DE60116546T2 - Brennkraftmaschine - Google Patents

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Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine interne Brennkraftmaschine.
  • STAND DER TECHNIK
  • Es ist eine Brennkraftmaschine bekannt, in der eine erzeugte Rußmenge allmählich zunimmt und dann einen Spitzenwert erreicht, wenn eine in die Verbrennungskammer zugeführte Inertgasmenge zunimmt, und in der eine weitere Zunahme der in die Verbrennungskammer zugeführten Inertgasmenge zu einer Temperatur eines Kraftstoffs und eines Umgebungsgases zum Zeitpunkt der Verbrennung in der Verbrennungskammer führt, die niedriger als eine Temperatur ist, bei der Ruß erzeugt wird, und somit fast keine Rußerzeugung auftritt, wobei zwischen einer ersten Verbrennung, bei der die in die Verbrennungskammer zugeführte Inertgasmenge größer als die Inertgasmenge ist, bei die erzeugte Rußmenge einen Spitzenwert erreicht, und fast kein Ruß erzeugt wird, und zwischen einer zweiten Verbrennung, bei der in die Verbrennungskammer geführte Inertgasmenge klei ner als die Inertgasmenge ist, bei der die erzeugte Rußmenge einen Spitzenwert erreicht, wahlweise umgeschaltet wird. Eine interne Verbrennungskraftmaschine dieser Art ist beispielsweise in der japanischen Offenlegungsschrift (Kokai) Nr. 11-93748 beschrieben.
  • Hier ist ein Luftkraftstoffverhältnis bei der ersten Verbrennung, bei der die der Verbrennungskammer zugeführte Inertgasmenge größer als die Inertgasmenge ist, bei der die Rußerzeugung einen Spitzenwert erreicht, und fast kein Ruß erzeugt wird, größer, als das Luftkraftstoffverhältnis bei der zweiten Verbrennung, bei der die Verbrennungskammer zugeführte Inertgasmenge kleiner als die Inertgasmenge ist, bei der die Rußerzeugung einen Spitzenwert erreicht. D.h., die Sauerstoffkonzentration bei der ersten Verbrennung ist kleiner als die Sauerstoffkonzentration bei der zweiten Verbrennung. Daher ist die erste Verbrennung, verglichen mit der zweiten Verbrennung, instabil. Die japanische Offenlegungsschrift (Kokai) Nr. 11-107861 lehrt jedoch kein Verfahren zur Unterdrückung der Instabilität der ersten Verbrennung, verglichen mit der zweiten Verrennung. Daher ist die Brennkraftmaschine gemäß der japanischen Offenlegungsschrift (Kokai) Nr. 11-107861 nicht in der Lage, die Instabilität der ersten Verbrennung, verglichen mit der zweiten Verbrennung, zu vermeiden.
  • Weiter ist eine Brennkraftmaschine bekannt, die eine Verbrennung durchführt, bei der die erzeugte Rußmenge allmählich zunimmt und mit der Zunahme der der Verbrennungskammer zugeführten Inertgasmenge einen Spitzenwert erreicht, und in der weiter eine Zunahme der der Verbrennungskammer zugeführten Inertgasmenge in einer Abnahme der Temperatur des Kraftstoffs und des umgebenden Gases zum Zeitpunkt der Verbrennung in der Verbrennungskammer führt, die niedriger als eine Rußerzeugungstemperatur liegt, um fast keinen Ruß zu erzeugen, und die der Verbrennungskammer zugeführte Inertgasmenge größer als die Inertgasmenge ist, bei der die Rußerzeugung einen Spitzenwert erreicht, um fast keinen Ruß zu erzeugen. Die Brennkraftmaschine dieser Art wird beispielsweise in der japanischen Offenlegungsschrift (Kokai) Nr. 11-107861 beschrieben. Es gibt weitere bekannte Brennkraftmaschinen mit Verbrennungsstabilisierungseinrichtungen zur Stabilisierung der Verbrennung. Eine Brennkraftmaschine dieser Art ist beispielsweise in der japanischen Offenlegungsschrift (Kokai) Nr. 9-88794 und der japanischen Patentschrift (Kokoku) Nr. 4-75393 beschrieben.
  • Obwohl jedoch die japanische Offenlegungsschrift (Kokai) Nr. 9-88794 und die japanische Patentschrift (Kokoku) Nr. 4-75393 den Betrieb von Verbrennungsstabilisierungseinrichtungen beschreiben, wird dort keine Lehre betreffend der Beziehung zwischen dem Zeitpunkt des Betriebs der Verbrennungsstabilisierungseinrichtungen und dem Zeitpunkt der Kraftstoffeinspritzung gegeben. Obwohl daher die Verbrennung durch Vorsetzen des Zeitpunkts der Kraftstoffeinspritzung stabilisiert werden kann, führt der Versuch, die Verbrennungsstabilisierungseinrichtung zu betätigen, zu einer nicht notwendigen Betätigung der Kraftstoffstabilisierungseinrichtung. Ein Versuch, die Verbrennung durch Vorsetzen des Kraftstoffeinspritzzeitpunktes zu stabilisieren, auch wenn es nicht gefordert wird, den Kraft stoffeinspritzzeitpunkt vorzusetzen, bewirkt, dass die Verbrennung ihre Stabilität verliert.
  • EP 0 732 485 A2 beschreibt, dass, wenn eine Vormischungskraftstoffverbrennung durchgeführt wird, die EGR-Gasmenge in bezug auf die Ansaugluft in einem Niedriglastbereich vermindert wird, sodass die Sauerstoffkonzentration in dem Luftkraftstoffvorgemisch in dem Zylinder hochgehalten werden kann. D.h., gemäß D1, wird die Sauerstoffkonzentration angehoben (oder hochgehalten), indem die EGR-Gasmenge vermindert wird.
  • EP 0 967 373 A2 beschreibt die „Niedrigtemperaturverbrennung" und beschreibt weiter, dass zusätzlicher Kraftstoff in letztere beim halben Expansionshub oder während des Ausstoßhubs eingespritzt wird. Diese Untereinspritzung dient zum Anreichern des Luftkraftstoffverhältnisses des in eine NOx-Absorptionseinrichtung strömenden Gases, sodass in der NOx-Absorptionseinrichtung die Stickoxyde (NOx) desorbiert werden.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Brennkraftmaschine zu schaffen, bei der die Drehmomentschwankung und Verschlechterung infolge der instabilen Verbrennung vermieden werden kann. Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst.
  • Gemäß einem ersten Merkmal der Erfindung wird eine Brennkraftmaschine geschaffen, in der eine erzeugte Rußmenge allmählich zunimmt und dann einen Spitzenwert erreicht, wenn eine in die Verbrennungskammer zugeführte Inertgasmenge zunimmt, und in der eine zweite Zunahme der in die Verbrennungskammer zugeführten Inertgasmenge zu einer Temperatur eines Kraftstoffs und eines Umgebungsgases zum Zeitpunkt der Verbrennung in der Verbrennungskammer führt, die niedriger als eine Temperatur ist, bei der Ruß erzeugt wird, und somit fast keine Rußerzeugung auftritt, wobei zwischen einer ersten Verbrennung, bei der die in die Verbrennungskammer zugeführte Inertgasmenge größer als die Inergasmenge ist, bei der die erzeugte Rußmenge einen Spitzenwert erreicht, und fast kein Ruß erzeugt wird, und zwischen einer zweiten Verbrennung, bei der die in der Verbrennungskammer geführte Inertgasmenge kleiner als die Inertgasmenge ist, bei der die erzeugte Rußmenge einen Spitzenwert erreicht, wahlweise umgeschaltet wird, dadurch gekennzeichnet, dass immer wenn die erste Verbrennung durchgeführt wird, nicht nur eine Haupteinspritzung in der Nähe des oberen Kompressions-Totpunktbereichs, sondern ebenfalls eine weitere Einspritzung zu einem von der Haupteinspritzung unterschiedlichen Zeitpunkt durchgeführt wird.
  • Bei der Brennkraftmaschine der ersten Ausführungsform wird die Haupteinspritzung in der Nähe des oberen Kompressions-Totpunktbereichs begleitet von einer weiteren Einspritzung zu einem Zeitpunkt, der von der Haupteinspritzung in die erste Verbrennung unterschiedlich ist, in der die der Verbrennungskammer zugeführte Inergasmenge größer als die Inertgasmenge ist, bei der die Rußerzeugung einen Spitzenwert erreicht, um fast keinen Ruß zu erzeugen. Bei der ersten Verbrennung ist die Sauerstoffkonzentration geringer als bei der zweiten Verbrennung, bei der die der Verbrennungskammer zugeführte Inertgasmenge kleiner ist als die Inertgasmenge, bei der die Rußerzeugung einen Spitzenwert erreicht. Die weitere Einspritzung zu einem von der Haupteinspritzung unterschiedlichen Zeitpunkt bildet jedoch ein Peroxyd, welches den Mangel der Sauerstoffkonzentration aufhebt. Dies verhindert, dass die erste Verbrennung ihre Stabilität verliert, verglichen mit der zweiten Verbrennung, die von einem Mangel der Sauerstoffkonzentration herrührt.
  • Gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung ist eine Brennkraftmaschine der ersten Ausführungsform vorgesehen, bei der das Luftkraftstoffverhältnis des Abgases fetter als das Luftkraftstoffverhältnis in dem Zylinder gemacht wird, in dem die weitere Verbrennung durchgeführt wird.
  • Bei der Brennkraftmaschine der zweiten Ausführungsform wird das Luftkraftstoffverhältnis des Abgases fetter als das Luftkraftstoffverhältnis in dem Zylinder infolge der weiteren Einspritzung gemacht. Die Verbrennung wird stabilisiert, indem das Luftkraftstoffverhältnis in dem Zylinder relativ mager eingestellt wird, und die Temperatur des in dem Abgaskanal angeordneten Katalysators angehoben wird, indem das Luftkraftstoffverhältnis des Abgases relativ fett eingestellt wird.
  • Gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung ist eine Brennkraftmaschine der ersten Ausführungsform vorgesehen, bei der, wenn ein Luftkraftstoffverhältnis fetter wird, eine Menge der Haupteinspritzung vermin dert und eine Menge der weiteren Einspritzung erhöht wird.
  • Bei der Brennkraftmaschine der dritten Ausführungsform nimmt, wenn das Luftkraftstoffverhältnis in der ersten Verbrennung fetter wird, die Menge der Haupteinspritzung ab und die Menge der weiteren Einspritzung zu. Dies verhindert, dass die Verbrennung ihre Stabilität verliert, wenn das Luftkraftstoffverhältnis in dem Zylinder fett wird, während die Gesamtmenge der Einspritzung konstant gehalten wird, um eine Veränderung der Leistung zu unterdrücken.
  • Gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung ist eine Brennkraftmaschine der ersten Ausführungsform vorgesehen, bei der eine Menge der weiteren Einspritzung zunimmt und eine Last niedriger wird.
  • Bei der Brennkraftmaschine der vierten Ausführungsform nimmt die Menge der weiteren Einspritzung mit der Abnahme der Last zu. D.h., die Menge der Haupteinspritzung nimmt mit der Abnahme der Last ab, während die Menge der weiteren Einspritzung zunimmt. Dies verhindert, dass die Verbrennung ihre Stabilität verliert, wenn das Luftkraftstoffverhältnis in dem Zylinder fett wird, wenn die Last niedrig ist, und wo die Verbrennung dazu neigt, die Stabilität zu verlieren, während die Gesamtmenge der Einspritzung konstant bleibt, um eine Änderung der Leistung zu unterdrücken.
  • Gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung ist eine Brennkraftmaschine der ersten Ausführungsform vorgesehen, bei der nicht nur bei der ersten Verbren nung, sondern ebenfalls bei der zweiten Verbrennung die weitere Einspritzung am Ende eines Kompressionshubs unmittelbar vor dem Zeitpunkt der Haupteinspritzung durchgeführt wird, und ein Zeitpunkt der weiteren Einspritzung während der ersten Verbrennung wird weiter vorgesetzt, als ein Zeitpunkt der weiteren Einspritzung während der zweiten Verbrennung.
  • Bei der Brennkraftmaschine der fünften Ausführungsform wird die weitere Einspritzung bei der ersten Verbrennung am Ende des Kompressionshubs unmittelbar vor der Haupteinspritzung weiter vor der weiteren Einspritzung, die in der zweiten Verbrennung am Ende des Kompressionshubs unmittelbar vor der Haupteinspritzung durchgeführt wird, vorgestellt. Nach dem Bewirken der weiteren Einspritzung zusätzlich zur Haupteinspritzung wird die Verbrennung durch das bei der weiteren Einspritzung gebildete Peroxyd stabilisiert. Wenn die weitere Einspritzung am Ende des Kompressionshubs unmittelbar vor der Haupteinspritzung durchgeführt wird, wird Sauerstoff verbraucht und der Sauerstoff wird knapp, wenn die Haupteinspritzung durchgeführt wird. Wie oben beschrieben, wird daher die weitere Einspritzung bei der ersten Verbrennung am Ende des Kompressionshubs unmittelbar vor der Haupteinspritzung vor der weiteren Einspritzung durchgeführt, die bei der zweiten Verbrennung am Ende des Kompressionshubs unmittelbar vor der Haupteinspritzung durchgeführt wird. D.h., der Zeitpunkt der weiteren Einspritzung bei der ersten Verbrennung liegt vor dem der zweiten Einspritzung, um den Sauerstoffmangel zu unterdrücken, wenn die Haupteinspritzung bei der ersten Verbrennung durchgeführt wird. Die weitere Einspritzung wird bei der ersten Verbrennung durchgeführt, um die Verbrennung unter Verwendung eines bei der weiteren Einspritzung gebildeten Peroxyds zu stabilisieren.
  • Gemäß einer sechsten Ausführungsform der Erfindung ist eine Brennkraftmaschine der ersten Ausführungsform vorgesehen, bei der die Brennkraftmaschine einen Abgasrückführkanal mit einem Katalysator enthält, wobei die weitere Einspritzung durchgeführt wird, wenn die erste Verbrennung durchgeführt wird.
  • Bei der Brennkraftmaschine der sechsten Ausführungsform wird die weitere Einspritzung bei der ersten Verbrennung bei einer Brennkraftmaschine mit einem Abgasrückführkanal mit Katalysator durchgeführt. Bei der ersten Verbrennung strömt Kraftstoff mit einer erhöhten Menge in den Abgasrückführkanal verglichen mit der zweiten Verbrennung. Der Kraftstoff, der in den Abgasrückführkanal gelangt, wird durch den Katalysator in dem Abgasrückführkanal gereinigt. Wenn der Katalysator nicht aktiviert ist, wird jedoch der in den Abgasrückführkanal gelangte Kraftstoff direkt der Verbrennungskammer zugeführt. Wie oben beschrieben, wird daher die weitere Einspritzung bei der ersten Verbrennung durchgeführt, um das Verhältnis des rückgeführten Kraftstoffs verglichen mit dem in die Verbrennungskammer vor der Haupteinspritzung geführten Kraftstoffs zu vermindern. Dies unterdrückt, dass sich die in die Verbrennungskammer vor der Haupteinspritzung geführte Kraftstoffmenge stark ändert, in Abhängigkeit davon, ob der Katalysator in dem Abgasrückführkanal aktiviert wurde.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist eine Gesamtübersicht einer Brennkraftmaschine mit Kompressionszündung gemäß einer ersten Ausführungsform;
  • 2 zeigt ein Diagramm zur Darstellung der erzeugten Ruß- und NOx-Mengen;
  • 3A und 3B sind Diagramme der Verbrennungsdrücke;
  • 4 ist ein Diagramm zur Darstellung der Kraftstoffmoleküle;
  • 5 ist ein Diagramm zur Darstellung einer Beziehung zwischen der erzeugten Rußmenge und dem EGR-Verhältnis;
  • 6 ist ein Diagramm zur Darstellung einer Beziehung zwischen der Kraftstoffeinspritzmenge und der Mischgasmenge;
  • 7 ist ein Diagramm zur Darstellung eines ersten Betriebsbereichs I und eines zweiten Betriebsbereichs II;
  • 8 ist ein Diagramm zur Darstellung des Ausgangs eines Luftkraftstoffverhältnissensors;
  • 9A und 9B sind Diagramme zur Darstellung der Luftkraftstoffverhältnisse im ersten Betriebsbereichs I;
  • 10A und 10B sind Diagramme von Tabellen des Soll-Öffnungsgrades einer Drosselklappe und dem ähnlichen Ventil;
  • 11A und 11B sind Diagramme von Tabellen der Kraftstoffeinspritzmenge;
  • 12A und 12B sind Diagramme zur Darstellung der Luft-Kraftstoffverhältnisse bei der zweiten Verbrennung;
  • 13A und 13B sind Diagramme von Tabellen des Soll-Öffnungsgrades der Drosselklappe und dem ähnlichen Ventil;
  • 14 ist ein Diagramm einer Tabelle der Kraftstoffeinspritzmengen;
  • 15 und 16 sind Fließbilder zur Steuerung des Betriebs der Brennkraftmaschine;
  • 17A bis 17C sind Diagramme von Tabellen zur Darstellung der Grundeinspritzmengen bei der Piloteinspritzung;
  • 18 ist ein Diagramm zur Darstellung der Einspritzzeitpunkte gemäß einer ersten Ausführungsform;
  • 19 ist ein Diagramm zur Darstellung der Kraftstoffeinspritzzeitpunkte gemäß einer dritten Ausführungsform;
  • 20 ist ein Gesamtdiagramm der Brennkraftmaschine mit Kompressionszündung gemäß einer vierten Ausführungsform, jedoch nicht gemäß der Erfindung;
  • 21A bis 21C sind Diagramme zur Darstellung der Verbrennungsdrücke;
  • 22 ist ein Diagramm zur Darstellung des Öffnungsgrades einer Drosselklappe;
  • 23A und 23B sind Diagramme zur Darstellung der Luftkraftstoffverhältnisse in dem ersten Betriebsbereich I;
  • 24A und 24B sind Diagramme von Tabellen zur Darstellung der Soll-Öffnungsgrade der Drosselklappe und dem ähnlichen Ventil;
  • 25A und 25B sind Diagramme zur Darstellung der Luftkraftstoffverhältnisse bei der zweiten Verbrennung;
  • 26A und 26B sind Diagramme von Tabellen zur Darstellung der Soll-Öffnungsgrade der Drosselklappe und dem ähnlichen Ventil;
  • 27 ist ein Diagramm einer Tabelle zur Darstellung der Kraftstoffeinspritzmengen;
  • 28 ist ein Fließbild zur Steuerung des Betriebs der Brennkraftmaschine;
  • 29 ist ein Fließbild zur Darstellung, wie die Verbrennung stabilisiert wird;
  • 30 ist ein Diagramm zur Darstellung eines Betriebsablaufs bei der Zuführung eines elektrischen Stroms zu einer Glühkerze;
  • 31 ist ein Übersichtsdiagramm der Brennkraftmaschine mit Kompressionszündung gemäß einer fünften Ausführungsform, jedoch nicht gemäß der Erfindung;
  • 32 ist eine Schnittansicht zur Darstellung einer Einlassöffnung gemäß der fünften Ausführungsform in vergrößertem Maßstab;
  • 33 ist ein Fließbild zur Darstellung des Verfahrens zum Stabilisieren der Verbrennung gemäß der fünften Ausführungsform; und
  • 34 ist eine Schnittansicht zur Darstellung der Einlassöffnung gemäß der sechsten Ausführungsform in vergrößertem Maßstab, jedoch nicht gemäß der Erfindung.
  • BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • 1 ist ein Diagramm zur Darstellung einer ersten Ausführungsform, bei der die vorliegende Erfindung bei einer Viertaktkompressionszündungs-Verbrennungskraftmaschine verwendet wird. In 1 bezeichnet Bezugsziffer 1 einen Motorblock, 2 einen Zylinderblock, 3 einen Zylinderkopf, 4 einen Kolben, 5 eine Verbrennungskammer, 6 eine elektrisch gesteuerte Kraftstoff einspritzeinrichtung, 7 ein Einlassventil, 8 eine Einlassöffnung, 9 ein Auslassventil und Bezugszeichen 10 bezeichnet eine Auslassöffnung. Die Einlassöffnung 8 ist mit einem Entspannungstank 12 über eine entsprechende Ansaugleitung 11 verbunden. Der Entspannungstank 12 ist über eine Ansaugleitung 13 und einen Zwischenkühler 14 mit der Auslassöffnung eines Aufladers, z.B. mit der Auslassöffnung eines Kompressors 16 eines Abgasturboladers 15 verbunden. Der Einlassabschnitt des Kompressors 16 ist mit einem Luftfilter 18 über eine Luftansaugleitung 17 verbunden, in der eine Drosselklappe 20 angeordnet ist, die von einem Schrittmotor 19 angetrieben wird. Ein Massenströmungsmengendetektor 21 ist in der Luftansaugleitung 17 stromaufwärts der Drosselklappe 20 angeordnet, um die Durchflussmenge der Ansaugluft zu erfassen.
  • Die Auslassöffnung 10 ist mit dem Auslassabschnitt einer Abgasturbine 23 des Abgasturboladers 15 über einen Abgaskrümmer 22 verbunden, und der Auslassabschnitt der Abgasturbine 23 ist mit einem Katalysatorwandler 26, der einen Katalysator 25 mit einer Oxidationsfunktion enthält, über eine Abgasleitung 24 verbunden. Ein Luftkraftstoffverhältnissensor 20 ist in dem Abgaskrümmer 22 angeordnet. Eine Abgasleitung 28 ist mit dem Auslassabschnitt des Katalysatorwandlers 26 verbunden und ist weiter mit der Luftansaugleitung 17 stromaufwärts der Drosselklappe 20 über einen Abgasrückführ- (im Folgenden als EGR abgekürzt) Kanal 29 verbunden, in dem ein von einem Schrittmotor 30 angetriebenes EGR-Steuerventil 31 angeordnet ist. Ein EGR-Kühler 32 ist in dem EGR-Kanal 29 zum Kühlen des EGR-Gases angeordnet, das durch den EGR-Kanal 29 strömt.
  • Bei der Ausführungsform gemäß 1 wird das Kühlwasser des Verbrennungsmotors in den EGR-Kühler 32 geleitet, und das EGR-Gas wird von dem Kühlwasser der Brennkraftmaschine gekühlt. Weiter ist ein Katalysator 53 in dem EGR-Kanal 29 zur Reinigung des EGR-Gases angeordnet, das durch den EGR-Kanal 29 strömt.
  • Die Kraftstoffeinspritzeinrichtung 6 ist mit einem Kraftstoffvorrat oder einem sogenannten Commor Rail 34 über eine Kraftstoffzuführleitung 33 verbunden. Kraftstoff wird dem Common Rail 34 von einer elektrisch gesteuerten variablen Kraftstoffausgabepumpe 35 zugeführt. Der in das Common Rail 34 zugeführte Kraftstoff wird dann über die Kraftstoffzuführleitungen 33 den Krafteinspritzeinrichtungen 6 zugeführt. Ein Kraftstoffdrucksensor 36 zur Erfassung des Kraftstoffdrucks in dem Common Rail 34 ist an dem Common Rail 34 angebracht. Die von der Kraftstoffpumpe 35 ausgegebene Menge wird auf der Grundlage des Ausgangsignals des Kraftstoffdrucksensors 36 gesteuert, sodass der Kraftstoffdruck in dem Common Rail 34 einen Soll-Kraftstoffdruck einnimmt.
  • Die elektronische Steuereinheit 40 umfasst einen digitalen Computer und ist mit einem ROM (Nurlesespeicher) 42, einem RAM (Speicher mit wahlfreiem Zugriff) 43, einer CPU (Mikroprozessor) 44, einem Eingang 45 und einem Ausgang 46 versehen, die miteinander über einen bidirektionalen Bus 41 verbunden sind. Das Ausgangssignal des Strömungsmengendetektors 21 wird über einen entsprechenden AD-Wandler 47 dem Eingang 45 zugeführt. Der Ausgang des Luftkraftstoffverhältnissensor 27 wird über einen entsprechenden RD-Wandler 47 dem Eingang 45 zugeführt, und das Ausgangsignal des Kraftstoffdrucksensors 36 wird über einen entsprechenden AD-Wandler (nicht dargestellt), dem Eingang 45 zugeführt. Ein Lastsensor 51 ist mit einem Fahrpedal 50 verbunden, um eine Ausgangsspannung im Verhältnis zu dem Betrag L, den das Fahrpedal 50 heruntergedrückt ist, zu erzeugen. Die Ausgangsspannung des Lastsensors 51 wird über einen entsprechenden AD-Wandler 47 dem Eingang 45 zugeführt. Weiter ist ein Kurbelwellenwinkelsensor 52 mit dem Eingang 45 verbunden, um einen Ausgangsimpuls zu erzeugen, jedes Mal, wenn sich die Kurbelwelle z.B. um 30° dreht. Die Drehzahl des Motors wird auf der Grundlage der Eingangssignale von dem Kurbelwellenwinkelsensor 52 berechnet. Der Ausgang 46 ist mit der Kraftstoffeinspritzeinrichtung 6, einem Schrittmotor 19 zur Steuerung der Drosselklappe, einem Schrittmotor 30 zur Steuerung des EGR-Steuerventils und der Kraftstoffeinspritzpumpe 35 über entsprechende Treiberschaltkreise 48 verbunden.
  • 2 ist ein Diagramm eines Versuchsbeispiels zur Darstellung der Änderung des Ausgangsdrehmoments und den Mengen der Rauchemission, HC, CO und NOx, wenn sich das Luftkraftstoffverhältnis A/F (Abszisse in 2) durch Ändern des Öffnungsgrades der Drosselklappe 20 und der EGR-Menge, wenn die Brennkraftmaschine in einer Niedriglastbedingung betrieben wird, ändert. Wie man aus 2 sieht, nimmt bei diesem Versuch die EGR-Menge mit einer Abnahme des Luftkraftstoffverhältnisses A/F zu. Die EGR-Menge ist nicht kleiner als 65%, wenn das Luftkraftstoffverhältnis A/F nicht größer als das stöchiometrische Luftkraftstoffverhältnis (ungefähr gleich 14,6) ist. Wie man in 2 sieht, nimmt das Luftkraftstoffverhältnis A/F ab, wenn die EGR-Menge zunimmt, und die Zunahme der erzeugten Rußmenge beginnt, wenn sich die EGR-Menge 40% nähert und das Luftkraftstoffverhältnis A/F etwa 30 wird. Wenn dann die EGR-Menge weiter zunimmt, um das Luftkraftstoffverhältnis A/F zu vermindern, nimmt die erzeugte Rußmenge steil zu und erreicht einen Spitzenwert. Wenn die EGR-Menge weiter erhöht wird, um das Luftkraftstoffverhältnis A/F zu vermindern, nimmt die Rußmenge dann scharf ab. Wenn die EGR-Menge nicht kleiner als 65% wird, und das Luftkraftstoffverhältnis A/F ungefähr 15,0 wird, wird fast kein Rauch erzeugt. D.h., es wird fast kein Ruß erzeugt. Zu diesem Zeitpunkt nimmt das Ausgangsdrehmoment des Verbrennungsmotors leicht ab und die Bildung von NOx nimmt beträchtlich ab. Hierbei beginnt jedoch die Zunahme der HC- und CO-Mengen.
  • 3A zeigt die Änderung des Verbrennungsdrucks in der Verbrennungskammer, wenn die erzeugte Rußmenge in der Nähe des Luftkraftstoffverhältnisses A/F von 21 am höchsten ist, und 3B zeigt eine Änderung des Verbrennungsdrucks in der Verbrennungskammer 5, wenn die erzeugte Rußmenge in der Nähe des Luftkraftstoffverhältnisses A/F von 18 nahezu Null ist. Aus einem Vergleich der 3A mit 3B sieht man, dass der Verbrennungsdruck im Fall von 3B niedriger ist, wo die Rußerzeugung nahezu Null ist, als in dem Fall gemäß 3A, wo große Mengen Ruß erzeugt werden. Obwohl nicht dargestellt, ergibt sich aus den Ergebnissen des Versuchs ähnlich dem von 3A und 3B, dass ein Maximalwert (Spitze) des Verbrennungsdrucks bei der ersten Verbrennung (Niedrigtemperaturverbrennung), wo die der Verbrennungskammer 5 zugeführt EGR-Gasmenge größer als die EGR-Gasmenge ist, bei der die erzeugte Rußmenge einen Spitzenwert erreicht und fast kein Ruß erzeugt wird, geringer ist, als ein Maximalwert (Spitze) des Verbrennungsdrucks bei der zweiten Verbrennung (übliches Verbrennungsverfahren), bei dem die der Verbrennungskammer 5 zugeführte EGR-Gasmenge kleiner als die EGR-Gasmenge ist, bei der die erzeugte Rußmenge einen Spitzenwert erreicht. Aus dieser Tatsache kann man feststellen, dass eine Schwankung in der Motordrehzahl infolge der Explosion der ersten Verbrennung kleiner als eine Schwankung in der Motordrehzahl infolge der Explosion der zweiten Verbrennung ist.
  • Aus den in 2, 3A und 3B dargestellten Versuchsergebnissen kann folgendes festgestellt werden. D.h., erstens, wenn das Luftkraftstoffverhältnis A/F nicht größer als 15,0 und die erzeugte Rußmenge fast Null ist, nimmt die erzeugte NOx-Menge beträchtlich ab, wie in 2 dargestellt. Eine Abnahme der erzeugten NOx-Menge bedeutet, dass die Verbrennungstemperatur in der Verbrennungskammer 5 abgefallen ist. Man kann daher feststellen, dass, wenn fast kein Ruß erzeugt wird, die Verbrennungstemperatur in der Verbrennungskammer 5 niedrig ist. Das gleiche kann man aus den 3A und 3B feststellen. D.h., in dem Zustand gemäß 3B, in dem fast kein Ruß erzeugt wird, ist der Verbrennungsdruck niedrig, und daher die Verbrennungstemperatur in der Verbrennungskammer 5 niedrig.
  • Zweitens, wenn die erzeugte Rauchmenge nahezu Null wird, oder wenn die erzeugte Rußmenge nahezu Null wird, nimmt die Emissionsmenge von HC und CO zu, wie dies in 2 gezeigt ist. Das bedeutet, dass Kohlenwasserstoffe ohne sich in Ruß umzusetzen, ausgegeben werden. D.h., die in 4 gezeigten gradkettigen Kohlenwasserstoffe und aromatischen Kohlwasserstoffe im Kraftstoff unterliegen dem thermischen Zerfall, wenn sie in einen Sauerstoffmangelzustand erwärmt werden, um einen Rußvorläufer zu bilden. Der Ruß, der hauptsächlich feste Kohlenstoffatome enthält, wird erzeugt. In der Praxis wird der Ruß in einem komplexen Verfahren erzeugt, und es ist nicht naheliegend, wie der Rußvorläufer gebildet wird. Wie dem auch sein mag, wachsen die Kohlenwasserstoffe gemäß 4 durch den Rußvorläufer zu Ruß. Wie oben erläutert, nimmt, wenn die erzeugte Rußmenge fast Null wird, die Emission der HC- und CO-Mengen zu, wie in 2 gezeigt. HC ist hier jedoch ein Rußvorläufer oder nimmt einen Kohlenstoffzustand vor dem Vorläufer ein.
  • Aus den in den 2, 3A und 3B gezeigten Versuchsergebnissen kann zusammenfassend festgestellt werden, dass die erzeugte Rußmenge nahezu Null wird, wenn die Verbrennungstemperatur in der Verbrennungskammer 5 niedrig ist. Zu diesem Zeitpunkt werden Rußvorläufer oder Kohlenwasserstoff in einem Zustand vor dem Vorläufer von der Verbrennungskammer 5 ausgegeben. Versuche und Untersuchungen wurden in weiteren Einzelheiten durchgeführt, und man hat erkannt, dass das Verfahren des Rußwachstums nicht beendet ist, wenn die Temperaturen des Kraftstoffs und des umgebenden Gases in der Verbrennungskammer 5 niedriger als eine bestimmte Temperatur sind. Somit wird überhaupt kein Ruß erzeugt. Der Ruß wird jedoch erzeugt, wenn der Kraftstoff und des umgebenden Gases in der Verbrennungskammer 5 über eine bestimmte Temperatur erwärmt werden.
  • Es ist schwierig, genau die Temperaturen des Kraftstoffes und des Umgebungsgases zu spezifizieren, bei denen die Bildung von Kohlenwasserstoffen in Form von Rußvorläufern unterbrochen wird, ohne beendigt zu werden, da sich die Temperaturen in Abhängigkeit von verschiedenen Faktoren ändern, wie z.B. der Art des Kraftstoffs, des Luftkraftstoffverhältnisses, des Kompressionsverhältnisses usw. Diese Temperaturen haben jedoch einen starken Einfluss auf die NOx-Mengenerzeugung. Die Temperaturen können bis zu einem gewissen Maß aus der NOx-Erzeugung spezifiziert werden. D.h., wenn die EGR-Menge zunimmt, nehmen die Temperaturen des Kraftstoffs und des umgebenden Gases während der Verbrennung ab und die erzeugte NOx-Menge nimmt ebenfalls ab. Es wird fast kein Ruß erzeugt, wenn die erzeugte NOx-Menge unterhalb etwa 10ppm oder weniger abnimmt. Die obige Temperatur stimmt mit der Temperatur fast überein, bei der die erzeugte NOx-Menge 10ppm oder weniger wird. Ruß, der einmal erzeugt wurde, kann jedoch nicht entfernt werden, auch nicht durch eine Nachbehandlung unter Verwendung eines Katalysators mit einer Oxidationsfunktion. Im Gegensatz dazu können der Rußvorläufer oder die Kohlenwasserstoffe im Zustand vor dem Vorläufer leicht durch die Nachbehandlung unter Verwendung des Katalysators mit einer Oxidationsfunktion entfernt werden. Bei dieser Nachbehandlung mittels des Katalysators mit Oxidationsfunktion besteht jedoch ein großer Unterschied darin, ob die Kohlenwasserstoffe von der Verbrennungskammer 5 in Form von dem Rußvorläufer oder in einem Zu stand vor dem Vorläufer ausgegeben werden, oder in Form von Ruß von der Verbrennungskammer 5 ausgegeben werden. Das neue verwendete Verbrennungssystem gemäß der Erfindung basiert auf der Idee der Ausgabe von Kohlenwasserstoffen aus der Verbrennungskammer 5 in Form eines Rußvorläufers oder in Form vor dem Vorläufer, ohne dass in der Verbrennungskammer 5 Ruß erzeugt wird, um die Kohlenwasserstoffe unter Verwendung des Katalysators mit Oxidationsfunktion zu oxidieren.
  • Um das Wachstum der Kohlenwasserstoffe in einem Zustand bevor Ruß erzeugt wird zu unterbrechen, ist es notwendig, die Temperaturen des Kraftstoffs und des umgebenden Gases zur Zeit in der Verbrennungskammer niedriger als eine Temperatur zu halten, bei der Ruß erzeugt wird. In diesem Fall hat man festgestellt, dass die endotherme Aktion des den Kraftstoff zur Zeit der Verbrennung des Kraftstoff umgebenden Gases einen großen Einfluss auf das Vermindern der Temperaturen des Kraftstoffs und des umgebenden Gases hat. D.h., wenn nur Luft den Kraftstoff umgibt, reagiert der verdampfte Kraftstoff leicht mit dem Sauerstoff in der Luft und verbrennt. In diesem Fall steigt die Temperatur der Luft von dem Kraftstoff entfernt nicht viel an, jedoch ist die Temperatur ringsum den Kraftstoff örtlich sehr hoch. D.h., zu dieser Zeit absorbiert die vom Kraftstoff entfernte Luft keine Verbrennungswärme des Kraftstoffs. Die Verbrennungstemperatur wird örtlich sehr hoch und die nicht verbrannten Kohlenwasserstoffe müssen die Verbrennungswärme aufnehmen und wandeln sich in Ruß um. Diese Situation wird jedoch in gewissem Maß anders, wenn in dem Gasgemisch einer großen Inertgasmenge und einer kleinen Luftmenge Kraft stoff vorhanden ist. In diesem Fall diffundiert der verdampfte Kraftstoff in die Umgebung und reagiert mit dem in dem Inertgas enthaltenen Sauerstoff zur Verbrennung. In diesem Fall wird die Verbrennungswärme durch das umgebende Inertgas absorbiert, und die Verbrennungstemperatur nimmt nicht stark zu. Es ist nämlich möglich, die Verbrennungstemperatur niedrig zu halten. D.h., das Vorhandensein des Inertgases spielt eine wichtige Rolle bei der Absenkung der Verbrennungstemperatur und es ist möglich, die Verbrennungstemperatur aufgrund der endothermen Aktion des Inertgases niedrig zu halten. Die Temperaturen des Kraftstoffes und des umgebenden Gases werden niedriger gehalten als die Temperatur, bei der Ruß erzeugt wird, indem man nur Inertgas in einer ausreichend großen Menge verwendet, um die Wärme auf ein ausreichendes Maß zu absorbieren. Wenn die Kraftstoffmenge zunimmt, muss entsprechend die Inertgasmenge zunehmen. Je größer die spezifische Wärme des Inertgases ist, um so stärker ist die endotherme Aktion, sodass man anstrebt, dass das Inertgas eine große spezifische Wärme aufweist. Diesbezüglich weist CO2 und EGR-Gas eine relativ große spezifische Wärme auf, und daher wird EGR-Gas verwendet.
  • 5 zeigt eine Beziehung zwischen der EGR-Menge und dem Rauch, wenn EGR-Gas als Inertgas verwendet wird und das EGR-Gas wird in unterschiedliche Mengen gekühlt. D.h., eine Kurve A in 5 stellt den Fall dar, in dem die Temperatur des EGR-Gases bei etwa 90°C gehalten wird, in dem das EGR-Gas stark gekühlt wird, und eine Kurve B stellt einen Fall dar, in dem das EGR-Gas unter Verwendung einer kleinen Kühleinrichtung gekühlt wird, und eine Kurve C stellt den Fall dar, in dem das EGR-Gas nicht stark abgekühlt wird. Wenn das EGR-Gas stark gekühlt wird, wie dies mittels der Kurve A in 5 gezeigt ist, erreicht die Rußerzeugung einen Spitzenwert unmittelbar bevor die EGR-Menge 50% erreicht. In diesem Fall wird daher kein Ruß erzeugt, wenn die EGR-Menge nicht kleiner als etwa 55% ist.
  • Andererseits erreicht die Rußerzeugung einen Spitzenwert, wenn das EGR-Gas leicht gekühlt wird, wie durch die Kurve B in 5 gezeigt, wenn die EGR-Menge ein wenig höher als 50% liegt. In diesem Fall wird fast kein Ruß erzeugt, wenn die EGR-Menge nicht kleiner als etwa 65% ist. Wenn das EGR-Gas nicht stark gekühlt wird, wie durch die Kurve C in 5 gezeigt, erreicht die Rußerzeugung einen Spitzenwert, wenn die EGR-Menge nahe 55% liegt. In diesem Fall wird daher kein Ruß erzeugt, wenn die EGR-Menge nicht kleiner als etwa 70% liegt. 5 zeigt die erzeugte Rußmenge, wenn die Motorlast relativ hoch ist. Wenn die Motorlast abnimmt, nimmt die EGR-Menge, bei der die erzeugte Rußmenge einen Spitzenwert erreicht, ein wenig ab, und die untere Grenze der EGR-Menge, bei der fast kein Ruß erzeugt wird, nimmt auf ein kleines Maß ebenfalls ab. Auf diese Weise ändert sich die untere Grenze der EGR-Menge, bei der fast kein Ruß erzeugt wird entsprechend dem Kühlungsgrad des EGR-Gases und der Motorlast.
  • 6 zeigt die Menge des Gasgemischs von EGR-Gas und Luft, das Verhältnis der Luft in dem Gasgemisch und das Verhältnis des EGR-Gases im Gasgemisch, das zur Abnahme der Temperatur des Kraftstoffs und des umge benden Gases bei der Verbrennung erforderlich ist, damit sie niedriger wird, als die Temperatur, bei der unter Verwendung des EGR-Gases als Inertgas Ruß erzeugt wird. In 6 stellt die Ordinate die Gesamtmenge des von der Verbrennungskammer 5 angesaugten Gases dar, und die gestrichelte Linie Y stellt die Gesamtmenge des Gases dar, die von der Verbrennungskammer 5 angesaugt werden kann, wenn die Aufladung nicht durchgeführt wird. Die Abszisse stellt die erforderliche Last dar.
  • In 6 steht das Verhältnis der Luft, d.h. der Luftmenge in dem Gasgemisch für die Luftmenge, die erforderlich ist, um den Kraftstoff vollständig zu verbrennen. In dem in 6 dargestellten Fall ist das Verhältnis der Luftmenge und der Kraftstoffeinspritzmenge das stöchiometrische Luftkraftstoffverhältnis. In 6 steht weiter das Verhältnis des EGR-Gases, d.h. die Menge des EGR-Gases in dem Gasgemisch, für eine minimale EGR-Gasmenge, die erforderlich ist, um die Temperaturen des Kraftstoffs und des umgebenden Gases abzusenken, wenn der eingespritzte Kraftstoff verbrennt, damit sie niedriger als die Temperatur ist, bei der Ruß erzeugt wird. Ausgedruckt in der EGR-Gasmenge ist die EGR-Gasmenge nicht kleiner als 55% und in der in 6 dargestellten Ausführungsform nicht kleiner als 70%. D.h., wenn die Gesamtmenge des von der Verbrennungskammer 5 angesaugten Gases durch die ausgezogene Linie X dargestellt wird und das Verhältnis der Luft zum EGR-Gas in der Gesamtmenge X des angesaugten Gases, wie in 6 gezeigt ist, eingestellt ist, werden die Temperaturen des Kraftstoffs und des umgebenden Gases niedriger als die Temperatur, bei der Ruß erzeugt wird. Somit wird insgesamt kein Ruß erzeugt. Die zu dieser Zeit ausgegebene NOx-Menge liegt bei etwa 10ppm oder niedriger; d.h. NOx wird nur in sehr kleinen Mengen ausgegeben.
  • Eine Zunahme der Kraftstoffeinspritzung führt zu einer Zunahme der erzeugten Wärme, wenn der Kraftstoff verbrennt. Um die Temperaturen des Kraftstoffs und des umgebenden Gases niedriger als die Temperatur zu halten, bei der Ruß erzeugt wird, muss daher die Wärme in einer erhöhten Menge durch das EGR-Gas absorbiert werden. Wie in 6 gezeigt, muss daher die EGR-Menge mit der Zunahme der Kraftstoffeinspritzmenge zunehmen. D.h., die EGR-Gasmenge muss mit der Zunahme der erforderlichen Last zunehmen.
  • Wenn keine Aufladung durchgeführt wird, wird die obere Grenze der in die Verbrennungskammer 5 angesaugte Gesamtmenge X des Gases durch die Linie Y dargestellt. In einem Bereich, in dem die erforderliche Last größer als L0 in 6 ist, kann daher das Luftkraftstoffverhältnis nicht beim stöchiometrischen Luftkraftstoffverhältnis gehalten werden, wenn nicht die EGR-Gasmenge mit einer Zunahme der erforderlichen Last abnimmt. D.h., wenn man versucht, das Luftkraftstoffverhältnis bei dem stöchiometrischen Luftkraftstoffverhältnis in dem Bereich zu halten, in dem die erforderliche Last größer als L0 ist, ohne die Aufladung durchzuführen, nimmt die EGR-Menge mit der Zunahme der erforderlichen Last ab. In dem Bereich, in dem die erforderliche Last größer als L0 ist, ist es daher nicht länger möglich, die Temperaturen des Kraftstoffs und des umgebenden Gases niedriger als die Temperatur zu halten, bei der Ruß erzeugt wird.
  • Wenn das EGR-Gas in die Ansaugseite des Aufladers zurückgeführt wird, d.h. die Luftansaugleitung 17 des Abgasturboladers 15 von 1, kann die EGR-Menge so gehalten werden, dass sie nicht kleiner als 55%, z.B. bei 70% in einem Bereich liegt, bei dem die erforderliche Last nicht kleiner als L0 ist, und somit können die Temperaturen des Kraftstoffs und des umgebenden Gases niedriger gehalten werden, als die Temperatur, bei der Ruß erzeugt wird. D.h., wenn EGR-Gas so zurückgeführt wird, dass die EGR-Menge bei z.B. 70% in der Luftansaugleitung 17 liegt, wird die EGR-Menge des Ansauggases durch den Kompressor 16 des Abgasturboladers 15 erhöht, sodass sie bei 70% liegt. Die Temperaturen des Kraftstoffs und des umgebenden Gases können niedriger gehalten werden, als die Temperatur, bei der Ruß erzeugt wird, bis zu einer Grenze eines durch den Kompressor 16 erzeugten Drucks. Es ist daher möglich, den Bereich des Motorbetriebs auszuweiten, wo die Niedrigtemperaturverbrennung durchgeführt werden kann. Um eine EGR-Menge von nicht kleiner als 50% in dem Bereich zu erreichen, wo die erforderliche Last größer als L0 ist, wird das Steuerventil 31 vollständig geöffnet und die Drosselklappe 20 ein wenig geschlossen.
  • Wie oben erläutert, stellt 6 den Fall der Verbrennung des Kraftstoffs bei dem stöchiometrischen Kraftstoffverhältnis dar. Auch wenn die Luftmenge so vermindert wird, dass sie kleiner als die in 6 dargestellte Luftmenge ist, d.h. auch wenn das Luftkraftstoffverhältnis fett gemacht wird, ist es mög lich, die erzeugte NOx-Menge auf etwa 10ppm oder weniger zu vermindern, wobei die Rußerzeugung verhindert wird. Wenn weiter auch die Luftmenge erhöht wird, sodass sie größer als die in 6 gezeigte Luftmenge wird, d.h., auch wenn das mittlere Luftkraftstoffverhältnis mager bei 17 bis 18 eingestellt wird, kann die NOx-Erzeugung auf etwa 10ppm oder niedriger vermindert werden, wobei die Rußerzeugung verhindert wird.
  • D.h., wenn das Luftkraftstoffverhältnis fett gemacht wird, wird zuviel Kraftstoff zugeführt. Da die Kraftstofftemperatur jedoch niedrig ist, wandelt sich der Kraftstoff nicht in Ruß um, sodass kein Ruß erzeugt wird. Hierbei wird das NOx auf nur sehr kleine Mengen reduziert. Wenn andererseits das mittlere Luftkraftstoffverhältnis mager ist, oder wenn das Luftkraftstoffverhältnis das stöchiometrische Kraftstoffverhältnis ist, wird Ruß in kleinen Mengen erzeugt, wenn die Verbrennungstemperatur hoch wird. Bei der vorliegenden Erfindung wird die Verbrennungstemperatur jedoch niedrig gehalten, sodass überhaupt kein Ruß erzeugt wird. Dabei wird NOx in nur sehr kleinen Mengen erzeugt.
  • Auf diese Weise wird kein Ruß erzeugt und NOx nur in sehr kleinen Mengen erzeugt, unabhängig vom ob dem Luftkraftstoffverhältnis während der Niedrigtemperaturverbrennung, d.h., unabhängig davon, ob das Luftkraftstoffverhältnis fett oder das stöchiometrische Luftkraftstoffverhältnis ist, oder ob das mittlere Luftkraftstoffverhältnis mager ist. Vom Standpunkt des Kraftstoffwirkungsgrades wird daher angestrebt, das mittlere Luftkraftstoffverhältnis mager zu halten.
  • Die Temperaturen des Kraftstoffs und des umgebenden Gases in der Verbrennungskammer können daher bei der Verbrennung niedriger als die Temperatur gehalten werden, bei der das Wachstum der Kohlenwasserstoffe ohne Beendigung unterbrochen wird, und zwar bei dem mittleren bis Niedriglastbetriebsbetreichs des Motors, wo durch die Verbrennung nur relativ geringe Wärmemengen erzeugt werden. Bei der Ausführungsform gemäß der Erfindung wird daher, wenn sich der Motor in dem mittleren bis Niedriglastbereich befindet, eine erste Verbrennung durch Vermindern der Temperaturen des Kraftstoffs und des umgebenden Gases bei der Verbrennung auf eine niedrigere Temperatur als die Temperatur, bei der das Wachstum der Kohlenwasserstoffe ohne Beendigung unterbrochen wird, bewirkt, um dadurch eine Niedrigtemperaturverbrennung zu erreichen. Wenn der Motor sich im Hochlastbereich befindet, wird andererseits eine zweite Verbrennung durchgeführt, d.h., die normale Verbrennung wie üblich. Auch wenn der Motor sich in dem mittleren Niedriglastbereich befindet, kann die zweite Verbrennung durchgeführt werden, in Abhängigkeit von der Betriebsbedingung des Motors. Aus der obigen Beschreibung wird deutlich, dass die erste Verbrennung oder die Niedrigtemperaturverbrennung eine Verbrennung darstellt, bei der die Inertgasmenge in der Verbrennungskammer größer als die Inertgasmenge ist, bei der die Rußerzeugung einen Spitzenwert erreicht, sodass fast kein Ruß erzeugt wird, während bei der zweiten Verbrennung oder der normalen Verbrennung eine Verbrennung durchgeführt wird, bei der die Inertgasmenge in der Verbrennungskammer geringer als die Inertgasmenge ist, bei der die Rußerzeugung einen Spitzenwert erreicht.
  • 7 zeigt einen ersten Betriebsbereich I, in dem die erste Verbrennung bewirkt wird, d.h., in dem die Niedrigtemperaturverbrennung bewirkt wird, und einen zweiten Betriebsbereich II, in dem die zweite Verbrennung bewirkt wird, d.h., die Verbrennung wird entsprechend dem üblichen Verbrennungsverfahren durchgeführt. In 7 stellt die Ordinate L den Betrag dar, den das Fahrpedal 50 heruntergedrückt ist, d.h., sie stellt die erforderliche Last dar, und die Abszisse N stellt die Motordrehzahl dar. In 7 stellt weiter eine Kurve X (N) eine erste Grenze zwischen dem ersten Betriebsbereich I und dem zweiten Betriebsbereich II dar, und eine Kurve Y (N) stellt eine zweite Grenze zwischen dem ersten Betriebsbereich I und dem zweiten Betriebsbereich II dar, und eine Kurve Y (N) stellt eine zweite Grenze zwischen dem ersten Betriebsbereich I und dem zweiten Betriebsbereich II dar. Eine Änderung des Betriebsbereichs von dem ersten Betriebsbereich I zum zweiten Betriebsbereich II wird auf der Grundlage der ersten Grenze X (N) bestimmt, während eine Änderung in dem Betriebsbereich von dem zweiten Betriebsbereich II zum ersten Betriebsbereich I auf der Grundlage der zweiten Grenze Y (N) bestimmt wird.
  • D.h., wenn die erforderliche Last L die erste Grenze X (N) überschreitet, die eine Funktion der Motordrehzahl N ist, während die Betriebsbedingung sich im ersten Betriebsbereich I befindet und die Niedrigtemperaturverbrennung durchgeführt wird, wird so bestimmt, dass der Betriebsbereich sich in den zweiten Betriebsbe reich II verschoben hat, und die Verbrennung wird entsprechend der üblichen Verbrennung durchgeführt. Wenn die erforderliche Last L kleiner als die zweite Grenze Y (N) wird, die eine Funktion der Motordrehzahl N darstellt, wird so bestimmt, dass sich der Betriebsbereich in den ersten Betriebsbereich I verschoben hat, und die Niedrigtemperaturverbrennung wird erneut durchgeführt.
  • Wie oben beschrieben, sind zwei Grenzen vorgesehen, d.h. die erste Grenze X (N) und die zweite Grenze Y (N) an der Seite einer kleineren Last als der der ersten Grenze X (N) aus den folgenden zwei Gründen. Der erste Grund ist, dass die Verbrennungstemperatur auf der Hochlastseite des zweiten Betriebsbereichs II relativ hoch ist, und auch wenn die erforderliche Last L kleiner als die erste Grenze X (N) wird, kann die Niedrigtemperaturverbrennung nicht leicht eingenommen werden. D.h., die Niedrigtemperaturverbrennung wird nicht eingenommen, wenn nicht die erforderliche Last L entsprechend klein ist, d.h., dass sie kleiner ist, als die zweite Grenze Y (N). Ein zweiter Grund liegt in der Schaffung einer Hysterese zur Änderung des Betriebsbereichs zwischen dem ersten Betriebsbereich I und dem zweiten Betriebsbereich II.
  • Wenn die Motorbetriebsbedingung in dem ersten Betriebsbereich I liegt, und die Niedrigtemperaturverbrennung durchgeführt wird, wird fast kein Ruß erzeugt, jedoch werden stattdessen verbrannte Kohlenwasserstoffe in Form eines Rußvorläufers oder in einer Form vor dem Vorläufer von der Verbrennungskammer 5 ausgegeben. Die unverbrannten Kohlenwasserstoffe aus der Verbrennungskammer 5 werden vorzugsweise mittels des Katalysators 25 mit der Oxidationsfunktion oxidiert. Ein Oxidationskatalysator kann als der Katalysator 25 verwendet werden.
  • 8 zeigt den Ausgang des Luftkraftstoffverhältnissensor 27. Wie in 8 gezeigt, ändert sich der Ausgangsstrom I des Luftkraftstoffverhältnissensor 27 entsprechend dem Luftkraftstoffverhältnis A/F. Es ist daher möglich, aus dem Ausgangsstrom I des Luftkraftstoffverhältnissensors 27 das Luftkraftstoffverhältnis abzuleiten.
  • 9A zeigt ein Soll-Luftkraftstoffverhältnis A/F in dem ersten Betriebsbereich I. In 9A stellen die Kurven A/F = 15,5, A/F = 16, A/F = 17 und A/F = 18 jene Kurven dar, wenn das Luftkraftstoffverhältnis 15,5, 16, 17 und 18 beträgt, und die Luftkraftstoffverhältnisse zwischen den Kurven werden durch proportionale Verteilung bestimmt. Wie in 9A gezeigt, ist das Luftkraftstoffverhältnis im ersten Betriebsbereich I mager. In dem ersten Betriebsbereich I wird das Luftkraftstoffverhältnis A/F mager, wenn die erforderliche Last L abnimmt. D.h., die durch die Verbrennung erzeugte Wärme nimmt mit der Abnahme der erforderlichen Last L ab. Die Niedrigtemperaturverbrennung kann daher durchgeführt werden, auch bei niedrigerer EGR-Menge mit Abnahme der erforderlichen Last. Das Luftkraftstoffverhältnis nimmt mit einer Abnahme der EGR-Menge zu, sodass das Soll-Luftkraftstoffverhältnis A/F mit der Abnahme der erforderlichen Last L zunimmt, wie in 9A gezeigt. Der Kraftstoffwirkungsgrad verbessert sich mit einer Zunahme des Soll-Luftkraftstoff verhältnisses A/F. Entsprechend der Ausführungsform der Erfindung wird das Soll-Luftkraftstoffverhältnis A/F erhöht, wenn die erforderliche Last L abnimmt, um das Luft-Kraftstoffverhältnis so mager wie möglich zu machen.
  • Das Soll-Luftkraftstoffverhältnis A/F gemäß 9A wurde vorher in dem ROM 42 in Form einer Tabelle als Funktion der erforderlichen Last L und der Motordrehzahl N gespeichert, wie in 9B gezeigt. Weiter wurden die Soll-Öffnungsgrade ST der Drosselklappe 20, die zum Erreichen des Soll-Luftkraftstoffverhältnisses A/F gemäß 9A erforderlich sind, vorher in dem ROM 42 in Form einer Tabelle als Funktion der erforderlichen Last L und der Motordrehzahl N gespeichert, wie in 10A gezeigt. Weiter wurden die Soll-Öffnungsgrade SE des EGR-Steuerventils 31, die notwendig sind, um das Luftkraftstoffverhältnis auf das Soll-Luftkraftstoffverhältnis A/F gemäß 9A einzustellen, vorher in dem ROM 42 in Form einer Tabelle als Funktion der erforderlichen Last L und der Motordrehzahl N gespeichert, wie in 10B gezeigt.
  • Wenn die erste Verbrennung durchgeführt wird, wird weiter die Menge Qm der Hauptkraftstoffeinspritzung auf der Grundlage der erforderlichen Last L und der Motordrehzahl N berechnet. Die Menge Qm der Hauptkraftstoffeinspritzung Qm wurde vorher in dem ROM 42 in Form einer Tabelle als Funktion der erforderlichen Last L und der Motordrehzahl N gespeichert, wie in 11A gezeigt. Weiter wurde der Zeitpunkt θS für den Beginn der Hauptkraftstoffeinspritzung in die Nähe des Kompressions-Totpunkts TDC eingestellt und vorher in dem ROM 42 in Form einer Tabelle als Funktion der erforderlichen Last L und der Motordrehzahl N gespeichert, wie in 11B gezeigt, sodass der Zeitpunkt mit Zunahme der erforderlichen Last L verzögert wird.
  • 12A zeigt Soll-Luftkraftstoffverhältnisse A/F zur Zeit der zweiten Verbrennung, d.h. zur Zeit der normalen Verbrennung mittels des üblichen Verbrennungsverfahrens. In 12A stellen die durch A/F = 24, A/F = 35, A/F = 45 und A/F = 60 die Kurven für die Soll-Luftkraftstoffverhältnisse 24, 35, 45 bzw. 60 dar. Die Luftkraftstoffverhältnisse A/F gemäß 12A wurden vorher in dem ROM 42 in Form einer Tabelle als Funktion der erforderlichen Last L und der Motordrehzahl N gespeichert, wie in 12B gezeigt. Die Soll-Öffnungsgrade ST der Drosselklappe 20 zur Einstellung des Luftkraftstoffverhältnisses auf das Soll-Luftkraftstoffverhältnis A/F gemäß 12A wurden vorher in dem ROM 42 in Form einer Tabelle als Funktion der erforderlichen Last L und der Motordrehzahl N gespeichert, wie in 13A gezeigt, und die Soll-Öffnungsgrade SE des EGR-Steuerventils 31, die zum Einstellen des Luftkraftstoffverhältnisses auf die Soll-Luftkraftstoffverhältnisse A/F gemäß 12A notwendig sind, wurden vorher in dem ROM 42 in Form einer Tabelle als Funktion der erforderlichen Last und der Motordrehzahl N gespeichert, wie in 13B gezeigt. Wenn die zweite Verbrennung durchgeführt wird, wird die Menge Q der Kraftstoffeinspritzung auf der Grundlage der erforderlichen Last L und der Motordrehzahl N berechnet. Die Kraftstoffeinspritzmenge Q wurde vorher in dem ROM 42 in Form einer Tabelle als Funkti on der erforderlichen Last und der Motordrehzahl N gespeichert, wie in 14 gezeigt.
  • Im Folgenden wird die Steuerung des Betriebs gemäß der Ausführungsform unter Bezugnahme auf 15 und 16 beschrieben. In 15 und 16 wird zuerst bei Schritt 100 bestimmt, ob ein Merker I gesetzt wurde, um anzuzeigen, dass die Betriebsbedingung des Motors sich im ersten Betriebsbereich I befindet. Wenn der Merker I gesetzt ist, d.h., wenn die Betriebsbedingung des Motors sich in dem ersten Betriebsbereich I befindet, geht das Programm zu Schritt 101, wo bestimmt wird, ob die erforderliche Last größer als die Grenze X (N) geworden ist. Wenn L ≤ X (N) ist, geht das Programm zu Schritt 103, um die erste Verbrennung (Niedrigtemperaturverbrennung) durchzuführen. Wenn andererseits bei Schritt 101 bestimmt wird, dass L > X (N) ist, geht das Programm zu Schritt 102, wo der Merker I zurückgesetzt wird. Das Programm geht dann zu Schritt 118, wo die zweite Verbrennung (normale Verbrennung, d.h. Verbrennung mit dem üblichen Verbrennungsverfahren) durchgeführt wird.
  • Wenn der Merker I bei Schritt 100 nicht gesetzt wurde, d.h., wenn die Betriebsbedingung des Motors sich in dem zweiten Betriebsbereich II befindet, geht das Programm zu Schritt 116, wo bestimmt wird, ob die erforderliche Last kleiner als die zweite Grenze X (N) geworden ist. Wenn L ≥ X (N) ist, geht das Programm zu Schritt 118, wo die zweite Verbrennung bewirkt wird. Wenn bei Schritt 116 bestimmt wird, dass L < Y (N) ist, geht das Programm zu Schritt 117, wo der Merker I gesetzt wird. Das Programm geht dann zu Schritt 103, um die erste Verbrennung durchzuführen.
  • Bei Schritt 103 wird der Soll-Öffnungsgrad ST der Drosselklappe 20 aus der in 10A gezeigten Tabelle berechnet, und der Öffnungsgrad der Drosselklappe als Soll-Öffnungsgrad ST verwendet. Dann wird bei Schritt 104 ein Soll-Öffnungsgrad SE des EGR-Steuerventils 31 aus der in 10B gezeigten Tabelle berechnet, und der Öffnungsgrad des EGR-Steuerventils 31 wird als der Soll-Öffnungsgrad SE verwendet. Im Folgenden wird bei Schritt 105 eine Soll-Kraftstoffeinspritzmenge Qm der Haupteinspritzung aus der in 11A gezeigten Tabelle berechnet, und die Hauptkraftstoffeinspritzmenge wird als die Soll-Kraftstoffeinspritzmenge Qm verwendet. Dann wird bei Schritt 106 ein Soll-Zeitpunkt θS für den Beginn der Hauptkraftstoffeinspritzung aus der in 11B gezeigten Tabelle berechnet, und der Zeitpunkt für den Beginn der Hauptkraftstoffeinspritzung wird als Soll-Zeitpunkt θS für den Beginn der Kraftstoffeinspritzung verwendet.
  • Im Folgenden wird bei Schritt 107 bestimmt, ob die Anreicherung des Abgases gefordert wurde. Wenn die Antwort NEIN ist, geht das Programm zu Schritt 108 und eine Hilfskrafteinspritzung oder eine sogenannte Piloteinspritzung wird in der Nähe des oberen Kompressions-Totpunktes TDC am Ende des Kompressionshubes unmittelbar vor der Haupteinspritzung durchgeführt. Wenn die Antwort JA ist, geht das Programm andererseits zu Schritt 113, wo die Hilftkraftstoffeinspritzung in der Nähe des oberen Kompressions-Totpunktes TDC beim Ex pansionshub nach der Haupteinspritzung durchgeführt wird.
  • Bei Schritt 108 wird eine Grundeinspritzmenge Qpbase der Piloteinspritzung auf der Grundlage der in 17A gezeigten Tabelle berechnet, die vorher in dem ROM 42 als eine Funktion der erforderlichen Last L und der Motordrehzahl N gespeichert wurde. D.h. im Einzelnen, die Basiseinspritzmenge Qpbase der Piloteinspritzung wurde eingestellt, um sich mit einer Abnahme der erforderlichen Last L zu erhöhen, und um sich mit einer Zunahme der Motordrehzahl N zu erhöhen. Dann wird bei Schritt 109 A/F auf der Grundlage des Ausgangs des Luftkraftstoffverhältnissensors 27 berechnet. Bei Schritt 110 wird eine Korrekturmenge Qpadj für die Grundeinspritzmenge auf der Grundlage des bei Schritt 109 berechneten A/F auf der Grundlage der in 17B gezeigten Tabelle berechnet, die eine Beziehung zwischen A/F und der Korrekturmenge Qpadj für die Grundeinspritzmenge darstellt. Die Korrekturmenge Qpadj wurde so eingestellt, dass sie zunimmt, wenn das Luftkraftstoffverhältnis dicht wird. Dann wird bei Schritt 111 eine Endeinspritzmenge Qpfin auf der Grundlage der Grundeinspritzmenge Qpbase und der Korrekturmenge dafür Qpadj (QPfin ← Qbase + Qgadj) berechnet. Die Endeinspritzmenge Qpfin der Piloteinspritzung nimmt nämlich zu, wenn das Luftkraftstoffverhältnis dicht wird. D.h., bei Schritt 112 wird ein Soll-Zeitpunkt θSp für den Beginn der Piloteinspritzung aus der in 17C gezeigten Tabelle berechnet, und der Zeitpunkt für den Beginn der Piloteinspritzung wird als der Soll-Zeitpunkt θSp für den Beginn der Kraftstoffeinspritzung verwendet. D.h., der Zeitpunkt θSp für den Beginn der Pilotkraftstoffeinspritzung wird vorgestellt, wenn die erforderliche Last L klein wird, und wird vorgestellt, wenn die Motordrehzahl N zunimmt.
  • Bei Schritt 113 wird die Endeinspritzmenge Qpfin der Piloteinspritzung auf Null gebracht. Dann wird bei Schritt 114 die Ansaugluftmenge Ga, die mittels des Strömungsmengendetektors 21 erfasst wurde, gelesen. Bei Schritt 115 wird die Einspritzmenge Qa beim Expansionshub berechnet (Qa ← Ga/12 – Qm).
  • Bei dieser beschriebenen Ausführungsform wird, wenn die erste Verbrennung durchgeführt wird, die Haupteinspritzung in der Nähe des oberen Kompressions-Totpunktes TDC gefolgt von der Piloteinspritzung durchgeführt, oder die Einspritzung beim Expansionshub zu einem von der Haupteinspritzung unterschiedlichen Zeitpunkt. D.h., wenn die erste Verbrennung durchgeführt wird, es jedoch nicht erforderlich ist, das Abgas anzureichern, wird die Piloteinspritzung (Qp) zuerst am Ende des Kompressionshubs durchgeführt, wie in 18(A) gezeigt, und dann wird die Haupteinspritzung (Qm) in der Nähe des oberen Kompressions-Totpunktes TDC durchgeführt. Wenn es andererseits erforderlich ist, das Abgas anzureichern, während die erste Verbrennung durchgeführt wird, wird zuerst die Haupteinspritzung (Qm) in der Nähe des oberen Kompressions-Totpunktes TDC, wie in 18(B) durchgeführt, und dann wird die Einspritzung (Qa) beim Expansionshub durchgeführt.
  • Bei Schritt 118 wird andererseits eine Soll-Kraftstoffeinspritzmenge Q aus der in 14 gezeig ten Tabelle berechnet, und diese Kraftstoffeinspritzmenge wird als die Soll-Kraftstoffeinspritzmenge Q verwendet. Dann wird bei Schritt 119 ein Soll-Öffnungsgrad ST der Drosselklappe 20 aus der in 13A gezeigten Tabelle berechnet. Bei Schritt 120 wird ein Soll-Öffnungsgrad SE des EGR-Steuerventils 31 aus der in 13B gezeigten Tabelle berechnet, und der Öffnungsgrad des EGR-Steuerventils 31 wird als der Soll-Öffnungsgrad SE verwendet. Bei Schritt 121 wird dann eine Luftansaugmenge Ga, die von dem Strömungsmengendetektor erfasst wurde, gelesen.
  • Bei Schritt 122 wird dann ein reales Luftkraftstoffverhältnis (A/F)R aus der Kraftstoffeinspritzmenge Q und der Ansaugluftmenge Ga berechnet. Bei Schritt 123 wird ein Soll-Luftkraftstoffverhältnis A/F aus der in 12B gezeigten Tabelle berechnet. Dann wird bei Schritt 124 bestimmt, ob das reale Luftkraftstoffverhältnis (A/F)R größer als das Soll-Luftkraftstoffverhältnis A/F ist. Wenn (A/F)R > A/F ist, geht das Programm zu Schritt 125, wo ein Korrekturwert ΔST für den Drosselklappenöffnungsgrad nur um einen bestimmten Wert α vermindert wird, und das Programm geht zu Schritt 127. Wenn (A/F)R ≤ A/F ist, geht das Programm andererseits zu Schritt 126, wo der Korrekturwert ΔST um den bestimmten Wert α erhöht wird, und das Programm geht zu Schritt 127. Bei Schritt 127 wird der Korrekturwert ΔST dem Soll-Öffnungsgrad ST der Drosselklapper 20 hinzuaddiert, um einen End-Soll-Öffnungsgrad ST zu berechnen. Der Öffnungsgrad der Drosselklappe 20 wird als der End-Soll-Öffnungsgrad ST verwendet. D.h., der Öffnungsgrad der Drosselklappe 20 wird so gesteu ert, dass das reale Luftkraftstoffverhältnis (A/F)R das Soll-Luftkraftstoffverhältnis A/F wird.
  • Wenn die zweite Verbrennung durchgeführt wird, wird somit die Kraftstoffeinspritzmenge leicht in Übereinstimmung mit der Soll-Menge Q der Kraftstoffeinspritzung entsprechend der erforderlichen Last und der Motordrehzahl N nach einer Änderung der erforderlichen Last L oder der Motordrehzahl N gebracht. Wenn beispielsweise die erforderliche Last L zunimmt, nimmt die Kraftstoffeinspritzmenge leicht zu, und der Motor erzeugt leicht ein erhöhtes Drehmoment. Wenn andererseits das Luftkraftstoffverhältnis von dem Soll-Luftkraftstoffverhältnis A/F in Folge der Zunahme der Menge Q der Kraftstoffeinspritzung abweicht, wird der Öffnungsgrad der Drosselklappe 20 so gesteuert, dass das Luftkraftstoffverhältnis das Soll-Luftkraftstoffverhältnis A/F wird. D.h., das Luftkraftstoffverhältnis ändert sich entsprechend einer Änderung der Menge Q der Kraftstoffeinspritzung.
  • Gemäß dieser Ausführungsform wird, wie in 18(A) oder 18(B) gezeigt, wenn die erste Verbrennung durchgeführt wird, die Haupteinspritzung des Kraftstoffs der bei Schritt 105 berechneten Menge Qm in der Nähe des oberen Kompressions-Totpunktes durchgeführt, gefolgt von einer Kraftstoffeinspritzung der bei Schritt 111 berechneten Menge Qpfin oder der bei Schritt 115 berechneten Menge Qa als Piloteinspritzung oder die Expansionshubeinspritzung bei einem von der Haupteinspritzung unterschiedlichen Zeitpunkt. Bei der ersten Verbrennung kompensiert daher, obwohl die Sauerstoffkonzentration geringer als bei der zweiten Verbrennung ist, ein mittels der Piloteinspritzung oder mittels der Expansionshubeinspritzung gebildetes Peroxyd den Mangel der Sauerstoffkonzentration. Dies verhindert, dass die erste Verbrennung die Stabilität verliert, verglichen mit der zweiten Verbrennung, die durch den Mangel der Sauerstoffkonzentration bewirkt wird.
  • Gemäß dieser Ausführungsform wird weiter, wenn es erforderlich ist, das Abgas anzureichern, Kraftstoff bei Schritt 115 im Expansionshub eingespritzt, sodass das Luftkraftstoffverhältnis des Abgases fetter wird als das Luftkraftstoffverhältnis in dem Zylinder. Es ist daher möglich, die Verbrennung zu stabilisieren, indem das Luftkraftstoffverhältnis im Zylinder relativ mager wird, und den Anstieg der Temperatur des Katalysators 25 im Abgaskanal zu erhöhen, indem das Luftkraftstoffverhältnis des Abgases relativ fett wird.
  • Gemäß dieser Ausführungsform nimmt die Menge Qm der Hauptkraftstoffeinspritzung ab, wenn das Luftkraftstoffverhältnis in der ersten Verbrennung fett wird, und die Menge Qpfin der Piloteinspritzung nimmt bei den Schritten 110 und 111 zu. Es ist daher möglich, eine Änderung des Ausgangs zu unterdrücken, indem man die gesamte Einspritzmenge (Am + Qpfin) konstant hält, während verhindert wird, dass die Verbrennung die Stabilität verliert, die entsteht, wenn das Luftkraftstoffverhältnis in dem Zylinder fett wird.
  • Gemäß dieser Ausführungsform nimmt weiter die Grundeinspritzmenge Qpbase der Piloteinspritzung mit einer Abnahme der erforderlichen Last L zu, wie dies unter Bezugnahme auf 17A erläutert wurde. D.h., wenn die erforderliche Last klein wird, nimmt die Menge Qm der Hauptkrafteinspritzung ab, während die Menge Qpfin der Piloteinspritzung zunimmt. Es ist daher möglich, eine Änderung des Ausgangs zu unterdrücken, indem man die Gesamteinspritzmenge (Qm + Qpfin) konstant hält, wobei verhindert wird, dass die Verbrennung die Stabilität verliert, die durch ein fettes Luftkraftstoffverhältnis im Zylinder während der Niedriglastbetriebsbedingung bewirkt wird, wo die Verbrennung dazu neigt, die Stabilität zu verlieren.
  • Bei der ersten Verbrennung strömt der Kraftstoff in einer erhöhten Menge in den EGR-Kanal 29, verglichen mit der der zweiten Verbrennung. Der Kraftstoff, der in den EGR-Kanal 29 strömt, wird durch den Katalysator in dem EGR-Kanal 29 gereinigt. Wenn der Katalysator 53 nicht aktiviert ist, strömt jedoch der Kraftstoff in dem EGR-Kanal 29 direkt in die Verbrennungskammer 5. Bei dieser Ausführungsform wird daher die Piloteinspritzung bei der ersten Verbrennung durchgeführt, um das Verhältnis des rückgeführten Kraftstoffs, verglichen mit dem der Verbrennungskammer 5 vor der Haupteinspritzung zugeführten Kraftstoffs, zu vermindern. Entsprechend wird verhindert, dass sich die der Verbrennungskammer 5 zugeführte Gesamtkraftstoffmenge vor der Haupteinspritzung stark ändert, in Abhängigkeit davon, ob der Katalysator 53 in dem EGR-Kanal 29 aktiviert wurde.
  • Im Folgenden wird eine zweite Ausführungsform der Brennkraftmaschine gemäß der Erfindung beschrieben. Der Aufbau dieser Ausführungsform entspricht im Wesentlichen dem Aufbau der in 1 gezeigten ersten Ausführungsform. Diese Ausführungsform erreicht nahezu die gleiche Wirkung wie die der ersten Ausführungsform. Bei dieser Ausführungsform wird, obwohl nicht dargestellt, die Piloteinspritzung nicht nur in der ersten Verbrennung, sondern ebenfalls in der zweiten Verbrennung am Ende des Kompressionshubs unmittelbar vor der Haupteinspritzung durchgeführt. Die Piloteinspritzung wird bei der ersten Verbrennung am Ende des Kompressionshubs unmittelbar vor der Haupteinspritzung durchgeführt, die vor der Piloteinspritzung bei der zweiten Verbrennung am Ende des Kompressionshubs unmittelbar vor der Haupteinspritzung durchgeführt wird. Entsprechend dieser Ausführungsform wird, wie bei der ersten Ausführungsform, die Piloteinspritzung zusätzlich zur Haupteinspritzung durchgeführt, um die Verbrennung durch ein durch die Piloteinspritzung gebildetes Peroxyd zu stabilisieren. Wenn andererseits die Piloteinspritzung am Ende des Kompressionshubs unmittelbar vor der Haupteinspritzung durchgeführt wird, wird Sauerstoff verbracht, was zu einem Verlust des Sauerstoffs zum Zeitpunkt führt, wenn die Haupteinspritzung durchgeführt wird. Daher wird, wie oben beschrieben, bei der ersten Verbrennung am Ende des Kompressionshubs unmittelbar vor der Haupteinspritzung die Piloteinspritzung bewirkt, vor der in der zweiten Verbrennung am Ende des Kompressionshubs unmittelbar vor der Haupteinspritzung bewirkten Pilotkraftstoffeinspritzung, um den Zeitpunkt der Pilotkraftstoffeinspritzung in der ersten Verbrennung vor den der zweiten Verbrennung zu setzen. Dies unterdrückt den Sauerstoffmangel zum Zeitpunkt, wenn die Haupteinspritzung bei der ersten Verbrennung bewirkt wird. Die Piloteinspritzung bei der ersten Verbrennung stabilisiert die Verbrennung aufgrund eines durch die Piloteinspritzung gebildeten Peroxyds.
  • Im Folgenden wird eine dritte Ausführungsform der Brennkraftmaschine gemäß der Erfindung beschrieben. Der Aufbau dieser Ausführungsform ist nahezu gleich dem Aufbau der ersten Ausführungsform gemäß 1. 19 ist ein 18 ähnliches Diagramm und stellt die Kraftstoffeinspritzzeitpunkte gemäß dieser Ausführungsform dar. Bei dieser Ausführungsform, wie in 19 gezeigt, wird die Haupteinspritzung in der ersten Verbrennung in der Nähe des oberen Kompressions-Totpunkts TDC bewirkt und wird durch eine VIGOM-Einspritzung oder der Expansionseinspritzung zu einem von der Haupteinspritzung unterschiedlichen Zeitpunkts gefolgt. D.h., wenn es nicht erforderlich ist, das Abgas bei der ersten Verbrennung anzureichern, wird die VIGOM-Einspritzung (Qv) zwischen dem Auslasshub und dem Ansaughub, wie in 19(A) gezeigt, durchgeführt, und dann wird die Haupteinspritzung (Qm) in der Nähe des oberen Kompressions-Totpunkts TDC bewirkt. Wenn es andererseits erforderlich ist, das Abgas wie bei der ersten Verbrennung anzureichern, wird zuerst die Haupteinspritzung (Qm) in der Nähe des oberen Kompressions-Totpunkts TDC bewirkt, und dann wird die Expansionshubeinspritzung (Qa) beim Expansionshub bewirkt, wie dies in 19(B) gezeigt ist. Diese Ausführungsform erreicht nahezu die gleiche Wirkung wie die erste Ausführungsform.
  • Bei den oben beschriebenen Ausführungsformen ist die weitere Einspritzung auf einen besonderen Einspritzzeitpunkt, der von der Haupteinspritzung unterschied lich ist, begrenzt. Bei der Brennkraftmaschine gemäß der Erfindung ist jedoch der Zeitpunkt der weiteren Einspritzung nicht auf die oben beschriebenen Einspritzzeitpunkte begrenzt, sondern es können irgendwelche anderen Zeitpunkte, die von dem Zeitpunkt der Haupteinspritzung unterschiedlich sind, verwendet werden.
  • 20 zeigt eine vierte Ausführungsform, bei der die Erfindung bei einer Viertaktkompressionszündungs-Brennkraftmaschine angewendet wird. In 20 bezeichnen die gleichen Bezugszeichen wie die Bezugszeichen in 1 die gleichen Teile und Abschnitte wie in 1 gezeigten, und Bezugszeichen 60 bezeichnet eine Glühkerze, auf die ein Kraftstoffstrahl geblasen wird, und der elektrischer Strom zugeführt wird, um den Kraftstoffsprühnebel stabil zu zünden. Bei dieser Ausführungsform ist es möglich, wie in 20 gezeigt, obwohl der Katalysator 53 (siehe 1), nicht vorgesehen ist, den Katalysator 53 in der gleichen Weise wie bei der ersten Ausführungsform anzuordnen.
  • Ausgangssignale eines Reduktionsmittelssensors 62 und eines Katalysatorgastemperatursensors 64 werden einem Eingang 45 über entsprechende AD-Wandler 47 zugeführt. Ein Ausgang 46 ist mit der Glühkerze 60 verbunden.
  • 21A zeigt eine Änderung des Verbrennungsdrucks in der Verbrennungskammer 5, wenn das Luftkraftstoffverhältnis A/F nahe 21 liegt, und Rauch in der größten Menge erzeugt wird, und 21B zeigt eine Änderung des Verbrennungsdrucks in der Verbrennungskammer 5, wenn das Luftkraftstoffverhältnis A/F nahe 18 liegt, und fast kein Rauch erzeugt wird, und die Verbrennung stabil ist, und 21 zeigt eine Änderung des Verbrennungsdrucks in der Verbrennungskammer 5, wenn das Luftkraftstoffverhältnis A/F nahe 18 liegt, und kein Rauch erzeugt wird, die Verbrennung jedoch instabil ist. Wie man aus dem Vergleich von 21A in 21B sieht, ist, wenn fast kein Rauch erzeugt wird, wie im Fall von 21B, der Verbrennungsdruck niedriger als der im Fall von 21A, wo große Mengen Rauch erzeugt werden. Wie man aus dem Vergleich von 21B mit 21C sieht, ist, wenn die Verbrennung nicht stabil ist, wie im Fall von 21B, der Verbrennungsdruck niedriger als der im Fall von 21C, wo die Verbrennung stabil ist. Obwohl nicht dargestellt, hat man durch Versuchsergebnisse ähnlich jenen von 21A bis 21C festgestellt, dass ein Maximalwert (Spitze) des Verbrennungsdrucks in der ersten Verbrennung (Niedrigtemperaturverbrennung), bei der die Menge des der Verbrennungskammer 5 zugeführten EGR-Gases größer als die Menge des EGR-Gases ist, mit der die Menge der Rußerzeugung einen Spitzenwert erreicht, wodurch fast kein Ruß erzeugt wird, geringer, als ein Maximalwert (Spitze) des Verbrennungsdrucks in der zweiten Verbrennung (auf der Grundlage des üblichen Verbrennungsverfahrens), bei der die der Verbrennungskammer 5 zugeführte EGR-Gasmenge kleiner als die EGR-Gasmenge ist, bei der die Rußerzeugunqsmenge einen Spitzenwert erreicht. Aus dieser Tatsache kann man feststellen, dass eine Schwankung in der Motordrehzahl infolge der Explosion in der ersten Verbrennung kleiner ist als eine Schwankung der Motordrehzahl infolge der Explosion bei der zweiten Verbrennung.
  • Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf 22 die Steuerung des Betriebs im ersten Betriebsbereichs I und im zweiten Betriebsbereichs II, wie in 7 gezeigt, beschrieben. 22 zeigt den Öffnungsgrad der Drosselklappe 20 für die erforderliche Last, den Öffnungsgrad des EGR-Steuerventils 31, die EGR-Menge, das Luftkraftstoffverhältnis, den Einspritzzeitpunkt und die Einspritzmenge. Im ersten Betriebsbereich I, in dem die erforderliche Last niedrig ist, siehe 22, nimmt der Öffnungsgrad der Drosselklappe 20 von dem vollständig geschlossenen Zustand zu einem zu zwei Drittel geöffneten Zustand mit der Zunahme der erforderlichen Last L zu, während der Öffnungsgrad des EGR-Steuerventils 31 allmählich von dem voll geschlossenen Zustand bis zu dem voll geöffneten Zustand mit der Zunahme der erforderlichen Last L zunimmt. Bei dem in 22 gezeigten Beispiel liegt die EGR-Menge bei etwa 70% im ersten Betriebsbereich I und das Luftkraftstoffverhältnis ist ein wenig mager. D.h., der Öffnungsgrad der Drosselklappe 20 und der Öffnungsgrad des EGR-Steuerventils 31 werden so gesteuert, dass die EGR-Menge beinahe zu 70% beim ersten Betriebsbereich I liegt und das Luftkraftstoffverhältnis ein wenig mager ist. In dem ersten Betriebsbereich I wird weiter der Kraftstoff vor dem oberen Kompressions-Totpunkt TDC eingespritzt. In diesem Fall wird der Beginn des Einspritzzeitpunktes θS mit der Zunahme der erforderlichen Last L verzögert, und das Ende des Einspritzzeitpunktes θE wird ebenfalls verzögert, wenn der Beginn des Einspritzzeitpunktes θS verzögert wird.
  • Während des Leerlaufbetriebs ist die Drosselklappe 20 nahezu vollständig geschlossen, und zu diesem Zeit punkt ist das EGR-Steuerventil 31 ebenfalls nahezu vollständig geschlossen. Wenn die Drosselklappe 20 in dem nahezu vollständig geschlossenen Zustand geschlossen ist, nimmt der Druck in der Verbrennungskammer 5 beim Beginn der Kompression ab, und der Kompressionsdruck wird vermindert. Wenn der Kompressionsdruck vermindert wird, vermindert sich die Kompressionsarbeit durch die Kolben 4 und somit nimmt die Vibration des Motors 1 ab. D.h., während des Leerlaufbetriebs ist die Drosselklappe 20 zu dem nahezu vollständig geschlossenen Zustand geschlossen, um die Vibration des Motors 1 durch Verminderung des Kompressionsdrucks zu vermindern. Dies erfolgt ebenfalls weil, wenn der Motor bei niedriger Drehzahl läuft, eine Änderung der Drehzahl infolge der Explosion größer wird, als die, wenn der Motor bei hoher Drehzahl läuft, d.h., das Problem der Vibration des Motors 1 wird kritisch, wenn die Drehzahl abnimmt. Entsprechend wird während des Leerlaufbetriebs eine Soll-Drehzahl eingestellt, indem man die Vibration aufgrund des Kompressionsdrucks und die Vibration aufgrund einer Änderung in der Motordrehzahl berücksichtigt.
  • Wenn andererseits der Betriebsbereich sich vom ersten Betriebsbereich I zum zweiten Betriebsbereich II ändert, nimmt der Öffnungsgrad der Drosselklappe 20 schrittweise von dem zwei Drittel geöffneten Zustand bis zum vollständig geöffneten Zustand zu. In dem in 22 gezeigten Beispiel nimmt die EGR-Menge schrittweise von etwa 70% bis weniger als 40% ab, und das Luftkraftstoffverhältnis wird schrittweise erhöht. D.h., da die EGR-Menge über den Bereich der EGR-Mengen (5) springt, in denen Rauch in großen Mengen er zeugt wird, wird keine große Rauchmenge erzeugt, wenn sich der Betriebszustand des Motors von dem ersten Betriebsbereich I zum zweiten Betriebsbereich II ändert.
  • In dem zweiten Betriebsbereich II wird die Verbrennung in üblicher Weise durchgeführt. In dem zweiten Betriebsbereich II wird die Drosselklappe 20 im vollständig geöffneten Zustand gehalten mit Ausnahme von Abschnitten und der Öffnungsgrad des EGR-Steuerventils 31 nimmt allmählich mit der Zunahme der erforderlichen Last L ab. Das Luftkraftstoffverhältnis bleibt hier jedoch mager, unabhängig von einer Zunahme der erforderlichen Last L. In dem zweiten Betriebsbereich II liegt weiter der Beginn des Einspritzzeitpunktes θS in der Nähe des oberen Kompressions-Totpunktes TDC.
  • 23A zeigt Soll-Kraftstoffverhältnisse A/F im ersten Betriebsbereich I. In 23A stellen die Kurven A/F = 15,5, A/F = 16, A/F = 17 und A/F = 18 Soll-Kraftstoffverhältnisse von 15, 5, 16, 17 und 18 dar, und die Kraftstoffverhältnisse zwischen den Kurven werden durch die Proportionalverteilung bestimmt. Wie in 23A gezeigt, ist das Luftkraftstoffverhältnis im ersten Betriebsbereich I mager. In dem ersten Betriebsbereich I wird weiter das Soll-Luftkraftstoffverhältnis A/F mager, wenn die erforderliche Last L abnimmt. D.h., die durch die Verbrennung erzeugte Wärme nimmt mit der Abnahme der erforderlichen Last L ab. Somit kann die Niedrigtemperaturverbrennung durchgeführt werden, auch wenn man die EGR-Menge mit der Abnahme der erforderlichen Last L vermindert. Das Luftkraftstoffverhältnis nimmt mit einer Abnahme der EGR-Menge zu und somit nimmt das Soll-Luftkraftstoffver hältnis A/F mit einer Abnahme der erforderlichen Last L zu, wie in 9A gezeigt. Der Kraftstoffwirkungsgrad wird mit einer Zunahme des Soll-Luftkraftstoffverhältnis A/F verbessert. Entsprechend der Ausführungsform der Erfindung nimmt das Soll-Luftkraftstoffverhältnis A/F zu, wenn die erforderliche Last L abnimmt, um das Luftkraftstoffverhältnis so mager wie möglich zu halten.
  • Das Soll-Luftkraftstoffverhältnis A/F in 23A wurde vorher in dem ROM 42 in Form einer Tabelle als Funktion der erforderlichen Last L und der Motordrehzahl N gespeichert, wie in 23B gezeigt. Weiter wurden die Soll-Öffnungsgrade ST der Drosselklappe 20, die zum Erreichen der Soll-Luftkraftstoffverhältnisse A/F in 23A erforderlich sind, vorher in dem ROM 42 in Form einer Tabelle als eine Funktion der erforderlichen Last L und der Motordrehzahl N gespeichert, wie in 24A gezeigt. Weiter wurden die Soll-Öffnungsgrade SE des EGR-Steuerventils 31, die notwendig sind, um das Luftkraftstoffverhältnis auf die Soll-Luftkraftstoffverhältnisse A/F gemäß 23A einzustellen, vorher in dem ROM 42 in Form einer Tabelle als Funktion der erforderliche Last L und der Motordrehzahl N gemäß 24B gespeichert.
  • 25A zeigt Soll-Luftkraftstoffverhältnisse A/F zum Zeitpunkt der zweiten Verbrennung, d.h., zum Zeitpunkt der Verbrennung mittels des üblichen Verbrennungsverfahrens. In 25A stellen die Kurven A/F = 24, A/F = 35, A/F = 45 und A/F = 60 Soll-Luftkraftstoffverhältnisse 24, 35, 45 bzw. 60 dar. Die in 25A gezeigten Soll-Luftkraftstoffverhältnisse A/F wurden vorher in dem ROM 42 in Form einer Tabelle als Funktion der erforderlichen Last L und der Motordrehzahl N gespeichert, wie in 25B gezeigt. Die Soll-Öffnungsgrade ST der Drosselklappe 20, die zur Einstellung des Luftkraftstoffverhältnisses auf die Soll-Luftkraftstoffverhältnisse A/F gemäß 25A wurden vorher in dem ROM 42 in Form einer Tabelle als Funktion der erforderlichen Last L und der Motordrehzahl N gespeichert, wie in 26A gezeigt, und die Öffnungsgrade SE des EGR-Steuerventils 31, die zur Einstellung des Luftkraftstoffverhältnisses auf die Soll-Luftkraftstoffverhältnisse A/F gemäß 25A notwendig sind, wurden vorher in dem ROM 42 in Form einer Tabelle als eine Funktion der erforderlichen Last L und der Motordrehzahl N gespeichert, wie in 26B gezeigt. Wenn die zweite Verbrennung durchgeführt wird, wird die Menge Q der Kraftstoffeinspritzung auf der Grundlage der erforderlichen Last L und der Motordrehzahl N berechnet. Die Kraftstoffeinspritzmenge Q wurde vorher in dem ROM 42 in Form einer Tabelle als eine Funktion der erforderlichen Last L und der Motordrehzahl N gespeichert, wie in 27 gezeigt.
  • Im Folgenden wird der Steuervorgang gemäß der Ausführungsform unter Bezugnahme auf 28 beschrieben. In 28 wird zuerst bei Schritt 200 bestimmt, ob der Merker I gesetzt wurde, um anzuzeigen, dass sich der Betriebszustand des Motors in dem ersten Betriebsbereich I befindet. Wenn der Merker I gesetzt wurde, d.h., wenn der Betriebszustand des Motors sich im ersten Betriebsbereich I befindet, geht das Programm zu Schritt 201, wo bestimmt wird, ob die erforderliche Last größer als die erste Grenze X (N) wurde. Wenn L ≤ X (N) ist, geht das Programm zu Schritt 203, um die erste Verbrennung (Niedrigtemperaturverbrennung) durchzuführen. Wenn andererseits bei Schritt 201 bestimmt wird, dass L > X (N) ist, geht das Programm zu Schritt 202, wo der Merker I zurückgestellt wird. Das Programm geht dann zu Schritt 210, wo die zweite Verbrennung (normale Verbrennung, d.h. Verbrennung mittels des üblichen Verbrennungsverfahrens) durchgeführt wird.
  • Wenn der Merker I bei Schritt 200 nicht gesetzt wurde, d.h., wenn die Betriebsbedingung des Motors sich im zweiten Betriebsbereich II befindet, geht das Programm zu Schritt 208, wo bestimmt wird, ob die erforderliche Last kleiner als die zweite Grenze Y (N) ist. Wenn L ≥ Y (N) ist, geht das Programm zu Schritt 210, wo die zweite Verbrennung durchgeführt wird. Wenn bei Schritt 208 bestimmt wird, dass L < Y (N) ist, geht das Programm zu Schritt 209, wo der Merker I gesetzt wird. Das Programm geht dann zu Schritt 203, um die erste Verbrennung durchzuführen.
  • Bei Schritt 203 wird der Öffnungsgrad ST der Drosselklappe 20 aus der in 24A gezeigten Tabelle berechnet, und der Öffnungsgrad der Drosselklappe 20 wird als der Soll-Öffnungsgrad ST verwendet. Dann wird bei Schritt 204 der Soll-Öffnungsgrad SE des EGR-Steuerventils 31 aus der in 24B gezeigten Tabelle berechnet, und der Öffnungsgrad des EGR-Steuerventils 31 wird als der Soll-Öffnungsgrad SE verwendet. Im Folgenden wird bei Schritt 205 eine Durchflussmenge der Ansaugluft (im Folgenden als Ansaugluftmenge bezeichnet) Ga, die von dem Strömungsmengendetektor 21 erfasst wurde, gelesen, und bei Schritt 206 wird ein Soll-Luftkraftstoffverhältnis A/F aus der in 23B gezeigten Tabelle berechnet. Dann wird bei Schritt 207 die Kraftstoffeinspritzmenge Q, die notwendig ist, um das Luftkraftstoffverhältnis bei dem Soll-Luftkraftstoffverhältnis A/F zu halten, auf der Grundlage der Ansaugluftmenge Ga und dem Soll-Luftkraftstoffverhältnis A/F berechnet.
  • Wenn somit die Niedrigtemperaturverbrennung durchgeführt wird, werden der Öffnungsgrad der Drosselklappe 20 und der Öffnungsgrad des EGR-Steuerventils 31 leicht mit den Soll-Öffnungsgraden ST und SE entsprechend der erforderlichen Last L und der Motordrehzahl N nach einer Änderung der erforderlichen Last L oder der Motordrehzahl N in Übereinstimmung gebracht. Wenn daher beispielsweise die erforderliche Last L zunimmt, nimmt die Luftmenge in der Verbrennungskammer 5 zu, und der Motor erzeugt ein erhöhtes Drehmoment. Wenn andererseits der Öffnungsgrad der Drosselklappe 20 oder der Öffnungsgrad des EGR-Steuerventils 31 sich ändern, wodurch eine Änderung in der Ansaugluftmenge bewirkt wird, wird die Änderung der Ansaugluftmenge Ga durch den Strömungsmengendetektor 21 erfasst, und die Kraftstoffeinspritzmenge Q wird auf der Grundlage der erfassten Ansaugluftmenge Ga gesteuert. D.h., die Kraftstoffeinspritzmenge Q ändert sich, nachdem sich die Ansaugluftmenge Ga tatsächlich geändert hat.
  • Bei Schritt 210 wird andererseits eine Soll-Kraftstoffeinspritzmenge Q aus der in 27 gezeigten Tabelle berechnet, und diese Kraftstoffeinspritzmenge wird als die Soll-Krafteinspritzmenge Q verwendet.
  • Dann wird bei Schritt 211 ein Soll-Öffnungsgrad ST der Drosselklappe 20 aus der in 26A gezeigten Tabelle berechnet. Bei Schritt 212 wird ein Soll-Öffnungsgrad SE des EGR-Steurventils 31 aus der in 26B gezeigten Tabelle berechnet, und der Öffnungsgrad des EGR-Steuerventils 31 wird als der Soll-Öffnungsgrad SE verwendet. Dann wird bei Schritt 213 die von dem Durchflussmengendetektor 21 erfasste Ansaugluftmenge gelesen.
  • Bei Schritt 214 wird dann ein tatsächliches Luftkraftstoffverhältnis (A/F)R aus der Kraftstoffeinspritzmenge Q und der Ansaugluftmenge Ga berechnet. Bei Schritt 215 wird ein Soll-Luftkraftstoffverhältnis A/F aus der in 25B gezeigten Tabelle berechnet. Dann wird bei Schritt 216 bestimmt, ob das reale Luftkraftstoffverhältnis (A/F)R größer als das Soll-Luftkraftstoffverhältnis A/F ist. Wenn (A/F)R ≤ A/F ist, geht das Programm zu Schritt 217, wo ein Korrekturfaktor ΔST für den Drosselklappenöffnungsgrad um einen bestimmten Wert α vermindert wird, und das Programm geht zu Schritt 219. Wenn (A/F)R ≤ A/F ist, geht das Programm andererseits zu Schritt 218, wo der Korrekturfaktor ΔST um den bestimmten Wert α erhöht wird, und das Programm geht zu Schritt 219. Bei Schritt 219 wird der Korrekturfaktor ΔST dem Soll-Öffnungsgrad ST der Drosselklappe 20 hinzuaddiert, um einen End-Soll-Öffnungsgrad ST zu berechnen. Der Öffnungsgrad der Drosselklappe 20 wird als der End-Soll-Öffnungsgrad ST verwendet. D.h., der Öffnungsgrad der Drosselklappe 20 wird so gesteuert, dass das tatsächliche Luftkraftstoffverhältnis (A/F)R das Soll-Luftkraftstoffverhältnis A/F wird.
  • Wenn somit die zweite Verbrennung durchgeführt wird, wird die Kraftstoffeinspritzmenge leicht in Übereinstimmung mit der Soll-Kraftstoffeinspritzmenge Q entsprechend der erforderlichen Last L und der Motordrehzahl N nach einer Änderung der erforderlichen Last L und der Motordrehzahl N gebracht. Wenn beispielsweise die erforderliche Last L zunimmt, nimmt die Kraftstoffeinspritzmenge leicht zu, und der Motor erzeugt ein erhöhtes Drehmoment. Wenn andererseits die Kraftstoffeinspritzmenge Q zunimmt, sodass das Luftkraftstoffverhältnis von dem Soll-Luftkraftstoffverhältnis A/F abweicht, wird der Öffnungsgrad der Drosselklappe 20 so gesteuert, dass das Luftkraftstoffverhältnis das Soll-Luftkraftstoffverhältnis A/f wird. D.h., das Luftkraftstoffverhältnis ändert sich, nachdem sich die Kraftstoffeinspritzmenge Q geändert hat.
  • Bei der oben beschriebenen Ausführungsform ist die Kraftstoffeinspritzmenge Q in Form einer offenen Schleife gesteuert, wenn die Niedrigtemperaturverbrennung durchgeführt wird, und wenn die zweite Verbrennung durchgeführt wird, wird das Luftkraftstoffverhältnis durch Ändern des Öffnungsgrades der Drosselklappe 20 gesteuert. Es ist jedoch möglich, wenn die Niedrigtemperaturverbrennung durchgeführt wird, die Kraftstoffeinspritzmenge Q durch Rückkopplung auf der Grundlage des Ausgangssignals des Luftkraftstoffverhältnissensors 27 zu steuern, und, wenn die zweite Verbrennung durchgeführt wird, das Luftkraftstoffverhältnis durch Ändern des Öffnungsgrades des EGR-Steuerventils 31 zu steuern.
  • 29 ist ein Fließbild zur Darstellung eines Steuerverfahrens zur Stabilisierung der Verbrennung, d.h. zur Steuerung einer Änderung des Verbrennungsdrucks, wie in 21B dargestellt. Wenn das Programm beginnt, wird zuerst, wie in 29 gezeigt, bei Schritt 300 bestimmt, ob der Betriebszustand zur Durchführung der Niedrigtemperaturverbrennung vorliegt. Wenn die Antwort NEIN ist, wird bestimmt, dass der Verbrennungsdruck nicht geändert werden soll, wie in 21B gezeigt, sollte jedoch geändert werden, wie in 21A gezeigt, und das Programm wird beendet. Wenn die Antwort JA ist, geht das Programm zu Schritt 301, wo ein Soll-Vorstellwert für den Kraftstoffeinspritzzeitpunkt berechnet wird, um die Verbrennung zu stabilisieren, d.h. den Verbrennungsdruck zu ändern, wie in 21B gezeigt. Wenn sich beispielsweise der Verbrennungsdruck ändert, wie in 21C gezeigt, und die Verbrennung instabil ist, wird ein Soll-Vorstellbetrag für den Kraftstoffeinspritzzeitpunkt in Abhängigkeit von dem instabilen Grad der Verbrennung bestimmt. Wenn andererseits sich der Verbrennungsdruck, wie in 21B gezeigt ändert, und die Verbrennung stabil ist, wird der Soll-Vorstellbetrag für den Kraftstoffeinspritzzeitpunkt auf Null gesetzt. Bei Schritt 302 wird dann ein Grenzvorstellbetrag für den Kraftstoffeinspritzzeitpunkt auf der Grundlage der Beziehung zwischen dem Kraftstoffeinspritzzeitpunkt und der Bewegung des Kolbens 4 und ebenfalls auf Grundlage der Kühlwassertemperatur, der erforderlichen Last L, der Motordrehzahl N und dem Luftkraftstoffverhältnis berechnet. D.h., wenn der Kraftstoffeinspritzzeitpunkt vorgestellt wird, tritt ein Bohrungszünden auf, wenn der Kraftstoffeinspritz zeitpunkt zu früh relativ zu dem Zeitpunkt des Hubs des Kolbens 4 liegt, und die Verbrennung wird sehr instabil. Ein Grenzvorstellbetrag für den Kraftstoffeinspritzzeitpunkt wird daher in Anbetracht des oben erwähnten Punktes bestimmt.
  • Dann wird bei Schritt 303 bestimmt, ob der Soll-Vorstellbetrag von Schritt 301 größer als der Grenzvorstellbetrag von Schritt 302 ist. Wenn die Antwort JA ist, wird bestimmt, dass das Bohrungszünden auftritt, wenn der Soll-Vorstellbetrag für den Kraftstoffeinspritzzeitpunkt auf den realen Vorstellbetrag eingestellt wird, und die Verbrennung ihre Stabilität verliert. Entsprechend geht das Programm zu Schritt 304. Eine zustimmende Beurteilung bei Schritt 303 wird z.B. erhalten, wenn die Last gering ist, und die Kühlwassertemperatur niedrig ist, oder wenn die Niedrigtemperaturverbrennung durchgeführt wird und das Luftkraftstoffverhältnis fett ist. Wenn die Antwort NEIN ist, wird andererseits bestimmt, dass das Bohrungszünden nicht auftritt und die Verbrennung stabil bleibt, auch wenn der Soll-Vorstellbetrag für den Kraftstoffeinspritzzeitpunkt auf den tatsächlichen Vorstellbetrag eingestellt wird, und das Programm geht zu Schritt 306. Bei Schritt 304 wird der Grenzvorstellbetrag für den Kraftstoffeinspritzzeitpunkt auf den tatsächlichen Vorstellbetrag eingestellt, um das Bohrungszünden zu vermeiden. D.h., der Kraftstoffeinspritzzeitpunkt wird nur zum Grenzvorstellbetrag vorgestellt und nicht zum Soll-Vorstellbetrag vorgestellt. Dann wird bei Schritt 305 elektrischer Strom der Glühkerze 60 zugeführt, um den Verlust des Vorstellbetrages für den Kraftstoffeinspritzzeitpunkt zu kompensieren. 30 ist ein Diagramm zur Darstellung einer Betriebsmenge des elektrischen Stroms zur Glühkerze 60. Wie in 30 gezeigt, wird die Betriebsmenge mit Abnahme der Kühlwassertemperatur erhöht. Der Strom zur Glühkerze 60 wird in dem Moment unterbrochen, wenn der eingespritzte Kraftstoffnebel die Glühkerze 60 erreicht hat. Bei Schritt 306 wird andererseits der Soll-Vorstellbetrag für den Kraftstoffeinspritzzeitpunkt auf den wirklichen Vorstellbetrag eingestellt, und der Glühkerze 60 wird kein Strom zugeführt.
  • Wenn bei dieser Ausführungsform die Niedrigtemperaturverbrennung durchgeführt wird und es nicht erwünscht ist, den Kraftstoffeinspritzzeitpunkt über den Grenzvorstellwertbetrag vorzustellen, d.h., wenn die Antwort bei Schritt 303 JA ist, wird der Glühkerze 60 bei Schritt 305 elektrischer Strom zugeführt, der Kraftstoffnebel stabil gezündet und die Verbrennung stabilisiert. D.h., wenn die Verbrennung durch Vorstellen des Kraftstoffeinspritzzeitpunktes stabilisiert wird, wird der Glühkerze 60 kein Strom zugeführt, bis die Antwort bei Schritt 303 NEIN wird, jedoch wird Strom der Glühkerze 60 zugeführt, wenn die Antwort bei Schritt 303 JA ist, um die Verbrennung zu stabilisieren. Der elektrische Strom wird somit solange der Glühkerze 60 zugeführt, solange es notwendig ist. Wenn es nicht gewünscht wird, den Kraftstoffeinspritzzeitpunkt vorzustellen, wird die Verbrennung nicht durch Vorstellen des Kraftstoffeinspritzzeitpunktes durch den Soll-Vorstellbetrag stabilisiert, der größer als der Grenzvorstellbetrag ist. In einem derartigen Fall wird der Kraftstoffeinspritzzeitpunkt bei Schritt 304 durch den Grenzvorstellbetrag vorgestellt, und der elektrische Strom wird der Glühkerze 60 bei 305 zugeführt, um die Verbrennung zu stabilisieren. Dies verhindert, dass die Verbrennung die Stabilität verliert, die auftritt, wenn der Kraftstoffeinspritzzeitpunkt übermäßig vorgestellt wird.
  • Gemäß dieser Ausführungsform nimmt der Betriebszyklus zur Zuführung des Stroms zur Glühkerze mit der Abnahme der Kühlwassertemperatur zu, wie dies in 30 gezeigt ist. D.h. die Menge des zugeführten elektrischen Stroms zur Glühkerze nimmt zu, wenn die Kühlwassertemperatur niedrig ist, und der Kraftstoffsprühnebel nicht leicht gezündet werden kann. Ein großer Strom wird der Glühkerze nur solange zugeführt, bis die Kühlwassertemperatur relativ hoch wird und bis der Kraftstoffsprühnebel leicht gezündet werden kann, um unnützen Verbrauch elektrischer Energie zu vermeiden. Stattdessen wird eine erhöhte Elektrizitätsmenge der Glühkerze zugeführt, wenn die Kühlwassertemperatur relativ niedrig ist, und der Kraftstoffsprühnebel nicht leicht gezündet werden kann, sodass der Kraftstoffsprühnebel stabil gezündet werden kann und die Verbrennung stabilisiert ist.
  • Gemäß dieser Ausführungsform wird der Kraftstoffeinspritzzeitpunkt nicht übermäßig über den Grenzvorstellwert vorgestellt, wenn der elektrische Strom der Glühkerze 60 bei Schritt 305 zugeführt wird, d.h., wenn der Soll-Vorstellbetrag für den Kraftstoffeinspritzzeitpunkt größer als der Grenzvorstellbetrag ist, während die Niedrigtemperaturverbrennung bewirkt wird. D.h., bei Schritt 304 wird der Grenzvorstellbe trag für den Kraftstoffeinspritzzeitpunkt als der tatsächliche Vorstellbetrag verwendet. Dies verhindert, dass die Verbrennung ihre Stabilität verliert, die durch eine übermäßige Vorstellung des Kraftstoffeinspritzzeitpunktes bewirkt würde. Der Kraftstoffeinspritzzeitpunkt wird relativ verzögert, verglichen mit dem, wenn der Kraftstoffeinspritzzeitpunkt durch den Soll-Vorstellbetrag vorgestellt wird. Daher kann die Abgastemperatur erhöht werden, um die Aktivierung des Katalysators 25 und des EGR-Gasreinigungskatalysators (nicht dargestellt) in dem EGR-Kanal 29 zu unterstützen.
  • Gemäß dieser Ausführungsform wird der elektrische Strom der Glühkerze 60 bei Schritt 305 nicht mehr zugeführt, wenn der Kraftstoffsprühnebel, der eingespritzt wurde, an der Glühkerze 60 ankommt. Der Strom wird somit nicht zur Glühkerze 60 zugeführt, wen es nicht länger erforderlich ist, im Gegensatz zum Fall der kontinuierlichen Zuführung des elektrischen Stroms zur Glühkerze, auch, nachdem der Kraftstoffsprühnebel die Glühkerze 60 erreicht hat, und eine Stromverschwendung wird vermieden.
  • Im Folgenden wird eine fünfte Ausführungsform der Brennkraftmaschine gemäß der Erfindung beschrieben. 31 ist ein Diagramm zur schematischen Darstellung des Aufbaus der fünften Ausführungsform der Brennkraftmaschine gemäß der Erfindung, und 32 ist eine Schnittansicht zur vergrößerten Darstellung der Einlassöffnung 8 gemäß 31. In 31 und 32 bezeichnen gleiche Bezugszeichen wie in 20 gleiche Teile oder Abschnitte wie in 20, und Bezugszei chen 61 bezeichnet ein Wirbelsteuerventil (SCV). In 32 bezeichnet Bezugszeichen 8 eine gerade Öffnung und Bezugszeichen 8' bezeichnet eine Schraubenlinienöffnung. Bezugszeichen 62 bezeichnet einen Verbindungskanal zur Verbindung der geraden Öffnung 8 mit der Schraubenlinienöffnung 8'. Wie in 31 und 32 gezeigt, entspricht der Aufbau dieser Ausführungsform fast jener der in 20 gezeigten vierten Ausführungsform. Diese Ausführungsform erreicht nahezu die gleichen Wirkungen wie jene der vierten Ausführungsform mit Ausnahme eines Punktes, der im Folgenden beschrieben wird.
  • 33 ist ein Fließbild zur Darstellung eines Steuerverfahrens zur Stabilisierung der Verbrennung, d.h. zur Änderung des Verbrennungsdrucks, wie in 21B gezeigt. Wenn das Programm bei 33 beginnt, wird zuerst bei Schritt 400 bestimmt, ob die Betriebsbedingung eine ist, bei der die Niedrigtemperaturverbrennung auf der fetten Seite durchgeführt wird. Wenn die Antwort NEIN ist, wird bestimmt, dass der Verbrennungsdruck nicht geändert werden sollte, wie in 21B gezeigt, sollte jedoch geändert werden, wie in 21A gezeigt, und das Programm wird beendet. Wenn die Antwort JA ist, geht das Programm zu Schritt 401, wo bestimmt wird, ob die Verbrennung stabil ist, wie in 21B gezeigt. Wenn die Antwort JA ist, wird bestimmt, dass keine Steuerung erforderlich ist, um die Verbrennung zu stabilisieren, und das Programm wird beendet. Wenn die Antwort NEIN ist, geht das Programm zu Schritt 402.
  • Bei Schritt 402 wird bestimmt, ob ein Randbereich zum vorstellen des Kraftstoffeinspritzzeitpunktes vorliegt, d.h., ob der Soll-Vorstellbetrag nicht den Grenzvorstellbetrag überschreitet. Wenn die Antwort JA ist, geht das Programm zu Schritt 403, wo der Kraftstoffeinspritzzeitpunkt vorgestellt wird, um die Verbrennung zu stabilisieren. Wenn die Antwort NEIN ist, geht das Programm andererseits zu Schritt 404, wo das Wirbelsteuerventil 61 geöffnet wird, statt den Kraftstoffeinspritzzeitpunkt vorzustellen, um die Verbrennung zu stabilisieren, und ein Wirbel wird in dem Zylinder ausgebildet. Der in dem Zylinder gebildete Wirbel wird verstärkt, wenn sich die Motorbetriebsbedingungen in Richtung einer hohen Drehzahl und einer niedrigen Last verschieben. Dann wird bei Schritt 405 bestimmt, ob die Verbrennung stabilisiert ist. Wenn die Antwort JA ist, wird das Programm in diesem Zustand beendet. Wenn die Antwort NEIN ist, wird andererseits bestimmt, dass die Verbrennung nicht stabilisiert werden kann, wenn die Niedrigtemperaturverbrennung auf der fetten Seite durchgeführt wird, und das Programm geht zu Schritt 40b, wo die Niedrigtemperaturverbrennung nicht länger auf der fetten Seite durchgeführt wird.
  • Entsprechend dieser Ausführungsform wird das Wirbelventil 61 bei Schritt 404 geöffnet, und der Wirbel wird in dem Zylinder ausgebildet, wenn die Niedrigtemperatur auf der fetten Seite durchgeführt wird, und es nicht erwünscht ist, den Kraftstoffeinspritzzeitpunkt zur Stabilisierung des instabilen Verbrennungszustandes vorzustellen, d.h., wenn die Antwort bei Schritt 402 NEIN ist. Die Verbrennungsmenge wird somit erhöht und die Verbrennung durch Ausbilden des Wirbels in dem Zylinder stabilisiert, während der Betrieb des Wirbelventils 61 nicht durchgeführt wird, wenn die Ausbildung des Wirbels nicht länger erforderlich ist, wenn eine zustimmende Antwort bei Schritt 402 erhalten wird, um so zu verhindern, dass die Verbrennung ihre Stabilität verliert, die auftritt, wenn der Kraftstoffeinspritzzeitpunkt übermäßig vorgestellt wird.
  • Gemäß dieser Ausführungsform wird weiter der Wirbel verstärkt, wenn sich die Motorbetriebsbedingung in Richtung einer hohen Drehzahl und einer niedrigen Last bei Schritt 404 verschiebt. Der Wirbel wird unter den Bedingungen einer hohen Drehzahl und einer niedrigen Last verstärkt, wo die Verbrennung dazu neigt, instabil zu werden, um die Verbrennungsmenge zu erhöhen und die Verbrennung zu stabilisieren.
  • Im Folgenden wird eine sechste Ausführungsform der Brennkraftmaschine der Erfindung beschrieben. 34 ist eine Schnittansicht zur vergrößerten Darstellung der Einlassöffnung der Brennkraftmaschine entsprechend der sechsten Ausführungsform der Erfindung, ähnlich wie 32. In 34 bezeichnen gleiche Bezugszeichen wie jene in 20, 31 und 32 gleiche Teile oder Abschnitte wie jene in den 20, 31 und 32 und Bezugszeichen 63 bezeichnet einen zurückbewegbaren Schraubenvorsprung an einer Seite der Schraubenöffnungen 8. Der Schraubenvorsprung 63 ist zurückziehbar in Richtung eines Pfeils 64. Wie in 34 dargestellt, wird der Wirbel in dem Zylinder ausgebildet, wenn der Schraubenvorsprung 63 vorsteht. Diese Ausführungsform bewirkt nahezu die gleiche Wirkung wie jene der fünften Ausführungsform.

Claims (6)

  1. Brennkraftmaschine, in der eine erzeugte Rußmenge allmählich zunimmt und dann einen Spitzenwert erreicht, wenn eine in die Verbrennungskammer zugeführte Inertgasmenge zunimmt, und in der eine weitere Zunahme der in die Verbrennungskammer zugeführte Inertgasmenge zu einer Temperatur eines Kraftstoffs und eines Umgebungsgases zum Zeitpunkt der Verbrennung in der Verbrennungskammer führt, die niedriger als eine Temperatur ist, bei der Ruß erzeugt wird, und somit fast keine Rußerzeugung auftritt, wobei zwischen einer ersten Verbrennung, bei der die in die Verbrennungskammer zugeführte Inertgasmenge größer als die Inertgasmenge ist, bei der die erzeugte Rußmenge einen Spitzenwert erreicht und fast kein Ruß erzeugt wird, und zwischen einer zweiten Verbrennung, bei der die in der Verbrennungskammer geführte Inertgasmenge kleiner als die Inertgasmenge ist, bei der erzeugte Rußmenge einen Spitzenwert erreicht, wahlweise umgeschaltet wird, dadurch gekennzeichnet, dass immer wenn die erste Verbrennung durchgeführt wird, nicht nur eine Haupteinspritzung in der Nähe des oberen Kompressions-Totpunktbereichs, sondern ebenfalls eine weitere Einspritzung zu einem von der Haupteinspritzung unterschiedlichen Zeitpunkt durchgeführt wird.
  2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Luftkraftstoffverhältnis des Abgases fetter als das Luftkraftstoffverhältnis in dem Zylinder mittels der Durchführung einer weiteren Einspritzung eingestellt wird.
  3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass, wenn die erste Verbrennung durchgeführt wird, wenn das Luftkraftstoffverhältnis fetter wird, eine Haupteinspritzmenge vermindert wird, und eine Menge der weiteren Einspritzung erhöht wird.
  4. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge der weiteren Einspritzung erhöht wird, wenn die Last geringer wird.
  5. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nicht nur während der Durchführung der ersten Verbrennung, sondern auch während der Durchführung der zweiten Verbrennung die weitere Einspritzung am Ende eines Kompressionshubs unmittelbar vor dem Zeitpunkt der Haupteinspritzung durchgeführt wird, und ein Zeitpunkt der weiteren Einspritzung während der ersten Verbrennung mehr als ein Zeitpunkt der weiteren Einspritzung während der zweiten Verbrennung vorgestellt wird.
  6. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine einen Abgasrückführkanal mit einem Katalysator aufweist, wobei die weitere Einspritzung durchgeführt wird, wenn die erste Verbrennung durchgeführt wird.
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