt wird) grundlegend zu einem Zeitpunkt in der Nähe eines oberen Todpunktes (TDC) eines Kompressionshubs, infolgedessen die Maschine mit einem Brennkammer-Luftkraftstoffverhältnis auf einer mageren Seite arbeitet, das deutlich von einem stöchiometrischen Luftkraftstoffverhältnis entfernt ist. Wie es später beschrieben wird, wird in einem Zustand der übermäßigen Absorption, in dem davon ausgegangen wird, dass der Katalysator 22 eine Beeinträchtigung der Absorptionsleistung aufgrund der Tatsache verursacht, dass ein geschätzter Wert der NOx-Absorption des Katalysators 22 einen festgelegten Wert überschritten hat, die primäre Kraftstoffeinspritzung angewendet, um eine erhöhte Kraftstoffmenge einzuspritzen, um dadurch das Brennkammer-Luftkraftstoffverhältnis vorübergehend zu einem stöchiometrischen Luftkraftstoffverhältnis oder zu einem auf einer fetten Seite vom stöchiometrischen Luftkraftstoffverhältnis zuändern, wobei eine sekundäre Kraftstoffeinspritzung zusätzlich in einem Zeitraum vom Beginn eines Ansaughubs bis zu einem Mittelpunkt eines Ausdehnungshubs angewendet wird, wie es in 5B oder 5C gezeigt ist. Die Anwendung der primären Kraftstoffeinspritzung beschränkt einen Anstieg von Qualm im Abgas und bewirkt einen Anstieg der Sauerstoffkonzentration des Abgases und einen Anstieg der Reduktionsmittelkonzentration mit dem Effekt der Freigabe einer ausreichenden NOx-Menge aus dem Katalysator 22, um so das Abgas zu reinigen.
In 5 wird eine tatsächliche Aktivierungszeit, für die der Kraftstoffeinspritzer 5 geöffnet bleibt, auf der Basis der Kraftstoffmenge ermittelt, die eingespritzt werden soll, wobei ein gemeinsamer Leitungsdruck berücksichtigt wird, der durch den Drucksensor 6a erfasst wird.
6A und 6B sind jeweils Teile eines Flussdiagramms, das eine Sequenzroutine der Kraftstoffeinspritzsteuerung darstellt, die für jeden vorbestimmten Kurbelwinkel vor einem Ansaughub unabhängig je Zylinder 2 ausgeführt wird, jedoch in jedem vorbestimmten Zeitraum ausgeführt werden kann, während die Maschine 1 in einem normalen Maschinenbetriebsbereich arbeitet. Wenn die Sequenzlogik beginnt, schreitet die Steuerung zu einem Block bei Schritt S101 fort, bei dem unterschiedliche Steuerparameter gelesen werden, die durch Signale vom Drucksensor 6a, dem Kurbelwinkelsensor 9, dem Ladedrucksensor 10a, dem Luftströmungssensor 11, dem linearen O₂-Sensor 17, dem Hebesensor 26 und dem Gaspedalwegsensor 32 repräsentiert sind. Anschließend werden in Schritt S102 eine Kraftstoffbasismenge Qbase und ein Kraftstoff-Basiseinspritzzeitpunkt im Bezug auf ein Sollabtriebsdrehmoment der Maschine bestimmt, das aus dem Gaspedalweg und einer Maschinendrehzahl ermittelt wird, die aus dem Kurbelwinkel unter Bezugnahme auf ein Kraftstoffeinspritz-Steuerkennfeld bzw. ein Kraftstoffeinspritzzeitpunkt-Steuerkennfeld bestimmt wird. Bei diesem Beispiel das Kraftstoffeinspritz-Steuerkennfeld, in dem eine optimale Kraftstoffmenge Q als eine Kraftstoffbasismenge Qbase gemäß einer Änderung des Gaspedalweges und der Maschinendrehzahl empirisch definiert ist, wie es in 7 gezeigt ist. In diesem Kennfeld ist die Kraftstoffbasismenge Qbase derart definiert, dass sie mit einer Vergrößerung des Gaspedalweges und einer Zunahme der Maschinendrehzahl größer wird. Nach einer Schätzung eines Pegels der NOx-Absorption des Katalysators 22, die bei Schritt S103 vorgenommen wird, erfolgt in Schritt S104 eine Entscheidung, ob der Pegel der NOx-Absorption des NOx-Absorbers des Katalysators 22 einen bestimmten Pegel erreicht hat oder nicht. Wenn der Pegel der NOx-Absorption weiterhin unter dem festgelegten Pegel liegt, erfolgt anschließend in Schritt S112 eine weitere Entscheidung, ob sich die Maschine 1 in einem Beschleunigungs-Betriebszustand befindet oder nicht. Wenn andererseits der Pegel der NOx-Absorption den festgelegten Pegel erreicht oder überschritten hat, oder wenn sich die Maschine 1 in einem Beschleunigungs-Betriebszustand befindet, wird ein Wiederauffrischkennzeichen F1 in Schritt S105 auf einen Zustand "1" eingestellt. Die Schätzung eines Pegels der NOx-Absorption kann auf der Basis eines integrierten Wertes einer Gesamtfahrleistung des Fahrzeugs und einer Gesamtkraftstoffmenge, die für die Gesamtfahrleistung verbraucht wird, nach der Korrektur gemäß einem Maschinenbetriebszustand erfolgen. Andernfalls könnte es zulässig sein, ihn zu jedem festgelegten Zeitpunkt des Maschinenbetriebs (wie etwa zwei oder drei Minuten) zu schätzen, zu dem der Pegel der NOx-Absorption den festgelegten Pegel erreicht hat. Das Wiederauffrischkennzeichen F1, das auf den Zustand "1" eingestellt ist, zeigt an, dass man sich innerhalb eines Zeitraums zum Widerauffrischen des Katalysators 22 befindet, indem ein Brennkammer-Luftkraftstoffverhältnis derart gesteuert wird, dass es einen fetten Zustand im Bereich des stöchiometrischen Luftkraftstoffverhältnisses erreicht, so dass der Katalysator NOx freigibt. Anschließend wird in Schritt S106 eine Entscheidung getroffen, ob ein Abgasrückführ-(EGR-)Kennzeichen Fe auf einen Zustand "1" eingestellt ist oder nicht. Wie es später erläutert wird, kennzeichnet das EGR-Kennzeichen Fe, ob sich der Zustand der Abgasrückführung mit der Fortführung des Öffnungsbetriebs des EGR-Ventils 24 während der Abgasrückführsteuerung ändert, oder ob die Abgasrückführung einen stabilen Zustand nach Beendigung des Öffnungsbetriebs des EGR-Ventils 24 erreicht hat. Ist das EGR-Kennzeichen Fe gesetzt (Fe = 1), wodurch angezeigt ist, dass sich die Abgasrückführung in einem stabilen Zustand befindet, wird in Schritt S107 eine Berechnung durchgeführt, um eine korrigierende Erhöhung der Kraftstoffeinspritzmenge zu ermitteln, mit der die Kraftstoffbasismenge Qbase derart verändert wird, dass das Brennkammer-Luftkraftstoffverhältnis auf einen Wert in der Nähe des stöchiometrischen Luftkraftstoffgemisches in stabilem Zustand gebracht wird. Die korrigierende Erhöhung der Kraftstoffeinspritzmenge wird auf der Basis einer Kraftstoffmenge ermittelt, die ein etwa stöchiometrisches Luftkraftstoffverhältnis für die Ansaugluftmenge liefert, die durch ein Signal vom Luftströmungssensor 11 dargestellt ist. Nach der Änderung einer Zeitgeberzählgröße T1, die einen Fortschritt der Widerauffrischzeit kennzeichnet, um eins in Schritt S108, wird in Schritt S108 eine Entscheidung getroffen, ob die Zeitgeberzählgröße T1 eine festgelegte Zeitgeberzählgröße T10 erreicht hat oder nicht. Diese festgelegte Zeitgeberzählgröße T10 entspricht einer Zeit, die erforderlich ist, um NOx, das vom NOx-Absorber absorbiert wurde, im wesentlichen vollständig freizugeben, wenn das Brennkammer-Luftkraftstoffverhältnis so gesteuert wird, dass es einen Wert in der Nähe des stöchiometrischen Luftkraftstoffverhältnisses erreicht. Die festgelegte Zeitgeberzählgröße T10 kann in Übereinstimmung mit Maschinenbetriebszuständen korrigiert werden, wie etwa einer Zeit, für die die Maschine 1 fortwährend mit einem mageren Kraftstoffgemisch betrieben wird und/oder einer Maschinenbelastung, mit dem die Maschine 1 in der Magerbetriebszeit arbeitet.
Wenn die Zeitgeberzählgröße T1 die festgelegte Zeitgeberzählgröße T10 in Schritt S109 noch nicht erreicht hat, mit anderen Worten, wenn man sich weiterhin im Wiederauffrischzeitraum befindet, wird eine Kraftstoffmenge Qt ermittelt, indem die korrigierende Erhöhung einer Kraftstoffeinspritzmenge Qr zur Kraftstoffbasismenge Qbase in Schritt S110 addiert wird. Anschließend wird die Kraftstoffmenge Qt in zwei Teile geteilt, in eine Kraftstoffmenge für die primäre Kraftstoffeinspritzung (eine Menge der primären Kraftstoffeinspritzung) Qr1 und eine Kraftstoffmenge für die sekundäre Kraftstoffeinspritzung (eine Menge der sekundären Kraftstoffeinspritzung) Qr2 worauf die Zeitpunkte TQr1 sowie TQr2 für die primäre und die sekundäre Kraftstoffeinspritzung in Schritt S111 ermittelt werden. Der primäre und der sekundäre Kraftstoffeinspritzzeitpunkt sind im besonderen in 5A bis 5C beispielhaft dargestellt. Der Zeitpunkt TQr1, zu dem sich der Kraftstoffeinspritzer 5 öffnet, um die primäre Kraftstoffeinspritzung auszuführen, wird von einem Standardzeitpunkt, der auf 5° CA vor einem oberen Todpunkt (BTDC 5° CA) eingestellt ist, weiter vorgezogen, wenn sich die Menge der primären Kraftstoffeinspritzung Qr1 vergrößert, und wird im Gegensatz dazu vom Standardzeitpunkt weiter verzögert, wenn die Menge der primären Kraftstoffeinspritzung Qr1 kleiner wird. Weiterhin wird der Zeitpunkt TQr2, zu dem sich der Kraftstoffeinspritzer 5 öffnet, um die sekundäre Kraftstoffeinspritzung auszuführen, entweder innerhalb eines Kraftstoffvoreinspritz-Zeitraums, der sich zwischen dem Beginn eines Ansaughubs und einem Zeitmittelpunkt eines Kompressionshubs (wie etwa zwischen BTDC 350° CA und BTDC 90° CA) befindet, wie in 5B gezeigt, oder innerhalb eines Kraftstoffnacheinspritz-Zeitraums eingestellt, der sich zwischen einem Ende des primären Kraftstoffeinspritzzeitraums und einem Zeitmittelpunkt eines Aus dehnungshubs (wie etwa zwischen ATDC 15° CA und ATDC 25° CA oder zwischen ATDC 10° CA und ATDC 25° CA, sofern gewünscht) befindet, wie es in 5C gezeigt ist, wobei er mit einem Anstieg der Maschinenbelastung weiter vorgezogen und im Gegensatz dazu mit einer Abnahme der Maschinenbelastung verzögert wird. Mit anderen Worten nimmt die sekundäre Kraftstoffeinspritzung, ähnlich wie die frühe geteilte Kraftstoffeinspritzung, die Gestalt einer Kraftstoffvoreinspritzung an, die früher bewirkt wird als die primäre Kraftstoffeinspritzung, während die Maschine 1 im Maschinenbetriebsbereich mit höheren Maschinenbelastungen arbeitet, und nimmt andererseits die Gestalt einer Kraftstoffnacheinspritzung an, die nach der primären Kraftstoffeinspritzung bewirkt wird, während sich die Maschine 1 im Maschinenbetriebsbereich geringerer Maschinenbelastungen befindet. Darüber hinaus wird ein Verhältnis der Menge der sekundären Kraftstoffeinspritzung Qr2 relativ zur Menge der primären Kraftstoffeinspritzung Qr1 (das als Sekundär-zu-Primär-Kraftstoffeinspritzverhältnis bezeichnet wird) im voraus unter Bezugnahme auf die Maschinenbelastung und die Maschinendrehzahl empirisch ermittelt und in Gestalt eines Kennfeldes gespeichert. Nimmt die sekundäre Kraftstoffeinspritzung die Gestalt der Kraftstoffvoreinspritzung an, so befindet sich das Sekundär-zu-Primär-Kraftstoffeinspritzverhältnis in einem Bereich zwischen 8% und 23% und wird mit einem Anstieg der Maschinenbelastung in diesem Bereich in höherem Maße geändert. Wenn andererseits die sekundäre Kraftstoffeinspritzung die Gestalt einer Kraftstoffnacheinspritzung annimmt, befindet sich das Sekundär-zu-Primär-Kraftstoffeinspritzverhältnis in einem Bereich zwischen 30% und 50% und wird mit einem Anstieg der Maschinenbelastung in diesem Bereich in geringerem Maße geändert. Wenn der Pegel der NOx-Absorption des NOx-Absorbers den festgelegten Pegel erreicht und davon ausgegangen wird, dass das NOx-Absorptionsvermögen des Katalysators 22 demzufolge abnimmt, wird somit eine Korrektur vorgenommen, um die Kraftstoffmenge Q derart zu erhöhen, dass ein beinahe stöchiometrisches Luftkraftstoffverhältnis erreicht wird, wodurch der NOx-Absorber wiederaufgefrischt wird. Gleichzeitig wird die Kraftstoffmenge in zwei Teile geteilt – eine Menge der primären Kraftstoffeinspritzung Qr1 und eine Menge der sekundären Kraftstoffeinspritzung Qr2, mit dem Ergebnis, dass die Qualmerzeugung eingeschränkt wird. Die Frequenz der Kraftstoffeinspritzung ist nicht auf zwei Zeitpunkte beschränkt, wobei die primäre Kraftstoffeinspritzung weiter in mehrere Einspritzungen unterteilt werden kann. Weiterhin kann die Kraftstoffvoreinspritzung unmittelbar vor der Ausführung der primären Kraftstoffeinspritzung erfolgen.
Nach der Ermittlung der Mengen der primären und der sekundären Kraftstoffeinspritzung Qr1 und Qr2 und der Zeitpunkte TQr1 und TQr2 für die primäre und die sekundäre Kraftstoffeinspritzung in Schritt S111, erfolgt eine Entscheidung in Schritt S116 von 6B ob die Durchführung einer Kraftstoffvoreinspritzung erwartet wird oder nicht. Wenn der Zeitpunkt der sekundären Kraftstoffeinspritzung TQr2 in Schritt S109 innerhalb des Zeitraums der Kraftstoffvoreinspritzung eingestellt wird, kennzeichnet dies, dass die Ausführung der Kraftstoffvoreinspritzung erwartet wird, worauf in Schritt S117 eine weitere Entscheidung getroffen wird, ob sie den Zeitpunkt der Kraftstoffvoreinspritzung erreicht hat oder nicht. Diese Entscheidung wird auf der Basis eines Kurbelwinkelsignals getroffen. Nachdem in Schritt S117 gewartet wurde, bis der Zeitpunkt der Kraftstoffvoreinspritzung erreicht wird, wird die Kraftstoffvoreinspritzung in Schritt S118 ausgeführt.
Wenn andererseits infolge der Entscheidung, die bei Schritt S112 getroffen wurde, bei der das EGR-Kennzeichen Fe in Schritt S106 nicht gesetzt wurde (Fe = 0), ermittelt wird, dass sich die Maschine 1 nicht im Beschleunigungsbetriebszustand befindet, zeigt dies an, dass sich die Abgasrückführung nicht in einem stabilen Zustand befindet, oder wenn ermittelt wird, dass die Zeitgeberzählgröße T1 die festgelegte Zeitgeberzählgröße T10 in Schritt S109 erreicht hat, nachdem das Wiederauffrischkennzeichen F1 in Schritt S113 auf einen Zustand "0" und die Zeitgeberzählgröße T1 in Schritt S114 auf Null rückgesetzt wurden, wird die Kraftstoffbasismenge Qbase als Menge der primären Kraftstoffeinspritzung Qr1 in Schritt S115 verwendet.
Wenn sich, wie es oben beschrieben wurde, der Katalysator 22 auf einem niedrigeren Pegel der NOx-Absorption als dem vorgeschriebenen Pegel befindet, wird die Kraftstoffmenge nicht erhöht, sofern sich die Maschine nicht im Beschleunigungsbetriebszustand befindet. Demzufolge wird auf herkömmliche Weise die primäre Kraftstoffeinspritzung verwendet, so dass die Maschine 1 mit einem durchschnittlichen Brennkammer-Luftkraftstoffverhältnis auf der mageren Seite des stöchiometrischen Luftkraftstoffverhältnis arbeitet. Andererseits wird die Kraftstoffmenge ohne Rücksicht auf den Pegel der NOx-Absorption des Katalysators 22 erhöht, wenn sich die Maschine im Beschleunigungsbetriebszustand befindet, so dass der Katalysator 22 mit einer erhöhten Frequenz wiederaufgefrischt wird, mit der Wirkung, dass eine höhere NOx-Absorptionsleistung bleibt. Darüber hinaus kann die Kraftstoffmenge während des Übergangs zu einem Beschleunigungsbetrieb erhöht werden, ohne dass das Fahrgefühl beeinträchtigt wird, da erwartet wird, dass eine Änderung der Maschinenleistung die Zunahme der Kraftstoffmenge begleitet.
Wenn in Schritt S116 nicht erwartet wird, die Kraftstoffvoreinspritzung auszuführen, sofern die Kraftstoffvoreinspritzung in Schritt 118 ausgeführt wurde, oder nach Verwendung der Kraftstoffbasiseinspritzmenge Qbase als Menge der primären Kraftstoffeinspritzung Qr1 bei Schritt S113, für den Fall, dass in Schritt S112 ermittelt wird, dass sich die Maschine 1 nicht in einem Beschleunigungsbetriebszustand befindet, vorausgesetzt das EGR-Kennzeichen Fe wurde in Schritt S106 nicht gesetzt (Fe = 0), oder in dem Fall, in dem in Schritt S109 ermittelt wird, dass die Zeitgeberzählgröße T1 die festgelegte Zeitgeberzählgröße T10 erreicht hat, wird in Schritt S119 anschließend eine weitere Ent scheidung getroffen, ob es der Zeitpunkt der primären Kraftstoffeinspritzung ist oder nicht. Nachdem in Schritt S119 gewartet wurde, bis der Zeitpunkt der primären Kraftstoffeinspritzung gekommen ist, wird die primäre Kraftstoffeinspritzung in Schritt S120 ausgeführt. Anschließend wird in Schritt S121 eine Entscheidung getroffen, ob es erwartet wird, eine Kraftstoffnacheinspritzung auszuführen oder nicht. Wenn die Ausführung einer Kraftstoffnacheinspritzung erwartet wird, dann wird in Schritt 122 eine weitere Entscheidung getroffen, ob der Zeitpunkt der Kraftstoffnacheinspritzung erreicht wurde oder nicht. Nachdem in Schritt S122 gewartet wurde, bis der Zeitpunkt der primären Kraftstoffeinspritzung erreicht ist, wird in Schritt S123 die Kraftstoffnacheinspritzung ausgeführt. Nach Ausführen der Kraftstoffnacheinspritzung in Schritt S123, oder wenn die Ausführung der Kraftstoffnacheinspritzung in Schritt S121 nicht erwartet wird, befiehlt der letzte Schritt eine Rückkehr zu einem weiteren Zyklus der Kraftstoffeinspritzsteuerroutine.
Die Sequenzroutine der Kraftstoffeinspritzsteuerung die durch das Flussdiagramm in 6A und 6B dargestellt ist und für die Kraftstoffeinspritz-Steuereinrichtung 35a der elektronischen Steuereinheit (ECU) 35 (siehe 1) programmiert ist, bewirkt, dass der Kraftstoffeinspritzer 5 Kraftstoff in zwei Teilen durch die primäre Kraftstoffeinspritzung zu einem Zeitpunkt in der Nähe eines oberen Todpunktes eines Kompressionshubes und die Kraftstoffvoreinspritzung in einem Zeitraum von einem Ansaughub bis zu einem Kompressionshub oder die Kraftstoffnacheinspritzung bei ADTC 15 bis 25° CA einspritzt, wenn eine Erhöhung der Kraftstoffmenge verursacht wird. Im einzelnen erhöht die Anwendung der Kraftstoffnacheinspritzung die Temperatur und den Druck des Abgases mit der Wirkung, dass ein Ladedruck durch den Turbolader 25 rapide ansteigt. Die Schritte S110 und S111 der Sequenzroutine der Kraftstoffeinspritzsteuerung bilden eine Kraftstoffmengen-Korrektureinrichtung 35b (siehe 1), die einen quantitativen Anstieg des Kraftstoffes erzeugt, um so die Sauerstoffkonzentration des Abgases zu verringern, um NOx aus dem Katalysator 22 freizugeben. Die Kraftstoffmengen-Korrektureinrichtung 35b führt praktisch die quantitative Erhöhung des Kraftstoffes aus, nachdem die Abgasmenge, die in einen Ansaugluftstrom eingeleitet wird, erhöht wurde und die Abgasrückführung stabil geworden ist.
8 ist ein Flussdiagramm, das eine Sequenzroutine der Abgasrückführsteuerung durch die elektronische Steuereinheit (ECU) 35 zeigt, die periodisch wiederholt wird. Wenn die Sequenzlogik beginnt, nachdem in Schritt S201 Signale gelesen wurden, die für unterschiedliche Steuerparameter kennzeichnend sind, wie etwa wenigstens ein Kurbelwinkel, eine Luftströmungsrate und ein Gaspedalweg, wird der Abgasrückführbasisanteil EGRb aus einem Abgasrückführ-Steuerkennfeld in Übereinstimmung mit dem Gaspedalweg und einer Maschinendrehzahl, die über den Kurbelwinkel ermittelt wird, in Schritt S202 gelesen. Das Abgasrückführ-Steuerkennfeld, wie es beispielhaft in 9 darge stellt ist, definiert geeignete Abgasrückführanteile, die im Bezug auf den Gaspedalweg und die Maschinendrehzahl empirisch ermittelt und im Speicher der elektronischen Steuereinheit 35 elektronisch gespeichert wurden. Der Abgasrückführbasisanteil EGRb ist so definiert, dass er mit einer Abnahme des Gaspedalweges und/oder einer Maschinendrehzahl im wesentlichen größer wird. Anschließend wird in Schritt S203 eine Ansaugfrischluft-Sollmenge q aus einem Ansaugluft-Steuerkennfeld in Übereinstimmung mit dem Gaspedalweg und der Maschinendrehzahl gelesen. Die Ansaugfrischluftmenge bezieht sich auf die Luftmenge, die in die Brennkammer 4, ausschließlich der Abgasrückführmenge und durchblasendem Gas eingeleitet wird, und wird durch den Luftströmungssensor 11 erfasst. Das Ansaugluft-Steuerkennfeld, wie es beispielhaft in 10 dargestellt ist, definiert geeignete Ansaugluftmengen, die im Bezug auf den Gaspedalweg und die Maschinendrehzahl empirisch ermittelt und im Speicher der elektronischen Steuereinheit 35 elektronisch gespeichert wurden. Die Ansaugluftmenge q ist derart definiert, dass sie mit einer Zunahme des Gaspedalweges und/oder einem Anstieg der Maschinendrehzahl größer wird. Wenngleich zudem bei einer Dieselmaschine mit Direkteinspritzung die Erzeugung von NOx im wesentlichen wirkungsvoller beschränkt werden kann, wenn das Brennkammer-Luftkraftstoffverhältnis hin zur fetten Seite geändert wird, indem der Abgasrückführanteil erhöht wird, nimmt andererseits, wie es beispielhaft in 11 gezeigt ist, die Qualmmenge stark zu, wenn das Brennkammer-Luftkraftstoffverhältnis zu klein wird. Daher sind der Abgasrückführbasisanteil EGRb und die Ansaugluftsollmenge q, die bei Schritt S202 bzw. S203 ermittelt werden, derart eingestellt, dass das Brennkammer-Luftkraftstoffverhältnis innerhalb eines Bereiches, in dem kein starker Anstieg der Qualmmenge auftritt, so klein wie möglich ist.
Anschließend wird in Schritt S204 eine Entscheidung getroffen, ob das Wiederauffrischkennzeichen F1, das während der Kraftstoffeinspritzsteuerung eingestellt wird, gesetzt ist oder nicht. Ist das Wiederauffrischkennzeichen F1 nicht gesetzt (F1 = 0), zeigt dies an, dass man sich nicht im Wiederauffrischzeitraum befindet, worauf die Sequenzlogik zu einer weiteren Entscheidung bei Schritt S213 fortschreitet. Wenn andererseits das Wiederauffrischkennzeichen F1 gesetzt ist (F1 = 1), zeigt dies an, das man sich im Wiederauffrischzeitraum befindet, worauf die Sequenzlogik zu einer weiteren Entscheidung bei Schritt S205 fortschreitet, ob ein Turboladekennzeichen Fv in einen Zustand "1" gesetzt ist. Das Turboladekennzeichen Fv zeigt an, dass sich ein Ladedruck, der vom Turbolader 25 erzeugt wird, in einem festgelegten Bereich in der Nähe eines Sollpegels befindet, wenn es gesetzt ist (Fv = 1). Ist das Turboladekennzeichen Fv nicht gesetzt (Fv = 0), zeigt dies an, dass der Ladedruck weiterhin geringer ist als der festgelegte Bereich von Pegeln, worauf die Sequenzlogik direkt zu einem Block bei Schritt 210 fortschreitet, bei dem ein Rückmeldekorrekturwert des Abgasrückführanteils EGRf/b ermittelt wird. Ist andererseits das Turboladekennzeichen Fv gesetzt (Fv = 1), zeigt dies an, dass der Lade druck ausreichend hoch ist, worauf der Abgasrückführbasisanteil EGRb und die Ansaugluftsollmenge q derart korrigiert werden, dass eine Verschiebung des durchschnittlichen Brennkammer-Luftkraftstoffverhältnisses hin zu einer fetten Seite durch die Schritte S206 und S209 bewirkt wird. Insbesondere wird nach der Ermittlung eines ersten Korrekturwertes der Ansaugluft qm1, durch den die Ansaugfrischluft-Sollmenge q derart verringert wird, dass das durchschnittliche Brennkammer-Luftkraftstoffverhältnis nicht in einen festgelegten Bereich für eine vorhandene Kraftstoffeinspritzmenge eintritt, und eines ersten Korrekturwertes des Abgasrückführanteils EGRm1, entsprechend dem ersten Korrekturwert der Ansaugluft qm1, bei Schritt S206 der erste Korrekturwert des Abgasrückführanteils EGRm1 zum Abgasrückführbasisanteil EGRb addiert, der bei Schritt S202 für die Korrektur ermittelt wurde, und der erste Korrekturwert der Ansaugluft qm1 von der Ansaugfrischluft-Sollmenge q subtrahiert, die bei Schritt S203 für die Korrektur ermittelt wurde.
Das heißt, obwohl der NOx-Absorber absorbiertes NOx freigibt, bereitet es dadurch, wenn die Sauerstoffkonzentration des Abgases geringer ist als 2%, dennoch Schwierigkeiten, das freigesetzte NOx ausreichend zu reduzieren, bis die Sauerstoffkonzentration des Abgases weiter als beispielsweise 1% abfällt, um so vorübergehend eine starke Emission von NOx in die Atmosphäre zuzulassen, wie es in 11 gezeigt ist. Aus diesem Grund ist es mit der Abgasrückführsteuerung beabsichtigt, eine starke Emission von NOx in die Atmosphäre zu verhindern, indem ein durchschnittliches Brennkammer-Luftkraftstoffverhältnis derart gesteuert wird, dass es außerhalb des festgelegten Bereiches bleibt, mit anderen Worten, indem eine Sauerstoffkonzentration des Abgases derart gesteuert wird, dass sie bei weniger als 2% bleibt, wenn die Ansaugfrischluftmenge durch Erhöhen eines Abgasrückführanteils EGR verringert wird. Das heißt, der Abgasrückführanteil EGR wird derart gesteuert, dass er einen spezifischen Wert erreicht, mit dem eine Sauerstoffkonzentration des Abgases von etwa 2% erreicht wird.
Anschließend wird in Schritt S207 eine Entscheidung getroffen, ob eine festgelegte Zeit seit der Entscheidung über das Turboladekennzeichen Fv vergangen ist oder nicht, das in Schritt S205 gesetzt wird. Ist die festgelegte Zeit nicht vergangen, zeigt dies an, dass eine Zeitdauer von der Öffnung des Abgasrückführventils 24 bei Schritt 212, das später beschrieben wird, weiterhin kurz ist, d. h. dass das Abgasrückführventil 24 weiterhin in Betrieb ist, oder dass ein Strom des rückgeführten Abgases in der Brennkammer 4 weiterhin instabil ist, obwohl die Öffnung des Abgasrückführveneils 24 abgeschlossen ist, worauf die Sequenzlogik zu Schritt S210 fortschreitet. Wenn andererseits die festgelegte Zeit nicht vergangen ist, zeigt dies an, dass die Öffnung des Abgasrückführventils 24 abgeschlossen ist, und dass der Strom des rückgeführten Abgases in der Brennkammer 4 stabil ist, worauf das EGR-Kennzeichen Fe (Fe = 1) in Schritt S208 gesetzt wird. In diesem Fall wird unter Berücksichtigung einer Betriebsverzögerung des Abgasrückführventils 24 und einer Verzögerung eines Abgases, das rückge führt wird, das EGR-Kennzeichen Fe rückgesetzt, um eine Ausführung der Einspritzung der korrigierten Kraftstoffmenge während des Betriebs des EGR-Ventils 25 und in einem instabilen Zeitraum zu beschränken, in dem der Strom des rückgeführten Abgases in der Brennkammer 4 überschwingt. Die Entscheidung über die Zeitdauer, in Schritt S207 getroffen wird, kann aus der Entscheidung über das Wiederauffrischkennzeichen F1, das in Schritt S204 gesetzt wird, oder auf der Basis einer Ventilanhebung des Abgasrückführventils 24 erfolgen, die durch ein Signal vom Hebesensor 26 angezeigt ist. Andernfalls kann es anstelle der Entscheidung über die Zeitdauer zulässig sein, das Erreichen eines durchschnittlichen Brennkammer-Soll-Luftkraftstoffverhältnisses zu erfassen, das auf der Basis eines Signals vom linearen O₂-Sensor ermittelt werden kann.
Anschließend werden bei Schritt S209 der Abgasrückführbasisanteil EGRb und die Ansaugluftsollmenge q, die beide in Schritt S206 korrigiert wurden, weiter derart korrigiert, dass das durchschnittliche Brennkammer-Luftkraftstoffverhältnis auf einen Wert in der Nähe des stöchiometrischen Luftkraftstoffverhältnisses auf der fetten Seite geändert wird. In derselben Weise wie bei Schritt S206 werden nach Ermittlung eines zweiten Korrekturwertes der Ansaugluft qm2, durch den die Ansaugfrischluft-Sollmenge q verringert wird, und eines zweiten Korrekturwertes des Abgasrückführanteils EGRm2, entsprechend dem zweiten Korrekturwert der Ansaugluft qm1 in derselben Weise wie in Schritt S206, ein Abgasrückführbasisanteil EGRb und eine Ansaugfrischluft-Sollmenge q ermittelt. In diesem Fall kann der Abgasrückführbasisanteil EGRb nach der Korrektur weiter korrigiert werden, um so das Auftreten einer Flamme infolge einer überschüssigen Abgasrückführung zu vermeiden.
Nach der Korrektur des Abgasrückführbasisanteils EGRb und der Luftsollmenge q, wird bei Schritt S210 ein Rückmeldekorrekturwert des Abgasrückführanteils EGRf/b, der bei der Abgasrückführ-Rückmeldesteuerung verwendet wird, aus einem Abgasrückführ-Steuerkennfeld, wie es in 12 beispielhaft gezeigt ist, in Übereinstimmung mit einer Abweichung der Ansaugfrischluftmenge von der korrigierten Ansaugluftsollmenge q bei Schritt S209 bestimmt, wie sie durch den Luftströmungssensor 11 ermittelt wird. Das Abgasrückführ-Steuerkennfeld definiert die Abgasrückführanteil-Korrekturwerte EGRf/b, die im Bezug auf die Abweichungen zwischen der Ansaugfrischluftmenge und der Ansaufluft-Sollmenge empirisch ermittelt und im Speicher der elektronischen Steuereinheit 35 elektronisch gespeichert wurden. Der Abgasrückführanteil-Korrekturwert EGRf/b ist derart definiert, dass er mit einer Zunahme der Abweichung zwischen der Ansaugfrischluftmenge und der Ansaugluftsollmenge geringer wird, wenn die Ansaugfrischluftmenge größer ist als die Ansaugluftsollmenge, oder dass er mit einer Zunahme der Abweichung zwischen der Ansaugfrischluftmenge und der Ansaugluftsollmenge größer wird, wenn die Ansaugfrischluftmenge geringer ist als die Ansaugluftsollmenge. Es gibt jedoch einen Todpunkt an einem Abschnitt, wo die Ansaugluftsollmenge dicht an der tatsächlichen Ansaugfrischluft menge liegt. Bei Schritt 211 wird ein Abgasrückführsollanteil EGRt ermittelt, indem der Abgasrückführanteil-Korrekturwert EGRf/b zum Abgasrückführbasisanteil EGRb addiert wird. Anschließend wird ein Steuersignal ausgegeben, um bei Schritt S212 das elektromagnetische Ventil 28 auszulösen, um so den Unterdruck zu steuern, wodurch das Abgasrückführventil 24 gemäß dem Abgasrückführsollanteil EGRf angesteuert wird. Anschließend befiehlt der letzte Schritt eine Rückkehr zu einer weiteren Ausführung der Abgasrückführ-Steuerroutine. Bei der Abgasrückführsteuerung muss die Rückmeldungssteuerung der Schritte S210 und S211 nicht immer ausgeführt werden.
Kurz gesagt wird bei der Abgasrückführsteuerung, wenn der Katalysator 22 wiederaufgefrischt wird, der Abgasrückführanteil zunächst auf einen Wert erhöht, der ausreichend groß ist, um die Sauerstoffkonzentration des Abgases auf etwa 2% abzusenken, indem die Ansaugfrischluftmenge reduziert wird. Zu diesem Zeitpunkt wird das Erhöhen der Kraftstoffmenge ausgesetzt, bis sich das Überschwingen des Abgasrückführventils 24 gelegt hat, mit dem Ergebnis, dass der Strom des rückgeführten Abgases in die Brennkammer 4 in einen stabilen Zustand gebracht wird. Wenn das Abgasrückführventil 24 seinen Betrieb abgeschlossen hat und stabil wird, wird das EGR-Kennzeichen gesetzt (Fe = 1), um die Kraftstoffmenge ordnungsgemäß zu erhöhen, und das Abgasrückführventil 24 angesteuert, um sich zu öffnen, um so einen Anstieg des Abgasrückführanteils zu bewirken, wodurch das durchschnittliche Brennkammer-Luftkraftstoffverhältnis auf einen Wert in der Nähe der oder auf der fetteren Seite des stöchiometrischen Luftkraftstoffverhältnisses geändert wird, mit dem Ergebnis, dass die Sauerstoffkonzentration des Abgases ausreichend abgesenkt wird, um eine wirkungsvolle Wiederauffrischung des Katalysators 22 zu unterstützen. Mit anderen Worten wird die Ansaugfrischluftmenge verringert, indem der Abgasrückführanteil erhöht wird, und nach dem Erreichen der Stabilisierung einer Änderung Ansaugfrischluftmenge wird die Kraftstoffmenge entsprechend der verringerten Ansaugfrischluftmenge erhöht, wodurch, obwohl eine Ansprechverzögerung auf die Abgasrückführsteuerung relativ groß ist, eine nachteilige Wirkung der Ansprechverzögerung vermieden wird, um so ein Auftreten eines Anstiegs von Qualm und eines Drehmomentruckens zu verhindern. Weiterhin wird die Verbrennung in geeigneter Weise durch Abgas, das in die Brennkammer 4 rückgeführt wird, mit der Wirkung verzögert, dass der NOx-Emissionspegel abgesenkt wird, wobei die Temperatur der Ansaugluft durch das Abgas angehoben wird, das in die Brennkammer 4 rückgeführt wird, mit dem Ergebnis, dass die Zerstäubung und Verdampfung des Kraftstoffs unterstützt wird, um so die Qualmerzeugung einzuschränken.
Wenn andererseits das Wiederauffrischkennzeichen F1 in Schritt S204 gesetzt wird (F = 1), zeigt dies an, dass man sich nicht im Wiederauffrischzeitraum befindet, worauf bei Schritt S213 eine weitere Entscheidung getroffen wird, ob das Wiederauffrischkennzeichen im vorangehenden Steuerzyklus gesetzt war oder nicht. Ist die Antwort auf die Entscheidung positiv, werden bei Schritt S214 der Abgasrückführbasisanteil EGRb und die Ansaugluftsollmenge q, die während des vorherigen Zyklus der Abgasrückführsteuersequenz korrigiert wurden, in einem bestimmten Verhältnis gemäß dem Abgasrückführbasisanteil EGRb und der Ansaugluftsollmenge q, die bei Schritt S202 bzw. S203 ermittelt wurden, beim momentanen Zyklus bewertet. Wenn andererseits die Antwort auf die Entscheidung in Schritt S213 negativ ist, wird anschließend in Schritt S215 eine weitere Entscheidung getroffen, ob weiterhin ein Bewertungsvorgang ausgeführt wird oder nicht. Für den Fall, dass sich der Abgasrückführbasisanteil EGRb und die Ansaugluftsollmenge q nach der Korrektur im vorherigen Zyklus von jenen unterscheiden, die beim momentanen Zyklus ermittelt werden, erfolgt eine positive Antwort, worauf der Abgasrückführbasisanteil EGRb und die Ansaugluftsollmenge q nach der Korrektur im vorherigen Zyklus im festgelegten Verhältnis in Übereinstimmung mit dem Abgasrückführbasisanteil EGRb und der Ansaugluftsollmenge q, die beim momentanen Schritt ermittelt werden, bei Schritt S214 bewertet werden. Ist hingegen die Antwort negativ, zeigt dies an, dass der Abgasrückführbasisanteil EGRb und die Ansaugluftsollmenge q nach der Korrektur im vorherigen Zyklus etwa gleich jenen sind, die beim momentanen Zyklus ermittelt werden, worauf das EGR-Kennzeichen auf nicht gesetzt (Fe = 0) bei Schritt S216 rückgesetzt wird. Nach Gewichten des Abgasrückführbasisanteils EGRb und der Ansaugluftsollmenge q, die im vorherigen Zyklus korrigiert wurden, bei Schritt S214 oder dem Rücksetzen des EGR-Kennzeichens Fe (Fe = 0) bei Schritt S216, schreitet die Sequenzlogik zum Block bei Schritt S210 fort, bei dem ein Rückmeldekorrekturwert des Abgasrückführanteils EGRf/b ermittelt wird. Ein Abgasrückführsollanteil EGRf wird durch Addieren des Abgasrückführanteil-Korrekturwertes EGRf/b zum Abgasrückführbasisanteil EGRb bei Schritt S211 ermittelt, worauf ein Steuersignal ausgegeben wird, um das elektromagnetische Ventil 28 auszulösen, um so den Unterdruck zu steuern, wodurch das Abgasrückführventil 24 gemäß dem Abgasrückführsollanteil EGRf bei Schritt S212 angesteuert wird. Der letzte Schritt ordnet eine Rückkehr zu einer weiteren Ausführung der Kraftstoffeinspritzsteuerroutine an. Das heißt, wenn der ursprüngliche Betriebszustand der Maschine wiederhergestellt worden ist, nachdem der Katalysator 22 wiederaufgefrischt wurde, wird der Basiszustand der Abgasrückführung wiederhergestellt, indem der Abgasrückführanteil allmählich verringert und die Ansaugluftmenge allmählich erhöht wird.
Die Schritte S204 bis S212 der Sequenzroutine der Abgasrückführsteuerung bilden die Abgasrückführ-Steuereinrichtung 35c (siehe 1), die bewirkt, dass das Abgasrückführventil 24 derart arbeitet, dass der Abgasrückführanteil ansteigt, bevor eine korrigierende Erhöhung der Kraftstoffeinspritzmenge vorgenommen wird, wenn der Katalysator 22 wiederaufgefrischt wird. Die Abgasrückführ-Steuereinrichtung 35c beginnt ein Öffnung des Abgasrückführventils 24 nach dem der Turbolader 25 den Ladedruck derart stark erhöht, dass die Ladedruckluftmenge über einen festgelegten Wert (bei Schritt S205) erhöht wird.
13 ist ein Flussdiagramm, das eine Sequenzroutine der Steuerung eines Turboladers mit veränderbarer Geometrie darstellt, die periodisch wiederholt wird. Wen die Logik beginnt, wird nach dem Lesen von Signalen in Schritt S301, die für unterschiedliche Steuerparameter stehen, die wenigstens einen Kurbelwinkel, einen Ladedruck, die Frischluftansaugmenge und einen Gaspedalweg beinhalten, in Schritt S302 eine Düsenbasisquerschnittsfläche VGTb aus einen Steuerkennfeld eines Turboladers mit veränderbarer Geometrie gemäß Maschinenbetriebszuständen, d. h. dem Gaspedalweg und einer Maschinendrehzahl, die aus dem Kurbelwinkel ermittelt wird, gelesen. Das Steuerkennfeld für den Turbolader mit veränderbarer Geometrie, wie es in 14 beispielhaft dargestellt ist, definiert die Düsenbasisquerschnittsfläche VGTb in Übereinstimmung mit Maschinenbetriebszuständen, die empirisch ermittelt und im Speicher der elektronischen Steuereinheit 35 gespeichert werden. Die Düsenbasisquerschnittsfläche VGTb ist zudem derart definiert, dass sie sich mit einer Zunahme des Gaspedalweges und/oder einer Zunahme der Maschinendrehzahl vergrößert. Dadurch wird eine sanfte Turboladung realisiert, ohne dass ein Anstieg des Abgaswiderstandes in einem Bereich höherer Maschinendrehzahlen verursacht und der Abgasdruck, der auf die Turbine 21 gerichtet ist, selbst in einem Bereich geringerer Maschinendrehzahlen erhöht wird, mit dem Effekt, dass der Ladedruck rapide ansteigt.
Anschließend wird in Schritt S303 eine Entscheidung getroffen, ob das Wiederauffrischkennzeichen F1 gesetzt ist (F = 1) oder nicht. Bleibt das Wiederauffrischkennzeichen gesetzt (F = 1), zeigt dies an, dass man sich im Wiederauffrischzeitraum befindet, worauf eine Düsensollquerschnittsfläche VGTr ermittelt wird, indem ein Korrekturwert VA von der Düsenbasisquerschnittsfläche VGBt bei diesem Schritt abgezogen wird, worauf ein Sollladedruck bstr entsprechend der Düsensollquerschnittsfläche VGTr bei Schritt S305 ermittelt wird. Anschließend wird in Schritt S306 eine Entscheidung getroffen, ob sich der Ladedruck bst in einem festgelegten Bereich befindet, der den Sollladedruck bstr beinhaltet. Ist die Antwort auf diese Entscheidung positiv, d. h. der aktuelle Ladedruck bst befindet sich in der Nähe des Sollladedrucks bstr oder ist diesem gleich, zeigt dies an, dass die Brennkammer 4 mit einer in ausreichendem Umfang erhöhten Menge von Ansaugluft infolge eines Anstiegs des Ladedrucks durch den Turbolader 25 geladen ist, worauf nach Setzen des Ladedruckkennzeichens Fv (Fv = 1) bei Schritt S307 ein Steuersignal entsprechend der Ansaugdrosselklappen-Sollanhebung TVt an das elektromagnetische Ventil 31 ausgegeben wird, um die veränderbaren Schaufeln 21b der Turbine 21 anzusteuern, bis die Düsensollquerschnittsfläche VGTr bei Schritt S308 erreicht ist. Wenn andererseits die Antwort auf die Entscheidung bei Schritt S306 negativ ist, zeigt dies an, dass der aktuelle Ladedruck bst nicht im festgelegten Bereich des Ladedrucks liegt, worauf ein Steuersignal entsprechend der Ansaugdrosselklappen-Sollanhebung TVt an das elektromagnetische Ventil 31 ausgegeben wird, um die veränderbaren Schaufeln 21b der Turbine anzusteuern, bis die Düsensollquerschnittsfläche VGTr in Schritt S308 erreicht ist, ohne dass das Ladedruckkennzeichen Fv gesetzt ist.
Wenn andererseits das Wiederauffrischkennzeichen F1 bei Schritt S303 nicht gesetzt bleibt (F1 = 0), zeigt dies an, dass man sich nicht im Wiederauffrischzeitraum befindet, worauf anschließend in Schritt S309 eine weitere Entscheidung getroffen wird, ob das Wiederauffrischkennzeichen F1 im vorherigen Zyklus der Steuerroutine des Turboladers mit veränderbarer Geometrie gesetzt war oder nicht. Ist die Antwort dieser Entscheidung positiv, wird die Düsensollquerschnittsfläche VGTr, die im vorherigen Zyklus korrigiert wurde, gemäß der Düsensollquerschnittsfläche VGTr beim momentanen Zyklus in Schritt S310 bewertet. Ist hingegen die Antwort der Entscheidung negativ, wird anschließend in Schritt S311 eine andere Entscheidung getroffen, ob ein Bewertungsvorgang weiterhin ausgeführt wird oder nicht, mit anderen Worten, ob sich die Düsensollquerschnittsfläche VGTr, die im vorherigen Zyklus korrigiert wurde, stark von der Düsensollquerschnittsfläche VGTr abweicht, die beim momentanen Zyklus ermittelt wird. Ist die Antwort auf diese Entscheidung positiv, wird der Bewertungsvorgang bei Schritt S310 fortgeführt. Ist jedoch die Antwort auf diese Entscheidung negativ, zeigt dies an, dass die Düsensollquerschnittsfläche VGTr, die im vorherigen Zyklus korrigiert wurde, etwa gleich der Düsensollquerschnittsfläche VGTr ist, die beim momentanen Zyklus bestimmt wird, worauf das Turboladekennzeichen Fv auf nicht gesetzt (Fv = 0) zurückgesetzt wird. Nach der Beendigung des Bewertungsvorgangs bei Schritt S310 oder nach Rücksetzen des Turboladekennzeichens Fv (Fv = 0) bei Schritt S312, wird ein Steuersignal entsprechend der Ansaugdrosselklappen-Sollanhebung TVt an das elektromagnetische Ventil 31 ausgegeben, um die veränderbaren Schaufeln 21b der Turbine 21 anzusteuern, bis die Düsensollquerschnittsfläche VGTr bei Schritt S308 erreicht ist.
Das bedeutet, der Turbolader 25 wird derart gesteuert, dass er die Düsenquerschnittsfläche (A), während er sich im Wiederauffrischzeitraum befindet (das Wiederauffrischkennzeichen F1 bleibt gesetzt), kleiner einstellt, als wenn er sich nicht im Wiederauffrischzeitraum befindet, so dass der Druck des Abgases in die Turbine 21 steil ansteigt, wodurch der Ladedruck bst steil ansteigt. Infolgedessen steigen sowohl die Temperatur als auch der Druck der Ansaugluft wegen einer erhöhten Ansaugluftmenge an, die in die Brennkammer 4 geladen wird, was von einer deutlichen Verbesserung der Zerstäubung und Verdampfung des Kraftstoffes und einer Mischung von Kraftstoff und Luft begleitet wird, um dadurch die Qualmerzeugung zu beschränken, die die Verbrennung eines Luftkraftstoffgemisches begleitet. Da in diesem Fall der Abgasrückführanteil durch die Abgasrückführsteuerung angehoben wurde, wird die Ansaugfrischluftmenge, die in die Brennkammer 4 eingeleitet wird, verringert. Weiterhin wird der herkömmliche Betriebszustand der Maschine 1 nach Beendigung der Wiederauffrischung des Katalysators 22 wiederhergestellt, wobei der Turbolader 25 derart gesteuert wird, dass er eine allmähli che Verringerung der Düsenquerschnittsfläche (A) bewirkt, um so einen herkömmlichen Turboladezustand wiederherzustellen.
Die Schritte S303 bis S308 der Sequenzroutine des Turboladers mit veränderbarer Geometrie bilden eine Turboladesteuereinrichtung 35d (siehe 1), die einen rapiden Anstieg des Ladedrucks des Turboladers 25 erzeugt, um so die Ladeluftmenge in die Brennkammer 4 zu erhöhen, wenn der Katalysator 22 wiederaufgefrischt wird. Die Turboladesteuerung 35d arbeitet derart, dass sie die veränderbaren Schaufeln 21b der Turbine 21 derart ansteuert, dass der Druck des Abgases erhöht wird, das der Turbine 21 des Turboladers 25 zugeführt wird.
Beim Betrieb und der Wirkung des Dieselmaschinen-Steuersystems, wie es oben beschrieben wurde, steuert die Kraftstoffeinspritz-Steuereinrichtung 35 den Kraftstoffeinspritzer 5 derart, dass er eine Kraftstoffbasismenge Qbase sofort bei einem Ende eines Kompressionshubs jedes Zylinders 2, wie es in 5A gezeigt ist, während eines normalen Maschinenbetriebs einspritzt, so dass ein Luftkraftstoffgemisch mit einem Brennkammer-Luftkraftstoffgemisch auf der mageren Seite verbrannt wird und der Katalysator 22 NOx absorbiert, das bei der Verbrennung entsteht. Wenn die Befürchtung besteht, dass das NOx-Absorptionsvermögen infolge eines Anstiegs des Pegels der NOx-Absorption des Katalysators 22 erschwert wird, steuert die Turboladesteuereinrichtung 35d den Turbolader 25 derart, dass er die Düsen drosselt, um so den Ladedruck zu steigern, wodurch die Ansaugluftmenge erhöht wird, die in die Brennkammer 4 geladen wird. Anschließend steuert die Abgasrückführ-Steuereinrichtung 35c das Abgasrückführventil 24 derart, dass es sich mehr öffnet, um so den Abgasrückführanteil in die Brennkammer 4 zu erhöhen, wobei die Kraftstoffmengen-Korrektureinrichtung 35b gleichzeitig eine korrigierend Erhöhung der Kraftstoffeinspritzung ausführt, um so ein Brennkammer-Luftkraftstoffverhältnis auf einen Wert in der Nähe des stöchiometrischen Luftkraftstoffverhältnisses zu bringen. Infolgedessen wird die Sauerstoffkonzentration des Abgases abgesenkt, so dass der Katalysator 22 NOx freigibt (Wiederauffrischung des Katalysators 22) und das Abgas reduziert und reinigt. Gleichzeit wird durch die Steuerung des Kraftstoffeinspritzers 5 durch die Kraftstoffeinspritz-Steuereinrichtung 35a die sekundäre Kraftstoffeinspritzung separat von der primären Kraftstoffeinspritzung vorgenommen. Das heißt, wenn die Maschine 1 im Bereich höherer Maschinenbelastungen arbeitet, erfolgt die Kraftstoffvoreinspritzung entweder bei einem Ansaughub oder bei einem Kompressionshub, wie es in 5B gezeigt ist. Der Kraftstoff, der durch die Kraftstoffvoreinspritzung eingespritzt wird, wird in ausreichendem Maße mit Luft gemischt, bevor die primäre Kraftstoffeinspritzung erfolgt, so dass er aufgrund der Zündung von Kraftstoffdämpfen, die durch die primäre Kraftstoffeinspritzung eingespritzt werden, zufriedenstellend verbrannt wird. Wenn die Maschine 1 im Gegensatz dazu im Bereich geringerer Maschinenbelastungen arbeitet, wird die Kraftstoffnacheinspritzung nach der Beendi gung der primären Kraftstoffeinspritzung (ATDC 15° bis 25° CA) ausgeführt, wie es in 5C gezeigt ist.
Der Kraftstoff, der durch die Kraftstoffnacheinspritzung eingespritzt wird, verteilt sich unter beträchtlich hoher Temperatur und Druck in der Brennkammer 4, so dass er schnell zerstäubt und verdampft wird, wodurch er vollständig verbrennt. Das heißt, bei dieser Ausführungsform wird der Katalysator 22 wiederaufgefrischt, indem die sekundäre Kraftstoffeinspritzung separat von der primären Kraftstoffeinspritzung vorgenommen wird, so dass das Brennkammer-Luftkraftstoffverhältnis auf einen Wert in der Nähe des stöchiometrischen Luftkraftstoffgemisches gebracht wird, ohne einen starken Anstieg von Qualm zu verursachen. Insbesondere wenn die Kraftstoffnacheinspritzung für die sekundäre Kraftstoffeinspritzung ausgeführt wird, wird der Katalysator 222 unmittelbarer infolge eines Anstiegs der Konzentration der Reduktionsbestandteile, wie etwa HC und CO des Abgases wiederaufgefrischt.
15 ist ein Diagramm, das ein Versuchsergebnis der Qualmerzeugung im Bezug auf einen überschüssigen Luftanteil zwischen der geteilten Kraftstoffeinspritzung, die die primäre Kraftstoffeinspritzung und die Kraftstoffnacheinspritzung beinhaltet, und der pauschalen Kraftstoffeinspritzung durch die primäre Kraftstoffeinspritzung darstellt. Das Versuchsergebnis waren Daten einer Vierzylinder-Dieselmaschine mit 2.000 ccm Hubraum, die bei 1.500 U/min im Bereich geringer Maschinenbelastungen betrieben wurde. Weiterhin wurde die gesamte einzuspritzende Kraftstoffmenge in zwei gleiche Teile für die primäre Kraftstoffeinspritzung und die Kraftstoffnacheinspritzung unterteilt, die bei unveränderten Zeitpunkten von BTDC 5° CA bzw. ATDC 20° CA vorgenommen wurden. Wie es aus 16 ersichtlich ist, zeigte es sich in Verbindung mit der pauschalen Kraftstoffeinspritzung, dass die Qualmmenge signifikant niedrig ist, wenn ein durchschnittlicher Überschussluftanteil (λ) in der Brennkammer 4 (der im folgenden als durchschnittlicher Brennkammer-Überschussluftanteil bezeichnet wird) größer als 1,6 ist, jedoch stark zunimmt, wenn sich der durchschnittliche Brennkammer-Überschussluftanteil (λ) allmählich absenkt und geringer als 1,6 ist. Wenn ein durchschnittlicher Brennkammer-Überschussluftanteil (λ) eins (1) ist, d. h. wenn in der Brennkammer 4 das stöchiometrische Luftkraftstoffverhältnis herrscht, ist die Qualmmenge etwa 20 mal größer als jene, wenn ein durchschnittlicher Brennkammer-Überschussluftanteil (λ) größer als 1,6 ist, was zu groß ist. Wenn im Gegensatz dazu die Kraftstoffnacheinspritzung ausgeführt wird, ist die Qualmmenge, die bei einem durchschnittlichen Brennkammer-Überschussluftanteil (λ) von 1,2 oder zwischen 1,2 und 1,6 erzeugt wird, beinahe dieselbe wie jene bei einem durchschnittlichen Brennkammer-Überschussluftanteil (λ), der größer als 1,6 ist, wobei gesagt werden kann, dass die Qualmmenge selbst bei einem durchschnittlichen Brennkammer-Überschussluftanteil (λ) von eins (1) ausreichend gering ist. Insbesondere bei einem durchschnittlichen Brennkammer-Überschussluftanteil (λ) von eins (1) ist die Menge des er zeugten Qualms, die durch die Anwendung der Kraftstoffnacheinspritzung zusammen mit der primären Kraftstoffeinspritzung erzeugt wird, geringer als ein Viertel jener bei der Ausführung der pauschalen Kraftstoffeinspritzung, was eine bedeutende Beschränkung der Qualmerzeugung beweist.
16 zeigt ein Versuchsergebnis eines Tests der Erezeugung von Qualm und des Kraftstoffverbrauchs relativ zum Kraftstoffnacheinspritz-Zeitpunkt. Das empirische Ergebnis waren die Daten einer Vierzylinder-Dieselmaschine mit 2.000 ccm Hubraum, die bei einer festgelegten geringen Maschinenbelastung bei 1.500 U/min betrieben wurde. Obwohl weiterhin die Kraftstoffgesamteinspritzmenge derart festgelegt war, dass sie bewirkte, dass sich ein Luftkraftstoffgemisch dem stöchiometrischen Luftkraftstoffgemisch näherte, war sie in zwei gleiche Teile für die primäre Kraftstoffeinspritzung und die Kraftstoffnacheinspritzung unterteilt, die zu festgelegten Zeitpunkten bei ATDC 5° CA bzw. ATDC von 10° bis 30° CA ausgeführt wurden. Wie es deutlich aus 16 hervorgeht, weist die Qualmmenge eine deutliche Verringerung auf, wenn die Kraftstoffnacheinspritzung im Kurbelwinkelbereich von ATDC 15° bis ATDC 25° CA ausgeführt wird. In diesem Kurbelwinkelbereich verschlechtert sich der Kraftstoffverbrauch stärker, da der Kraftstoffnacheinspritz-Zeitpunkt verzögert ist. Demzufolge zeigt sich, dass trotz der Abhängigkeit von den Maschinentypen der Kraftstoffnacheinspritz-Zeitpunkt vorzugsweise zwischen ATDC 15° CA und ATDC 25° CA, besser jedoch zwischen ATDC 15° CA und ATDC 20° CA liegen sollte.
Da bei dieser Ausführungsform beim Wiederauffrischen des Katalysators 22 die Ansaugluftmenge, die in die Brennkammer 4 geladen wird, erhöht wird, indem der Ladedruck der Ansaugluft durch den Turbolader 25 angehoben wird, steigen die Temperatur und der Druck der Ansaugluft in der Brennkammer 4 mit der Wirkung an, dass die Zerstäubung und die Verdampfung des Kraftstoffes unterstützt wird, um so die Verbrennung des Kraftstoffes zu verbessern, wodurch ein Anstieg der Qualmmenge beschränkt und die Kraftstoffverbrauchsrate verbessert wird.
17 zeigt ein Versuchsergebnis eines Verbrennungstests für die Darstellung der Beziehung zwischen der Kraftstofferzeugung und der Kraftstoffverbrauchsrate. Der Startzeitpunkt, zu dem die Kraftstoffnacheinspritzung beginnt, ist durch Punkte a, b, c und d gekennzeichnet, die ATDC 15° CA, ATDC 20° CA, ATDC 25° CA bzw. ATDC 30° CA entsprechen. Es hat sich gezeigt, dass es wünschenswert ist, die primäre Kraftstoffeinspritzung und die Kraftstoffnacheinspritzung bei ATDC 5° CA bzw. ATDC 15° CA zu starten, um sowohl eine geringe Qualmmenge als auch eine niedrige Kraftstoffverbrauchsrate zu erzielen, wie es in 16 gezeigt ist. Darüber hinaus wird, wie in 17 bei einem Punkt e gezeigt, die Kraftstoffverbrauchsrate deutlich verbessert, ohne dass die Qualmmenge durch eine Erhöhung der Ladeluft vergrößert wird, die durch einen Anstieg des Ladedrucks durch den Turbolader 25 verursacht wird.
18 ist eine Zeitdiagramm, das Änderungen der VGT-Düsenquerschnittsfläche, der EGR-Ventilöffnung, der Kraftstoffeinspritzmenge und des tatsächlichen Brennkammer-Luftkraftstoffverhältnisses zeigt. Wenn bei der obigen Ausführungsform der Katalysator 22 wiederaufgefrischt wird, werden die Kraftstoffmengen-Korrektursteuerung, die Abgasrückführsteuerung und die Steuerung des Turboladers mit veränderbarer Geometrie separat in einer bestimmten Reihenfolge ausgeführt. Wenn, wie in 18 gezeigt, das Wiederauffrischkennzeichen F1 an einem Zeitpunkt t1 infolge eines Pegelanstiegs der NOx-Absorption des Katalysators 22 während des Maschinenbetriebs gesetzt ist (F1 = 1), bewirkt die Turboladesteuereinrichtung 35d, dass der Turbolader 25 eine Düsensollquerschnittsfläche VGTr korrekt verschmälert. Infolgedessen werden die veränderbaren Schaufeln 21b der Turbine 21 derart angesteuert, dass sie den Ladedruck entsprechend der Düsensollquerschnittsfläche VGTr nach der Korrektur erhöhen, um so die Düsenquerschnittsfläche zwischen den Zeitpunkten t1 und t2 zu verschmälern. Demzufolge steigt der Abgasdruck auf der stromaufwärtigen Seite des Turboladers 25 an, was selbstverständlich von einer Erhöhung des Abgasrückführanteils begleitet wird, so dass das EGR-Ventil 24 seine Öffnung allmählich verringert, um so das durchschnittliche Brennkammer-Luftkraftstoffverhältnis beizubehalten. Wenn die Ladeluftmenge in ausreichendem Maße infolge eines Anstiegs des Ladedrucks zum Zeitpunkt 2 ansteigt, dann wird das Turboladekennzeichen Fv gesetzt (Fv = 1), und die Abgasrückführ-Steuereinrichtung 35c bewirkt, dass das Abgasrückführventil 24 seine Öffnung vergrößert, um so das durchschnittliche Brennkammer-Luftkraftstoffverhältnis zur fetten Seite zwischen den Zeitpunkten t2 und t3 zu ändern. Da die Abgasrückführmenge mit einer Verzögerung aus dem Betrieb des Abgasrückführventils 24 tatsächlich zunimmt, ändert sich das durchschnittliche Brennkammer-Luftkraftstoffverhältnis allmählich zur fetten Seite. Das Abgasrückführventil 24 beendet seinen Betrieb zum Zeitpunkt t3, bevor das durchschnittliche Brennkammer-Luftkraftstoffverhältnis einen Wert α erreicht, der ein Abgas mit einer Sauerstoffkonzentration von weniger als etwa 2% bereitstellt. Wenn eine Schwankung des durchschnittlichen Brennkammer-Luftkraftstoffverhältnisses, die infolge eines Überschwingens des Abgasrückführventils 24 auftritt, zu einem Zeitpunkt t4 verschwindet, wird das Turboladekennzeichen Fv auf nicht gesetzt (Fv = 0) zurückgesetzt. Zu diesem Zeitpunkt erhöht die Kraftstoffmengen-Korrektureinrichtung 35b die Kraftstoffmenge Qt für eine Korrektur, und die Abgasrückführ-Steuereinrichtung 35c bewirkt, dass sich das Abgasrückführventil 24 weiter öffnet. Infolgedessen erreicht das durchschnittliche Brennkammer-Luftkraftstoffverhältnis einen Wert in der Nähe oder auf der fetten Seite des stöchiometrischen Luftkraftstoffverhältnisses, um so das Abgas mit einer Sauerstoffkonzentration zu erzeugen, die ausreichend niedriger ist, um den Katalysator 22 wiederaufzufrischen. Unmittelbar nachdem der Katalysator 22 NOx in ausreichendem Maße zwischen den Zeitpunkten t4 und t5 freigegeben hat, wird, wenngleich die Kraftstoffmengen-Korrektursteuerung beendet ist, das Abgasrückführventil 24 allmählich geschlossen, und der Turbolader 25 steuert die veränderbaren Schaufeln 21b derart an, dass die Düsenquerschnittsfläche verbreitert wird, wodurch der normale Betriebszustand der Maschine 1 wiederhergestellt wird.
Da, wie oben erläutert, die Betriebssteuerung des Abgasrückführventils 24 und der Turboladers 25, die relativ hohe Ansprechverzögerungen haben, im voraus ausgeführt wird und anschließend die Kraftstoffmengen-Korrektursteuerung unmittelbar nach dem Erreichen der Stabilisierung sowohl der Ladeluftmenge als auch des Abgasrückführanteils ausgeführt wird, wird das durchschnittliche Brennkammer-Luftkraftstoffverhältnis wie beabsichtigt geändert und es demzufolge selbst dann verhindert, dass Emissionspegel von NOx und Qualm infolge von Schwankungen des Luftkraftstoffgemisches verursacht werden, wenn ein durchschnittliches Brennkammer-Luftkraftstoffverhältnis auf einen Wert in der Nähe stöchiometrischen Luftkraftstoffverhältnisses auf der fetten Seite geändert wird. Da weiterhin die Kraftstoffmengen-Korrektursteuerung, die Steuerung des Abgasrückführventils und die Steuerung der veränderbaren Schaufeln 21b des Turboladers 25 getrennt voneinander ausgeführt werden, wird eine gegenseitige Störung der drei Steuerungen, die die Verbrennungsbedingungen der Maschine 1 beeinflussen, verhindert, was immer wünschenswert ist, um die Steuersequenz zu vereinfachen. Insbesondere wenn die Kraftstoffnacheinspritzung zusammen mit der Ausführung der Kraftstoffmengen-Korrektursteuerung durchgeführt wird, besteht, wenn es einen vorübergehenden Überschuss der Abgasrückführung infolge des Überschwingens des Abgasrückführventils 24 gibt, die Gefahr eines starken Anstiegs von Qualm infolge einer überschüssigen Anfettung eines Kraftstoffgemisches, die daraus resultiert, dass Kraftstoff, der teilweise nicht verbrannt wird, in die Ansaugleitung zusammen mit dem Abgas rückgeführt wird, weshalb es in deutlicher Weise wirkungsvoll ist, die Kraftstoffeinspritzmenge nach der Stabilisierung des Abgasrückführanteils zu erhöhen, wie es oben beschrieben wurde.
Weiterhin wird bei der obigen Ausführungsform die Sauerstoffkonzentration des Abgases allmählich abgesenkt, indem das Abgasrückführventil 24 gesteuert wird, wobei, wenn etwa 2% erreicht werden, bewirkt wird, dass sie auf 0% abfällt. Das heißt, der Katalysator 22 ist, wie in 19 beispielhaft dargestellt, dadurch gekennzeichnet, dass er einen Emissionspegel von NOx in die Atmosphäre vorübergehend anhebt, weil es, obwohl er NOx freigibt, wenn die Sauerstoffkonzentration des Abgases unter etwa 2% abfällt, schwierig ist das NOx, das vom Katalysator 22 freigegeben wird, zu reduzieren, bis die Sauerstoffkonzentration des Abgases weiter abnimmt, d. h. solange ein Überschussluftanteil (λ) kleiner als eins (1) bleibt. Da, wie oben beschrieben, die Sauerstoffkonzentration des Abgases zunächst auf etwa 2% abgesenkt wird, indem das Abgasrückführventil 24 gesteuert wird, und anschließend bewirkt wird, dass sie auf 0% abfällt, indem die Kraftstoffeinspritzmenge erhöht wird, wird im Gegensatz dazu verhindert, dass NOx in die Atmosphäre abgegeben wird, wenn es vom Katalysator 22 freigegeben wird.
20A und 20B sind entsprechende Teile einer weiteren Sequenzroutine der Abgasrückführsteuerung durch die elektronische Steuereinheit (ECU) 35, bei der ein Abgasrückführsollanteil allmählich erhöht wird, wenn NOx vom Katalysator 22 freigegeben wird, und allmählich verringert wird, nachdem NOx vom Katalysator 22 freigegeben wurde, und die periodisch wiederholt wird. Wenn die Logiksequenz beginnt, wird nach dem Lesen von Signalen bei Schritt S410, die für unterschiedliche Steuerparameter stehen, die wenigstens einen Kurbelwinkel, eine Luftströmungsrate und einen Gaspedalweg beinhalten, ein Abgasrückführbasisanteil EGRb als Abgasrückführsollanteil aus einem Abgasrückführ-Steuerkennfeld, wie etwa jenem, das beispielhaft in 9 dargestellt ist, in Übereinstimmung mit dem Gaspedalweg und einer Maschinendrehzahl, die aus dem Kurbelwinkel ermittelt wird, bei Schritt S402 gelesen. Ein tatsächlicher Abgasrückführanteil EGRo wird bei Schritt S403 auf der Basis einer Ansaugluftströmungsrate und einer Ansaugluftmenge ermittelt, die durch eine Maschinendrehzahl und eine Kapazität des Zylinders definiert ist. Anschließend wird bei Schritt S404 eine Entscheidung getroffen, ob das Wiederauffrischkennzeichen gesetzt ist (F1 = 1) oder nicht. Ist das Wiederauffrischkennzeichen F1 nicht gesetzt (F1 = 0), schreitet die Sequenzlogik zu Schritt S416 fort. Bleibt hingegen das Wiederauffrischkennzeichen F1 gesetzt (F1 = 1), zeigt dies an, dass man sich im Wiederauffrischzeitraum befindet, worauf die Sequenzlogik zu einer weiteren Entscheidung bei Schritt S405 fortschreitet, ob ein Turboladekennzeichen Fv gesetzt ist (Fv = 1) oder nicht. Ist das Turboladekennzeichen Fv nicht gesetzt (Fv = 0), zeigt dies an, dass der Ladedruck noch nicht ausreichend hoch ist, worauf nach Rücksetzen eines Korrekturwertes des Abgasrückführanteils EGRx bei Schritt S406, durch den der Abgasrückführsollanteil bei Schritt allmählich erhöht oder auf null (0) verringert wird, die Sequenzlogik zu einem Block bei Schritt S411 fortschreitet, bei dem der Abgasrückführbasisanteil EGRb durch Addieren des Korrekturwertes des Abgasrückführanteils EGRx korrigiert wird. Ist hingegen das Turboladekennzeichen Fv gesetzt (Fv = 1), zeigt dies an, dass der Ladedruck ausreichend hoch ist, worauf eine weitere Entscheidung bei Schritt S407 getroffen wird, ob ein Abgasrückführ-(EGR-)Kennzeichen Fe gesetzt ist (Fe = 1) oder nicht. Ist das EGR-Kennzeichen Fe nicht gesetzt (Fe = 0), wird der Korrekturwert des Abgasrückführanteils EGRx geändert, indem bei Schritt S408 ein festgelegter Wert EGRd1 addiert wird, um eine allmähliche Erhöhung des Abgasrückführbasisanteils EGRb zu bewirken. Anschließend wird bei Schritt S409 eine Entscheidung getroffen, ob der resultierende Abgasrückführbasisanteil EGRb, der der Abgasrückführbasisanteil EGRb plus der erhöhte Korrekturwert des Abgasrückführanteils EGRx ist, einen festgelegten Abgasrückführanteil EGRm erreicht hat oder nicht, der als Kriterium vorbestimmt ist, das sich zur Ausführung der Kraftstoffmengen-Korrektursteuerung eignet. Ist der resultierende Abgasrückführbasisanteil EGRb (EGRb + EGRx) größer als der festgelegte Abgasrückführanteil EGRm, schreitet nach Setzen des EGR-Kennzeichens Fe (Fe = 1) bei Schritt S410 die Sequenzlogik weiter zu Schritt S411. Wenn hingegen das Turboladekennzeichen Fv bei Schritt S407 gesetzt ist (Fv = 1), schreitet die Logik direkt zu Schritt S411 fort, ohne den Korrekturwert des Abgasrückführanteils EGRx zu ändern.
In Schritt S411 wird zum Abgasrückführbasisanteil EGRb der erhöhte Korrekturwert des Abgasrückführanteils EGRx addiert, und bei Schritt S412 wird eine Abweichung ΔEGR des tatsächlichen Abgasrückführanteils EGRo vom momentanen Abgasrückführbasisanteil EGRb berechnet. Anschließend wird nach Berechnung eines Rückmeldekorrekturwertes EGRf/b für eine PID-Steuerung, die Proportional-, Integral- und Differentialaktionen beinhaltet, bei Schritt S413, ein Abgasrückführsollanteil EGRt ermittelt, indem der Rückmeldekorrekturwert des Abgasrückführanteils EGRf/b zum momentanen Abgasrückführbasisanteil EGRb bei Schritt S414 addiert wird. Schließlich wird ein Treibersignal entsprechend dem Abgasrückführsollanteil EGRf an das Abgasrückführventil 24 in Schritt S415 ausgegeben. Anschließend ordnet der letzte Schritt eine Rückkehr für eine weitere Ausführung der Abgasrückführ-Steuerroutine an. Bis bei diesem Beispiel ein Abgasrückführbasisanteil EGRb den festgelegten Abgasrückführanteil EGRm erreicht, wird der Korrekturwert des Abgasrückführanteils EGRx allmählich erhöht und der Abgasrückführbasisanteil EGRb als Sollwert dementsprechend allmählich erhöht.
Wenn andererseits die Kraftstoffmengen-Korrektursteuerung beendet ist, wird das Wiederauffrischkennzeichen F1 auf nicht gesetzt rückgesetzt, so dass die Antwort der Entscheidung aus Schritt S404 negativ wird. Infolgedessen schreitet die Sequenzlogik zu Schritt S416 fort, bei dem eine Entscheidung getroffen wird, ob das Wiederauffrischkennzeichen F1 beim vorherigen Zyklus gesetzt war (F1 = 1) oder nicht. War das Wiederauffrischkennzeichen beim vorherigen Zyklus F1 gesetzt (F1 = 1), wird nach Setzten eines Abgasrückführanteil-(EGR-)Verringerungskennzeichens F2 (F2 = 1) der Korrekturwert des Abgasrückführanteils EGRx geändert, indem der festgelegte Wert EGRd2 bei Schritt S418 davon subtrahiert wird, um eine allmähliche Verringerung des Abgasrückführbasisanteils EGRb zu bewirken. Das EGR-Anteil-Verringerungskennzeichen F2 zeigt an, dass man sich in einem Zeitraum des allmählichen Verringerns eines Abgasrückführanteils befindet, wenn es gesetzt ist. War andererseits das Wiederauffrischkennzeichen F1 im vorherigen Zyklus nicht gesetzt (F1 = 0), wird in Schritt S419 eine weitere Entscheidung getroffen, ob das EGR-Anteil-Verringerungskennzeichen F2 gesetzt ist (F2 = 1) oder nicht.
Nach dem Setzen des EGR-Anteil-Verringerungskennzeichens F2 (F2 = 1) bei Schritt S417, oder wenn das EGR-Anteil-Verringerungskennzeichen bei Schritt S419 gesetzt wird (F2 = 1), wird der Korrekturwert des Abgasrückführanteils EGRx, der bei Schritt S408 erhöht wurde, geändert, indem ein festgelegter Wert EGRd2 von diesem in Schritt S418 abgezogen wird, um eine allmähliche Verringe rung des Abgasrückführbasisanteils EGRb zu bewirken. In diesem Fall ist der festgelegte Wert EGRd2 so vorbestimmt, dass er größer als der festgelegte Wert EGRd1 ist. Anschließend wird bei Schritt S420 eine Entscheidung getroffen, ob der Korrekturwert des Abgasrückführanteils EGRx auf unter null (0) geändert ist. Wenn der Korrekturwert des Abgasrückführanteils EGRx geringer ist als null (0), wird nach dem Einstellen des Korrekturwertes des Abgasrückführanteils EGRx auf null (0) bei Schritt S421, das EGR-Anteil-Verringerungskennzeichen F2 (F2 = 1) auf nicht gesetzt (F2 = 0) bei Schritt S422 zurückgesetzt. Wenn das EGR-Anteil-Verringerungskennzeichen F2 bei Schritt S419 nicht gesetzt ist (F2 = 0) und wenn der Korrekturwert des Abgasrückführanteils EGRx bei Schritt S420 weiterhin höher als null (0) ist, oder nachdem das EGR-Anteil-Verringerungskennzeichen F2 (F2 = 1) bei Schritt S422 auf nicht gesetzt (F2 = 0) rückgesetzt wird, wird bei Schritt S423 das EGR-Kennzeichen Fe auf nicht gesetzt (Fe = 0) zurückgesetzt. Anschließend schreitet die Sequenzlogik zu den Schritten S411 bis S415 fort. Wenn, wie oben beschrieben, die Kraftstoffmengen-Steuereinrichtung beendet ist, wird der Korrekturwert des Abgasrückführanteils EGRx allmählich verringert und ein Abgasrückführbasisanteil EGRb als Sollwert dementsprechend erhöht.
21 ist ein Zeitdiagramm, das die Änderungen der VGT-Düsenquerschnittfläche, der EGR-Ventilöffnung, der Kraftstoffeinspritzmenge und eines tatsächlichen Brennkammer-Luftkraftstoffverhältnisses im Bezug auf die Abgasrückführsteuerung aus 20A und 20B zeigt. Wenn der Katalysator 22 wiederaufgefrischt wird, werden die Kraftstoffmengen-Korrektursteuerung, die Abgasrückführsteuerung und die Steuerung des Turboladers mit variabler Geometrie in einer festgelegten Reihenfolge separat ausgeführt. Wenn, wie in 21 gezeigt, das Wiederauffrischkennzeichen F1 zu einem Zeitpunkt t1 infolge eines Anstiegs des NOx-Absorptionspegels des Katalysators gesetzt wird (F1 = 1), bewirkt dies, dass der Turbolader 25 eine Düsensollquerschnittsfläche VGTr korrekt verschmälert. Infolgedessen steigt der Abgasdruck auf der stromaufwärtigen Seite des Turboladers 25 an und nimmt der Abgasrückführanteil zu, so dass das EGR-Ventil 24 seine Öffnung allmählich verringert, um so das durchschnittliche Brennkammer-Luftkraftstoffverhältnis beizubehalten. Wenn die Ladeluftmenge infolge eines Anstiegs des Ladedrucks zu einem Zeitpunkt t2 in ausreichendem Maße ansteigt, dann wird das Turboladekennzeichen Fv gesetzt (Fv = 1) und das Abgasrückführventil 24 beginnt die Vergrößerung seiner Öffnung, um so das durchschnittliche Brennkammer-Luftkraftstoffverhältnis zur fetten Seite zwischen den Zeitpunkten t2 und t3 zu ändern. In diesem Fall wird zum Abgasrückführbasisanteil EGRb, der bei der Abgasrückführsteuerung ein Abgasrückführsollanteil EGRt ist, der festgelegte Wert EGRd1 zu jedem Steuerzyklus addiert und allmählich erhöht, bis er den festgelegten Abgasrückführanteil EGRm erreicht. Da die Öffnung des Abgasrückführventils 24 allmählich vergrößert wird und demzufolge keine starke Schwankung bei der Abgasrückführmenge auftritt, ändert sich das durchschnittliche Brennkammer-Luftkraftstoffverhältnis beständig von einer mageren Seite zu einer fetten Seite und stellt sich auf einen Wert α ein, der ein Abgas mit einer Sauerstoffkonzentration von etwa 2% liefert, ohne dass ein Überschwingen bei Zeitpunkt t3 erfolgt. Zu diesem Zeitpunkt wird das EGR-Kennzeichen Fe gesetzt (Fe = 1). Das heißt, wenn der Sollwert der Abgasrückführsteuerung auf den festgelegten Abgasrückführanteil EGRm ohne Unterbrechung mit dem Setzen des EGR-Kennzeichens Fe als Wendepunkt erhöht wird, ist es, wenngleich die Öffnung des Abgasrückführventils 24 größer wird, worauf die Erhöhung des Sollwertes durch die Rückmeldesteuerung folgt, schwierig, ein Überschwingen des Abgasrückführventils 24 zu verhindern. Obwohl für den Fall der Ausführung der PID-Steuerung das Ansprechverhalten der Abgasrückführsteuerung auf eine Änderung des Sollwertes durch die Integral- und Differentialaktionen gesteigert wird, verursacht insbesondere die Steigerung des Ansprechverhaltens, dass das Abgasrückführventil 24 übermäßig überschwingt, wie es mit einer gepunkteten Linie in 21 gezeigt ist. Im Gegensatz dazu wird ein Überschwingen des Abgasrückführventils 24 verhindert, indem der Sollwert allmählich erhöht wird, wie es oben erläutert wurde. Wenn das EGR-Kennzeichen Fe gesetzt wird (Fe = 1), wird eine Korrektur an der Erhöhung der Kraftstoffmenge Qt vorgenommen, wodurch ein tatsächliches Brennkammer-Luftkraftstoffgemisch einen Wert in der Nähe oder auf der fetten Seite vom stöchiometrischen Luftkraftstoffgemisch mit der Wirkung erreicht, dass die Sauerstoffkonzentration des Abgases gesenkt wird, um so den Katalysator 22 wiederaufzufrischen. Da der Abgasrückführanteil allmählich auf den festgelegten Abgasrückführanteil EGRm erhöht wird, wie es oben erläutert wurde, ist es möglich, die Kraftstoffeinspritzmenge in den Zustand zu erhöhen, dass die Ladeluftmenge und der Abgasrückführanteil stabil sind, so dass das Brennkammer-Luftkraftstoffverhältnis so geändert wird, wie dies beabsichtigt ist. Demzufolge werden Emissionspegel von NOx und Qualm infolge von Schwankungen des Luftkraftstoffverhältnisses selbst dann verhindert, wenn ein durchschnittliches Brennkammer-Luftkraftstoffverhältnis auf einen Wert in der Nähe des stöchiometrischen Luftkraftstoffverhältnisses auf der fetten Seite geändert wird.
Wenn NOx in ausreichendem Maße vom Katalysator 22 in einem Zeitraum zwischen den Zeitpunkten t3 und t4 freigegeben wird, während die Kraftstoffmengen-Korrektursteuerung unverzüglich beendet wird, wird vom Abgasrückführbasisanteil EGRb, der ein Abgasrückführsollanteil EGRt bei der Abgasrückführsteuerung ist, der festgelegte Wert EGRd2 bei jedem Steuerzyklus abgezogen und allmählich auf einen Wert verringert, der unmittelbar vor der Ausführung der Steuerung der Freigabe von NOx angenommen wird, bis der Korrekturwert des Abgasrückführanteils EGRx null (0) erreicht. Demzufolge wird verhindert, dass sich das tatsächliche Brennkammer-Luftkraftstoffverhältnis steil verändert, was für eine stabile Verbrennung und eine Verringerung der Qualmerzeugung immer wünschenswert ist. Da in diesem Fall der festgelegte Wert EGRd2 größer ist als der festgelegte Wert EGRd1, ändert sich der Abgasrückführanteil EGRb geringfügig steiler, wenn er abnimmt, als wenn er zunimmt, wohingegen eine steile Änderung des Abgasrückführanteils EGRb keinen nachteiligen Einfluss auf die Emissionspegel hat und nicht ins Gewicht fällt.
Anstelle zur Wiederauffrischung des Katalysators 22 eine korrigierende Erhöhung der Kraftstoffmenge in Kombination mit der primären Kraftstoffeinspritzung vorzunehmen, die mit der Kraftstoffvoreinspritzung einhergeht, wenn die Maschine 1 unter höheren Maschinenbelastungen arbeitet, oder mit der Kraftstoffnacheinspritzung, wenn die Maschine 1 unter geringeren Maschinenbelastungen arbeitet, kann dies lediglich dann erfolgen, wenn die Maschine unter geringeren Maschinenbelastungen arbeitet, um eine korrigierende Erhöhung der Kraftstoffmenge vorzunehmen und die korrigierte Kraftstoffmenge zum Teil durch die primäre Kraftstoffeinspritzung und zum Teil durch die zweite Kraftstoffeinspritzung einzuspritzen. Weiterhin kann es zulässig sein, die korrigierte Kraftstoffmenge lediglich durch die primäre Kraftstoffeinspritzung einzuspritzen, ohne die sekundäre Kraftstoffeinspritzung, die Kraftstoffvoreinspritzung oder die Kraftstoffnacheinspritzung zu verwenden.
In diesem Fall ist es vorzuziehen, den Zeitpunkt der primären Kraftstoffeinspritzung geringfügig zu verzögern. Weiterhin kann die primäre Kraftstoffeinspritzung an sich in eine Vielzahl von Schüssen unterteilt werden, die zu Zeitpunkten in der Nähe eines oberen Todpunktes eines Kompressionshubes ausgeführt werden. Wie es in 22 beispielhaft dargestellt ist, kann die primäre Kraftstoffeinspritzung derart erfolgen, dass eine bestimmte Kraftstoffmenge durch eine Ein-Schuss-Kraftstoffeinspritzung oder eine Kraftstoffpauschaleinspritzung zu einem Zeitpunkt in der Nähe eines oberen Todpunktes eines Kompressionshubs, wie es mit dem Zeitdiagramm (A) gezeigt ist, durch eine Zwei-Schuss-Kraftstoffeinspritzung zu aufeinanderfolgenden Zeitpunkten in der Nähe eines oberen Todpunktes eines Kompressionshubs, wie es mit dem Zeitdiagramm (B) gezeigt ist, oder durch eine Drei-Schuss-Kraftstoffeinspritzung zu aufeinanderfolgenden Zeitpunkten in der Nähe eines oberen Todpunktes eines Kompressionshubs eingespritzt wird, wie es mit dem Zeitdiagramm (C) gezeigt ist. Die Zwei- oder Drei-Schuss-Kraftstoffeinspritzung unterstützt die Zerstäubung des Kraftstoffes und die Mischung des zerstäubten Kraftstoffes mit Luft, wodurch ein Nutzungsgrad der Luft in der Brennkammer 4 und demzufolge die Verbrennung verbessert wird, um so die Erzeugung von Qualm zu beschränken.
Wie es in 23 dargestellt ist, die ein Versuchsergebnis eines Vergleichstests der Qualmerzeugung im Bezug auf einen Kurbelwinkel (CA) darstellt, bei dem die Zwei- oder Drei-Schuss-Kraftstoffeinspritzung für unterschiedliche Einspitzintervalle (350 bis 900 μsek) zwischen benachbarten Schüssen beendet wird, wird, wenn eine bestimmte Kraftstoffmenge durch die Ein-, Zwei- oder Drei-Schuss-Kraftstoffeinspritzung eingespritzt wird, wenn das Einspritzintervall um ein bestimmtes Maß im Fall der Zwei- oder Drei-Schuss-Kraftstoffeinspritzung verkürzt wird, die Qualmmenge im Vergleich zur Ein-Schuss-Kraftstoffeinspritzung stärker verringert.
Da, wie in 24 und 25 gezeigt, zusätzlich zu einer deutlichen Verringerung der Qualmmenge infolge der Zwei- oder Drei-Schuss-Kraftstoffeinspritzung, die von einer erhöhten Wärmeerzeugung begleitet wird, ein Zeitpunkt der Beendigung der Verbrennung verzögert wird, steigen die Temperatur und der Druck des Abgases an. Demzufolge steigert der Turbolader 25 den Luftladedruck mit einem hohen Ansprechverhalten.
Bei der Abgasrückführsteuerung, die in 20A und 20B als weitere Ausführungsform dargestellt ist, wird, wenn sich die Maschine 1 in einem Beschleunigungsbetriebszustand befindet, wie auch wenn der Katalysator 22 wiederaufgefrischt wird, wie es in 6A und 6B gezeigt ist, dieselbe Kraftstoffeinspritzsteuerung verwendet. Während der Beschleunigung kann jedoch eine korrigierende Erhöhung der Kraftstoffmenge vorgenommen werden, wenn die Abgasrückführung einen stabilen Zustand erreicht und der Luftladedruck des Turboladers 25 einen Solldruckpegel erreicht, nachdem die veränderbaren Schaufeln 21 des Turboladers 25 und das Abgasrückführventil 24 zeitgleich angesteuert wurden. Um weiterhin zu verhindern, dass der Katalysator 22 NOx freigibt, kann der Betrieb des Abgasrückführventils 24 nicht dann ausgesetzt werden, wenn eine Sauerstoffkonzentration des Abgases von etwa 2% erreicht ist, sondern bevor das durchschnittliche Brennkammer-Luftkraftstoffgemisch einen festgelegten Wert erreicht, bei dem ein steiler Anstieg der Qualmmenge auftritt. Die Abgasrückführung kann natürlich auf der Basis einer Ausgabe aus dem linearen Sauerstoff-(O₂-)Sensor 17 durch Rückmeldung gesteuert werden.

Claims

Steuersystem zum Steuern einer Diesel-Brennkraftmaschine (1), die mit einem Kraftstoffeinspritzer (5), der Kraftstoff direkt in eine Brennkammer (4) der Diesel-Brennkraftmaschine einspritzt, und einem NOx-Absorber (22) ausgestattet ist, der in einer Abgasleitung (20) der Diesel-Brennkraftmaschine (1) angeordnet ist und NOx in einem Abgas absorbiert, das eine übermäßig hohe Sauerstoffkonzentration aufweist, und das NOx freigibt, wenn sich die Sauerstoffkonzentration verringert, wobei das Steuersystem eine Kraftstoffeinspritz-Steuereinrichtung (35a) beinhaltet, die die Kraftstoffeinspritzung durch den Kraftstoffeinspritzer (5) gemäß wenigstens einem Betriebszustand der Diesel-Brennkraftmaschine (1) steuert, eine Kraftstoffeinspritz-Korrektureinrichtung (35b), die einen Anstieg der Kraftstoffmenge erzeugt, die durch den Kraftstoffeinspritzer (5) gespritzt wird, um die Sauerstoffkonzentration zu verringern und dadurch zu bewirken, dass der NOx-Absorber (22) das NOx freigibt, eine Abgas-Reguliereinrichtung (24), die eine Abgasmenge zuleitet und reguliert, die zum Teil in die Ansaugleitung (10) durch einen Abgas-Rückführleitungsweg (23) zugeleitet wird, und eine Abgas-Rückführsteuereinrichtung (35c), die die Abgas-Reguliereinrichtung (24) derart steuert, dass ein Wert reguliert wird, der sich auf einen Abgasrückführanteil bezieht, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgas-Rückführsteuereinrichtung (35c) derart beschaffen ist, dass sie den Wert, der sich auf den Abgasrückführanteil bezieht, vor dem Anstieg der Kraftstoffmenge durch die Kraftstoffeinspritz-Korrektureinrichtung (35b) erhöht, dass sie beurteilt, ob die Abgasrückführung in der Brennkammer (4) stabil geworden ist oder die Abgas-Reguliereinrichtung (24) ihren Regulierbetrieb beendet hat, und dass sie zulässt, dass die Kraftstoffeinspritz-Korrektureinrichtung (35b) den Anstieg der Kraftstoffmenge erzeugt, wenn die Abgasrückführung in der Brennkammer (4) stabil geworden ist oder die Abgas-Reguliereinrichtung (24) ihren Regulierbetrieb beendet hat.
Steuersystem zum Steuern einer Diesel-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgas-Rückführsteuereinrichtung (35c) die Abgas-Reguliereinrichtung (24) derart steuert, dass der Wert, der sich auf einen Abgasrückführanteil bezieht, verringert wird, nachdem die Erhöhung der Kraftstoffmenge durch die Kraftstoffeinspritz-Korrektureinrichtung (35b) abgeschlossen ist.
Steuersystem zum Steuern einer Diesel-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftstoffeinspritz-Steuereinrichtung (35a) die Kraftstoffeinspritzung in eine primäre Kraftstoffeinspritzung, die zu einem Zeitpunkt in der Nähe eines oberen Todpunktes eines Kompressionshubs jedes der Zylinder der Diesel-Brennkraftmaschine (1) vorgenommen wird, und eine sekundäre Kraftstoffeinspritzung unterteilt, die separat von der primären Kraftstoffeinspritzung vorgenommen wird, wenn die Kraftstoffeinspritz-Korrektureinrichtung (35b) die Kraftstoffmenge erhöht.
Steuersystem zum Steuern einer Diesel-Brennkraftmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die sekundäre Kraftstoffeinspritzung in einem Zeitraum zwischen dem Beginn eines Ansaughubs jedes der Zylinder der Diesel-Brennkraftmaschine (1) und einem Mittelpunkt eines Ausdehnungshubs des Zylinders erfolgt, und wenn bewirkt wird, dass der NOx-Absorber das NOx freigibt, die Abgas-Rückführsteuereinrichtung (35c) die Abgas-Reguliereinrichtung (24) derart steuert, dass sie den Wert auf einen festgelegten Wert erhöht und die Kraftstoffeinspritz-Korrektureinrichtung (35b) einen Anstieg der Kraftstoffmenge für einen festgelegten Zeitraum bewirkt, so dass die Sauerstoffkonzentration nach dem erreichen des festgelegten Wertes verringert wird.
System zum Steuern einer Diesel-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftstoffeinspritz-Steuereinrichtung (35a) die Kraftstoffeinspritzung in mehrere Teile zu einem Zeitpunkt in der Nähe eines oberen Todpunktes eines Kompressionshubs jedes der Zylinder unterteilt, wenn die Kraftstoffeinspritz-Korrektureinrichtung (35b) die Kraftstoffmenge erhöht.
Steuersystem zum Steuern einer Diesel-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgas-Rückführsteuereinrichtung (35c) die Abgas-Reguliereinrichtung (24) durch Rückmeldung derart steuert, dass ein Abgasrückführsollanteil gemäß einem Betriebszustand der Diesel-Brennkraftmaschine (1) erzeugt wird, und den Abgasrückführsollanteil allmählich ändert, um dadurch einen Anstieg des Wertes vor dem Anstieg der Kraftstoffmenge durch die Kraftstoffeinspritz-Korrektureinrichtung (35b) zu bewirken.
Steuersystem zum Steuern einer Diesel-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, weiterhin gekennzeichnet durch eine Ansaugluft-Reguliereinrichtung (25), die eine Ansaugluftmenge reguliert, die in die Brennkammer (4) der Diesel-Brennkraftmaschine (1) geladen wird, und eine Ladungs-Steuereinrichtung (30), die die Ansaugluft-Reguliereinrichtung (25) derart steuert, dass die Ansaugluft menge erhöht wird, wenn die Kraftstoffeinspritz-Korrektureinrichtung (35b) die Kraftstoffmenge erhöht.
Steuersystem zum Steuern einer Diesel-Brennkraftmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftstoffeinspritz-Korrektureinrichtung (35b) eine Erhöhung der Kraftstoffmenge beginnt, nachdem die Ladungs-Steuereinrichtung (25) eine Erhöhung der Ansaugluftmenge auf einen festgelegten Wert erreicht hat,
Steuersystem zum Steuern einer Diesel-Brennkraftmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftstoffeinspritz-Steuereinrichtung (35a) die Kraftstoffeinspritzung in eine primäre Kraftstoffeinspritzung, die zu einem Zeitpunkt in der Nähe eines oberen Todpunktes eines Kompressionshubs ausgeführt wird, und eine sekundäre Kraftstoffeinspritzung unterteilt, die separat von der primären Kraftstoffeinspritzung vorgenommen wird.
Steuersystem zum Steuern einer Diesel-Brennkraftmaschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die sekundäre Kraftstoffeinspritzung in einem Zeitraum zwischen Ansaug- und Kompressionshüben jedes der Zylinder und einem Zeitraum zwischen Kurbelwinkeln von 10° und 25° nach einem oberen Todpunkt eines Kompressionshubs jedes Zylinders erfolgt.
Steuersystem zum Steuern einer Diesel-Brennkraftmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgas-Rückführsteuereinrichtung (35c) die Abgas-Reguliereinrichtung (24) startet, um den Wert zu erhöhen, nachdem die Ladungssteuereinrichtung (30) einen Anstieg der Ansaugluftmenge auf einen festgelegten Wert erreicht hat.
Steuersystem zum Steuern einer Diesel-Brennkraftmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansaugluft-Reguliereinrichtung (25) einen Turbolader enthält, der Ansaugluft mit dem Abgas lädt, und die Kraftstoffeinspritz-Steuereinrichtung (35a) die Kraftstoffeinspritzung in eine primäre Kraftstoffeinspritzung, die zu einem Zeitpunkt in der Nähe eines oberen Todpunktes eines Kompressionshubs jedes der Zylinder erfolgt, und eine sekundäre Kraftstoffeinspritzung unterteilt, die in einem Zeitraum zwischen Ausdehnungs- und Ausstoßhüben jedes der Zylinder vorgenommen wird, wenn die Kraftstoffeinspritz-Korrektureinrichtung (35b) die Kraftstoffmenge erhöht.
System zum Steuern einer Diesel-Brennkraftmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansaugluft-Reguliereinrichtung (25) einen Turbolader enthält, der Ansaugluft mit dem Abgas lädt, und die Kraftstoffeinspritz-Steuereinrichtung (35a) die Kraftstoffeinspritzung in mehrere Teile zu einem Zeitpunkt in der Nähe eines oberen Todpunktes eines Kompressionshubs jedes Zylinders unterteilt, wenn die Kraftstoffeinspritz-Korrektureinrichtung (35b) die Kraftstoffmenge erhöht.
System zum Steuern einer Diesel-Brennkraftmaschine nach Anspruch 7, weiterhin gekennzeichnet durch einen Abgas-Rückführleitungsweg (23), durch den das Abgas zum Teil in die Ansaugleitung (10) der Diesel-Brennkraftmaschine (1) strömt, und eine Abgas-Reguliereinrichtung (24), die eine Abgasmenge reguliert, die in die Ansaugleitung (10) durch den Abgas-Rückführleitungsweg (23) geleitet wird, wobei die Ansaugluft-Reguliereinrichtung (25) einen Turbolader enthält, der über eine Turbine (21) und einen Druckänderungsmechanismus (30) verfügt, der den Abgasdruck für die Turbine (21) derart ändern kann, dass der Abgasdruck erhöht wird, wenn die Ansaugluftmenge erhöht wird.