DE60216831T2 - Steuerungssystem für eine Brennkraftmaschine - Google Patents

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Motorsteuerungssystem für einen Verbrennungsmotor gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.
  • In den letzten Jahren ist es auf dem Gebiet des Verbrennungsmotors typisch, einen Druck von direkt in den Brennraum eines Verbrennungsmotors eingespritztem Kraftstoff so zu ändern, dass abwechselnd eine Schichtladungsverbrennung und eine Verbrennung mit homogener Ladung stattfindet, um während der Schichtladungsverbrennung ein Kraftstoffgemisch um eine Zündkerze herum zu konzentrieren und während der Verbrennung mit homogener Ladung das Zerstäuben eines Kraftstoffgemischs zu fördern. Ein derartiger Verbrennungsmotor ist beispielsweise aus der ungeprüften japanischen Patentschrift mit der Veröffentlichungsnummer 2000-204954 bekannt.
  • In jüngster Zeit neigt man dazu, im Hinblick auf ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis, das aufgrund der Schichtladungsverbrennung mager wird, ein NOx absorbierendes Material in eine Auspuffanlage einzubauen. Das NOx absorbierende Material absorbiert NOx aus einem Abgas mit Sauerstoffüberschuss und beseitigt das NOx, sowie die Sauerstoffkonzentration des Abgases sinkt. Bei einer gewöhnlichen Schichtladungsverbrennung, in der ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis mager ist, absorbiert das NOx absorbierende Material das NOx in einem Abgas. Wenn das NOX absorbierende Material mehr als eine festgelegte Menge von NOx absorbiert hat, wird die Kraftstoffverbrennung hinsichtlich des Verbrennungsmodus von der Schichtladungsverbrennung in die Verbrennung mit homogener Ladung geändert, bei der ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis während eines vergleichsweise kurzen Zeitraums fett ist, damit die Sauerstoffkonzentration eines Abgases gesenkt wird. Dies führt dazu, dass das NOx absorbierende Material veranlasst wird, das NOx zu beseitigen, so dass das zu beseitigende NOx mit unverbranntem HC und CO, die durch die Verbrennung mit homogener Ladung in zunehmendem Maße erzeugt werden, reduziert bzw. deoxidiert wird. Wenn daraufhin die Menge von absorbiertem NOx in dem NOx absorbierenden Material auf ein zufrieden stellendes Niveau verringert worden ist, wird die Schichtladungsverbrennung wieder aufgenommen. Demgemäß wird, wenn die Verbrennung mit homogener Ladung erfolgt, um das NOx absorbierende Material zu veranlassen, das NOx zu beseitigen, der Druck einer Kraftstoffeinspritzung auf ein Niveau erhöht, die einer Verbrennungsanforderung genügt. Bei Wiederaufnahme der Schichtladungsverbrennung wird der Druck einer Kraftstoffeinspritzung so verringert, dass die Bedingungen der Schichtladungsverbrennung erfüllt werden.
  • Wenn jedoch nach der vollständigen Beseitigung des NOx durch das NOx absorbierende Material der Verbrennungsmodus von der Verbrennung mit homogener Ladung wieder zur Schichtladungsverbrennung zurückkehrt, erfolgt mit einer zeitlichen Verzögerung eine Änderung des Drucks einer Kraftstoffeinspritzung. In diesem Fall wird der Kraftstoff mit einer Kraftstoffeinspritzungs-Penetrationskraft eingespritzt, die höher ist als eine ursprüngliche Kraftstoffeinspritzungs-Penetrationskraft für die Schichtladungsverbrennung, was dazu führt, dass es schwer ist, ein Kraftstoffgemisch bei einer Änderung von der Verbrennung mit homogener Ladung zur Schichtladungsverbrennung lokal um die Zündkerze herum zu konzentrieren, so dass eine zufrieden stellende Schichtladungsverbrennung kaum erreicht wird.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Steuerungssystem für einen Verbrennungsmotor vorzusehen, das ein Auftreten einer unbefriedigenden Schichtladungsverbrennung eines Kraftstoffgemischs verhindert, wenn eine Änderung des Verbrennungsmodus von einer Verbrennung mit homogener Ladung zu einer Schichtladungsverbrennung erfolgt, um ein NOx absorbierendes Material in einer Auspuffanlage zu veranlassen, NOx zu beseitigen.
  • Die Aufgabe wird mittels eines Steuerungssystems für einen Verbrennungsmotor gemäß den Ansprüchen 1 und 8 gelöst.
  • Ein erfindungsgemäßes Motorsteuerungssystem zum Steuern eines Verbrennungsmotors umfasst Kraftstoffeinspritzmittel zum direkten Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum, Mittel zum Steuern des Kraftstoffeinspritzdrucks zum Steuern eines Drucks von Kraftstoff, den das Kraftstoffeinspritzmittel einspritzt, in einer Ansaugleitung angeordnete Ansaugluft-Regulierungsmittel zum Regulieren einer Ansaugluftmenge, die in die Ansaugleitung eingebracht wird, in einer Abgasleitung angeordnete NOx-Absorptionsmittel zum Absorbieren von NOx aus einem Abgas bei einer hohen Sauerstoffkonzentration und zum Abgeben des NOx in ein Abgas bei einer niedrigen Sauerstoffkonzentration, Drehzahlüberwachungsmittel zum Überwachen einer Motordrehzahl des Verbrennungsmotors und Steuerungsmittel zum Steuern des Kraftstoffeinspritzmittels und des Mittels zum Steuern des Kraftstoffeinspritzdrucks auf der Grundlage der Motordrehzahl.
  • Das Steuerungsmittel steuert das Kraftstoffeinspritzmittel auf der Grundlage der Motordrehzahl so, dass eine Verbrennung mit homogener Ladung durchgeführt wird, indem Kraftstoff in einem Ansaugtakt eines Zylinders in den Brennraum eingespritzt wird, wenn die Motordrehzahl höher ist als eine angegebene Drehzahl, und dass eine Schichtladungsverbrennung durchgeführt wird, indem Kraftstoff in einem Verdichtungstakt des Zylinders in den Brennraum eingespritzt wird, wenn die Motordrehzahl geringer ist als die angegebene Drehzahl, es steuert das Kraftstoffeinspritzmittel und/oder das Ansaugluft-Regulierungsmittel, um während der Durchführung der Verbrennung mit homogener Ladung ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis so zu ändern, dass ein Zustand mit fettem Gemisch vorgesehen wird, wobei eine Sauerstoffkonzentration eines Abgases geringer ist als diejenige, wenn ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis gleich oder annähernd gleich einem stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis ist, es steuert das Mittel zum Steuern des Kraftstoffeinspritzdrucks, um den Kraftstoffdruck gemäß der Motordrehzahl zu steuern, während die Schichtladungsverbrennung durchgeführt wird, und um den Kraftstoffdruck auf einen festen Druck zu bringen, der höher ist als ein Kraftstoffdruck, mit dem die Schichtladungsverbrennung durchgeführt wird, während die Verbrennung mit homogener Ladung durchgeführt wird, es stellt eine Menge von in dem NOx absorbierenden Material absorbiertem NOx fest, wobei das Kraftstoffeinspritzmittel so gesteuert wird, dass während eines festgelegten Zeitraums Kraftstoff in für die Verbrennung mit homogener Ladung in geeigneter Weise eingespritzt wird, wenn festgestellt wird, dass die Menge des NOx während der Durchführung der Schichtladungsverbrennung eine bestimmte NOx-Menge erreicht hat, und wobei das Mittel zum Steuern des Kraftstoffeinspritzdrucks so gesteuert wird, dass der Kraftstoffdruck, der während der aus der Feststellung resultierenden Durchführung der Verbrennung mit homogener Ladung bereitgestellt wird, auf ein niedrigeres Niveau gebracht wird als der Kraftstoffdruck, der während der Durchführung der Verbrennung mit homogener Ladung auf der Grundlage der Motordrehzahl bereitgestellt wird.
  • Gemäß dem Motorsteuerungssystem wird während der Durchführung der Verbrennung mit homogener Ladung zum Zweck der Beseitigung von NOx aus dem NOx absorbierenden Material eine Änderung eines Kraftstoffdrucks auf einen Bedarfskraftstoffdruck der Verbrennung mit homogener Ladung verhindert. Als Ergebnis der Verhinderung der Druckänderung auf den Bedarfskraftstoffdruck der Verbrennung mit homogener Ladung, während das NOx absorbierende Material das NOx im Abgas beseitigt, um das NOx zu reduzieren und das Abgas während der Durchführung der Verbrennung mit homogener Ladung zu reinigen, wird verhindert, dass ein Kraftstoffgemisch allmählich in den problematischen Zustand, sich aufgrund einer höheren Kraftstoffeinspritzungs-Penetrationskraft als einer ursprünglichen Kraftstoffeinspritzungs-Penetrationskraft für die Schichtladungsverbrennung nur schwer lokal um eine Zündkerze herum konzentrieren zu lassen, geraten kann, der als Ergebnis einer zeitlichen Verzögerung bei der Änderung des Kraftstoffdrucks sogar beim Zurückkehren zu der Schichtladungsverbrennung von der Verbrennung mit homogener Ladung verursacht wird. Dies bewirkt, dass bei der Wiederaufnahme der Schichtladungsverbrennung ausgehend von der Verbrennung mit homogener Ladung zur Beseitigung des NOx die Schichtladungsverbrennung in zufrieden stellender Weise erreicht wird.
  • Die Steuerungsmittel können die Kraftstoffeinspritzmittel während der aus der Feststellung resultierenden Durchführung der Verbrennung mit homogener Ladung so steuern, dass ein Zeitpunkt der Kraftstoffeinspritzung korrigiert wird, zu dem das Kraftstoffeinspritzmittel gemäß einer Druckdifferenz zwischen dem Kraftstoffdruck, der bei der Durchführung der aus der Feststellung resultierenden Verbrennung mit homogener Ladung bereitgestellt wird, und dem Kraftstoffdruck, der während der Durchführung der Verbrennung mit homogener Ladung auf der Grundlage der Motordrehzahl bereitgestellt wird, Kraftstoff einspritzt. Diese Korrektur eines Kraftstoffeinspritzzeitpunkts verhindert die Verschlechterung der Verbrennbarkeit des Kraftstoffs aufgrund der Verhinderung der Änderung auf den Bedarfskraftstoffdruck der Verbrennung mit homogener Ladung.
  • Das Motorsteuerungssystem kann ferner eine Abgasrückführungsleitung umfassen, die eine Ansaugleitung und eine Abgasleitung miteinander verbindet, sowie Mittel zur Steuerung der Abgasrückführung. Bei diesem Motorsteuerungssystem steuert das Steuerungsmittel das Mittel zur Steuerung der Abgasrückführung so, dass eine Abgasmenge, die während der Durchführung der aus der Feststellung resultierenden Verbrennung mit homogener Ladung rückgeführt wird, im Vergleich zu einer Abgasmenge, die während der auf der Grundlage der Motordrehzahl durchgeführten Verbrennung mit homogener Ladung rückgeführt wird, geringer wird. Die Verringerung der Menge der Abgasrückführung verhindert die Verschlechterung der Verbrennbarkeit des Kraftstoffs aufgrund der Verhinderung der Änderung auf den Bedarfskraftstoffdruck der Verbrennung mit homogener Ladung.
  • Die oben genannten und weitere Aufgaben und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden anhand der folgenden detaillierten Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen deutlich, bei denen durchgängig die gleichen Bezugszeichen verwendet wurden, um identische oder ähnliche Teile oder Mechanismen zu bezeichnen. Es zeigen:
  • 1 eine schematische Querschnittsansicht, die ein Kraftstoffgemisch zeigt, das lokal um Elektroden einer Zündkerze eines von einem Motorsteuerungssystem gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gesteuerten Verbrennungsmotors angesammelt ist;
  • 2 eine Veranschaulichung, die die Gesamtstruktur des mit dem Motorsteuerungssystem ausgestatteten Verbrennungsmotors zeigt;
  • 3 eine Perspektivansicht, die eine Anordnung eines Kolbens, von Einlasskanälen, einer Zündkerze und einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung des Verbrennungsmotors zeigt;
  • 4 eine schematische Querschnittsansicht ähnlich 1, die ein Kraftstoffgemisch zeigt, das bei einem Ansaugtakt lokal um Elektroden der Zündkerze des Verbrennungsmotors angesammelt ist;
  • 5A eine schematische Veranschaulichung, die beispielshalber eine Kraftstoffanlage zeigt;
  • 5B eine schematische Veranschaulichung, die beispielshalber eine weitere Kraftstoffanlage zeigt;
  • 6 eine Veranschaulichung in Form eines Diagramms, die ein Steuerungskennfeld von Motorbetriebsbereichen für eine Schichtladungsverbrennung bzw. eine Verbrennung mit homogener Ladung zeigt;
  • 7A ein Steuerungskennfeld des Kraftstoffeinspritzdrucks im Hinblick auf die Motordrehzahl;
  • 7B ein Steuerungskennfeld der Kraftstoffeinspritzungs-Penetrationskraft im Hinblick auf die Motordrehzahl;
  • 8 ein Steuerungskennfeld des Verhältnisses zwischen der Kraftstoffeinspritzungs-Penetrationskraft und dem Kraftstoffeinspritzdruck;
  • 9A ein weiteres Steuerungskennfeld des Kraftstoffeinspritzdrucks im Hinblick auf die Motordrehzahl;
  • 9B ein weiteres Steuerungskennfeld der Kraftstoffeinspritzungs-Penetrationskraft im Hinblick auf die Motordrehzahl;
  • 10 ein Zeitdiagramm mit der Steuerung der Verbrennung bei fettestem Luft/Kraftstoff-Verhältnis; und
  • 11A und 11B die jeweiligen Teile eines Ablaufdiagramms, das eine Abfolgeroutine einer dualen Einspritzdrucksteuerung veranschaulicht.
  • Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen und insbesondere auf 1 bis 3, die einen Verbrennungsmotor 1 zeigen (der nachfolgend der Einfachheit halber als Motor bezeichnet wird), der mit einem Steuerungssystem gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ausgestattet ist, umfasst der Motor 1 einen Zylinderblock 3 mit einer Vielzahl von Zylindern 2 (von denen nur einer gezeigt ist), die in einer geraden Reihe angeordnet sind, und einen Zylinderkopf 4, der oben am Zylinderblock 3 angebracht ist. Im Zylinder 2 ist ein Kolben 5 zum Ausführen einer gleitenden, gegenläufigen Bewegung nach oben und nach unten aufgenommen. Zwischen der Zylinderwand, dem Kolben und dem Zylinderkopf 4 ist ein Brennraum 6 ausgebildet. Wie in 3 im Einzelnen gezeigt, ist der Brennraum 6 pultdachartig und wird von zwei in der unteren Wand des Zylinderkopfs 4 ausgebildeten geneigten Wänden gebildet. Wie später noch beschrieben wird, weist der obere Teil des Brennraums 6 eine keilförmige Konfiguration auf, die auf einen keilartig ausgebildeten Kolbenboden des Kolbens 5 trifft. Eine Kurbelwelle 7 ist unterhalb des Kolbens 5 am Zylinderblock 3 montiert und mit dem Kolben 5 über ein Pleuel 8 verbunden.
  • Wie in 1 und 2 gezeigt, ist der Zylinderkopf 4 mit zwei unabhängigen Einlasskanälen 10 und zwei unabhängigen Auslasskanälen 11 ausgebildet. Jeder der Einlasskanäle 10 öffnet sich an einem Ende durch eine der geneigten Wände zum Brennraum 6 hin, erstreckt sich im Wesentlichen geradlinig zu einer der entgegengesetzten Seitenwände des Zylinderblocks 3 und öffnet sich an einem anderen Ende zur Außenseite des Zylinderblocks 3 hin. Einlassventile 12 sind so angeordnet, dass sie das eine Ende der Einlasskanäle 10 zu geeigneten Zeitpunkten öffnen bzw. schließen. Analog öffnet sich jeder der Auslasskanäle 11 an einem Ende durch eine andere geneigte Wand zum Brennraum 6 hin, erstreckt sich im Wesentlichen geradlinig zu einer anderen Seitenwand des Zylinderblocks 3 und öffnet sich an einem anderen Ende zur Außenseite des Zylinderblocks 3 hin. Auslassventile 13 sind so angeordnet, dass sie die einen Enden der Auslasskanäle 11 zu geeigneten Zeitpunkten öffnen bzw. schließen. Ein variabler Ventilansteuerungsmechanismus 14a steuert die Einlassventile 12 so an, dass sie die Einlasskanäle 10 öffnen und schließen. Analog steuert der variable Ventilansteuerungsmechanismus 14b die Auslassventile 13 so an, dass sie die Auslasskanäle 11 öffnen und schließen.
  • Der Motor 1 ist an einer der entgegengesetzten Seiten so mit einem Ansaugrohr 30 versehen, dass es mit jedem der Einlasskanäle 10 in Verbindung steht. Das Ansaugrohr 30 ist von seinem in Strömungsrichtung oben liegenden bis zu seinem in Strömungsrichtung unten liegenden Ende mit einem Hitzdraht-Luftmassenmesser 31, der dahingehend betriebsfähig ist, dass er einen Luftdurchsatz von Ansaugluft überwacht, mit einer elektrisch betätigten Drosselklappe 32, die dahingehend betriebsfähig ist, dass sie eine Öffnung des Ansaugrohrs 30 reguliert und mit einem Auffangbehälter 33 versehen. In den Brennraum 6 des Motors 1 wird durch das Ansaugrohr 30 über einen (nicht gezeigten) Luftfilter Luft eingebracht. Die elektrisch betätigte Drosselklappe 32 ist mit einem (nicht gezeigten) Gaspedal verbunden und wird nicht über ein mechanisches Gestänge, sondern durch einen (nicht gezeigten) Elektromotor betätigt. Der in Strömungsrichtung oberhalb des Auffangbehälters 33 liegende Ansaugdurchlass 30 wird so verzweigt, dass gemeinsame, eigenständige Ansaugrohre für die jeweiligen Zylinder 2 gebildet werden. Jedes gemeinsame, eigenständige Ansaugrohr verzweigt sich ferner in zwei eigenständige Ansaugrohre, die unabhängig voneinander mit den jeweiligen Einlasskanälen 10 der einzelnen Zylinder 2 verbunden sind. Die jeweiligen Einlasskanäle 10 sind an ihren in Strömungsrichtung oben liegenden Enden mit Luftdurchsatz-Regulierventilen 34 versehen, die dahingehend betriebsfähig sind, dass sie jeweils eine Verwirbelung im Brennraum 6 regulieren. Diese Luftdurchsatz-Regulierventile 34 werden von einem Schrittmotor 35 geöffnet und geschlossen. Bei dem Luftdurchsatz-Regulierventil 34 handelt es sich um einen Typ, der eine abgerundete, schmetterlingsförmige Membran umfasst, die teilweise weggeschnitten ist. Insbesondere liegt in diesem Ausführungsbeispiel ein unterer Teil des Luftdurchsatz-Regulierventils 34 unterhalb einer Ventilwelle 34a. Wenn das Luftdurchsatz-Regulierventil 34 den Einlasskanal 10 schließt, wird ein Ansaugluftstrom so zusammengedrückt, dass er durch eine im Einlasskanal 10 unterhalb des Verwirbelungs-Regulierventils 34 ausgebildete Öffnung strömt und so in den Brennraum 6 eintritt, dass eine starke Verwirbelung entsteht. Sowie das Luftdurchsatz-Regulierventil 34 allmählich geöffnet wird, vergrößert sich die im Einlasskanal 10 durch das Luftdurchsatz-Regulierventil 34 gebildete Öffnung, und die Verwirbelung verliert allmählich an Stärke.
  • Der Brennraum 6 ist in seinem oberen Teil mit einer von den in 3 gezeigten Einlassventilen 12 und Auslassventilen 13 umgebenen Zündkerze 16 ausgestattet. Die Zündkerze ist so konstruiert, dass eine Elektrodenspitze eine bestimmte Strecke weit in den Brennraum 6 hinunterreicht. Dadurch wird die Elektrodenspitze unmittelbarer in den Weg eines einströmenden Kraftstoffgemischs platziert. Die Zündkerze 16 ist an ihrem äußeren Ende elektrisch mit einer Zündschaltung 17 (siehe 2) verbunden. Der Zylinder 2 erhält zu einem geeigneten Zeitpunkt an den Zündkerzenelektroden einen Funken, wenn der Kolben 5 sich dem obersten Punkt seines Verdichtungstakts nähert. Ein Kolbenboden 5a des Kolbens 5 ist keilartig ausgebildet und trifft in der Konfiguration auf den oberen Teil des pultdachartigen Brennraums 6. Der Kolbenboden 5a ist in seiner Mitte mit einer zitronenförmigen Ausnehmung 5b ausgebildet. Wie in 4 gezeigt, funktioniert diese Ausnehmung 5b, um beim Ansaugtakt im Brennraum 6 eine gleichmäßige Verwirbelung T zu bilden, und erhält ihn zuverlässig aufrecht, um eine starke Dämpfung der Verwirbelung bis zu einer späteren Phase des Verdichtungstakts zu verhindern.
  • Der Brennraum 6 ist an seinem Mantel mit einem Kraftstoffeinspritzmittel 18 versehen, das zwischen benachbarten, in Strömungsrichtung unten liegenden Enden der Einlasskanäle 10 angeordnet ist. Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 18 ist vom im Stand der Technik allgemein bekannten Wirbeltyp, mit dem Kraftstoff in Form eines Wirbelstroms, der wie ein hohles Korn geformt ist und sich entlang einer Mittellinie der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 18 erstreckt, eingespritzt wird. Wie allgemein bekannt ist, erhöht sich die Kraftstoffeinspritzungs-Penetrationskraft der Kraftstoffeinspritzung bei einem Ansteigen des Drucks des Kraftstoffs, der durch die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 18 eingespritzt wird (der nachfolgend als Kraftstoffeinspritzdruck bezeichnet wird), entsprechend dem Anstieg des Kraftstoffeinspritzdrucks. Ein Kraftstoffverteilerrohr 19 erstreckt sich seitlich vom Zylinderkopf 4 und ist an die Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 18 für die Zylinder 2 gemeinschaftlich angeschlossen, um unter Druck stehenden Kraftstoff aus einem in 5A bzw. 5B gezeigten Kraftstoffsystem 20 zur jeweiligen Kraftstoffeinspritzvorrichtung 18 zu fördern.
  • Das Kraftstoffsystem 20 kann eine in 5A gezeigte Form aufweisen. Das Kraftstoffsystem 20 umfasst das Kraftstoffverteilerrohr 19 und einen über eine Kraftstoffleitung 22 angeschlossenen Kraftstofftank 21. Diese Kraftstoffleitung 22 ist von der Seite des Kraftstofftanks 21 zum Kraftstoffverteilerrohr 19 hin mit einer Niederdruck-Kraftstoffpumpe 23, einem Niederdruckregler 24, einem Kraftstoff-Filter 25, einer Hochdruck-Kraftstoffpumpe 26a und einem Hochdruckregler 27 versehen. Diese Hochdruck-Kraftstoffpumpe 26a und dieser Hochdruckregler 27 sind über eine Rücklaufleitung 29a mit dem Kraftstofftank 21 verbunden. Die Rücklaufleitung 29a ist mit einem Niederdruckregler 28 versehen, der betrieben wird, um einen Druck des zum Kraftstofftank 21 zurücklaufenden Kraftstoffs zu regulieren. Der mittels der Niederdruck-Kraftstoffpumpe 23 gepumpte Kraftstoff wird vom Niederdruckregler 24 druckreguliert und dann über den Kraftstoff-Filter 25 zur Hochdruck-Kraftstoffpumpe 26a gefördert. Die Hochdruck-Kraftstoffpumpe 26a setzt den Kraftstoff unter Druck und fördert ihn teilweise über den Hochdruckregler 27 in das Kraftstoffverteilerrohr 19 und fördert ihn teilweise über den Niederdruckregler 28 in den Kraftstofftank 21 zurück. Der in das Kraftstoffverteilerrohr 19 geförderte Kraftstoff wird für die Schichtladungsverbrennung auf ein geeignetes Druckniveau zwischen beispielsweise annähernd 3 MPa und annähernd 13 MPa, und noch wünschenswerter, annähernd 3 MPa und annähernd 17 MPa, druckreguliert.
  • Das Kraftstoffsystem 20 kann eine weitere, in 5B gezeigte Form aufweisen. Ein Kraftstoffsystem 20 umfasst das Kraftstoffverteilerrohr 19 und einen über eine Kraftstoffleitung 22 angeschlossenen Kraftstofftank 21. Diese Kraftstoffleitung 22 ist von der Seite des Kraftstofftanks 21 zum Kraftstoffverteilerrohr 19 hin mit einer Niederdruck-Kraftstoffpumpe 23, einem Niederdruckregler 24, einem Kraftstoff-Filter 25 und einer elektromotorisch angetriebenen Hochdruck-Kraftstoffpumpe 26b versehen, die vom Typ mit Elektromotor ist und hinsichtlich der Förderleistung in einem weiten Bereich variabel ist. Der Niederdruckregler 24 ist über eine Rücklaufleitung 29 mit dem Kraftstofftank 21 verbunden, so dass Kraftstoff teilweise zum Kraftstofftank 21 zurückgefördert wird. Die Hochdruck-Kraftstoffpumpe 26b reguliert eine Fördermenge von Kraftstoff an das Kraftstoffverteilerrohr 19, um dadurch einen Druck des Kraftstoffs zu regulieren.
  • Der Motor 1 ist auf einer anderen Seite mit einem Auspuffkrümmer 37 versehen, der mit einem in Strömungsrichtung oberen Ende der jeweiligen Auslasskanäle 11 der Zylinder 2 über eigenständige Ansaugrohre 36 verbunden ist und an einem in Strömungsrichtung unteren Ende mit einem gemeinsamen Auspuffrohr 39 verbunden ist. Der Auspuffkrümmer 37 ist mit einer linearen Lambda-Sonde (O2-Sonde) 38 versehen, die in verschiedenen Formen allgemein bekannt ist und jede beliebige allgemein bekannte Form aufweisen kann. Wie im Stand der Technik allgemein bekannt ist, überwacht die O2-Sonde 38 eine Sauerstoffkonzentration eines aus dem Motor 1 abgeführten Abgases und stellt eine lineare Ausgabe innerhalb eines bestimmten Luft/Kraftstoff-Verhältnisbereichs einschließlich eines stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnisses bereit. Das Auspuffrohr 39 ist von der in Strömungsrichtung oberen Seite zur in Strömungsrichtung unteren Seite hin mit einem Dreiwegekatalysator 54, einer NOx absorbierenden Einheit 40, die ein NOx absorbierendes Material enthält, und einer Lambda-Sauerstoffsonde (λO2-Sonde) 41 versehen. Das NOx absorbierende Material ist vom NOx absorbierenden/reduzierenden Typ, der NOx in einem Abgas bei einer hohen Sauerstoffkonzentration absorbiert und das NOx beseitigt und das NOx mit unverbranntem HC und CO reduziert bzw. deoxidiert, wenn die Sauerstoffkonzentration sinkt. Die λO2-Sonde 41, die in verschiedenen Formen bekannt ist und jede beliebige allgemein bekannte Form aufweisen kann, überwacht eine Sauerstoffkonzentration eines aus dem Motor 1 abgeführten Abgases, um eine Verschlechterung des NOx absorbierenden Materials zu erkennen und eine stufenweise Ausgabe bereitzustellen, die an dem stöchiometrischen Luft/Kraftstoffverhältnis als Grenze umgekehrt wird.
  • Ferner ist ein Abgasrückführungsrohr (AGR-Rohr) 43 zwischen dem Ansaugrohr 36 und dem Abgasrohr 39 angeschlossen. Insbesondere ist das AGR-Rohr 43 an seinem in Strömungsrichtung unteren Ende zwischen der Drosselklappe 32 und dem Auffangbehälter 33 mit dem Ansaugrohr 36 verbunden und mit einem Abgasrückführungsventil (AGR-Ventil) 44 versehen. Dieses AGR-Ventil 44 reguliert die Menge des Abgases, das durch das AGR-Rohr 43 in einen Ansaugluftstrom rückgeführt wird.
  • Ein Motorsteuergerät (ECU) 50 steuert verschiedene Betriebselemente, nämlich die Zündschaltung 17, die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 18, den Hochdruckregler 27 für das Kraftstoffsystem 20, die elektrisch betätigte Drosselklappe 32, das Luftdurchsatz-Regulierventil 34, das AGR-Ventil 44 und dergleichen. Damit das ECU 50 eine exakte Steuerung der Betriebselemente vornehmen kann, empfängt das ECU 50 Signale von zumindest einem Winkelgeber 9, der dahin betriebsfähig ist, dass er einen Drehwinkel der Kurbelwelle 7 überwacht, einem Gaspedalstellungssensor 51 und einem Drehzahlsensor 52, der dahingehend betriebsfähig ist, dass er eine Drehzahl der Kurbelwelle 7 stellvertretend für eine Motordrehzahl überwacht, zusätzlich zu dem Luftmassenmesser 31, der linearen O2-Sonde 38 und der λO2-Sonde 41. Das ECU 50 stellt Steuersignale zum Steuern einer Kraftstoffeinspritzmenge, eines Kraftstoffeinspritzzeitpunkts und eines Kraftstoffeinspritzdrucks anhand einer Motorbetriebsbedingung bereit, die auf der Grundlage der ankommenden Signale bestimmt wird. Insbesondere wird, wie in 6 beispielshalber gezeigt ist, auf der Seite der niedrigeren Motordrehzahl und Motorlast, während der Motor 1 in einer Warmbetriebsbedingung läuft, ein Motorbetriebsbedingungsbereich für die Schichtladungsverbrennung definiert. In diesem Motorbetriebsbedingungsbereich für die Schichtladungsverbrennung wird die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 18 aktiviert, um Kraftstoff für einen bestimmten Zeitraum während des Verdichtungstakts des Kolbens 5 einzuspritzen, beispielsweise zu einem Zeitpunkt zwischen 40° und 140° nach einem oberen Totpunkt (OT) des Verdichtungstakts des Kolbens 5, so dass für die Schichtladungsverbrennung ein geschichtetes Kraftstoffgemisch lokal um die Zündkerze 16 herum verteilt wird. Andererseits wird der übrige Motorbetriebsbedingungsbereich der Verbrennung mit homogener Ladung zugewiesen. In diesem Motorbetriebsbedingungsbereich für die Verbrennung mit homogener Ladung wird die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 18 aktiviert, um Kraftstoff während des Ansaugtakts des Kolbens 5 so einzuspritzen, dass er in ausreichender Weise mit Ansaugluft gemischt wird, wodurch ein homogenes Kraftstoffgemisch im Brennraum 6 verteilt wird. Während der Verbrennung mit homogener Ladung wird die Steuerung der Kraftstoffeinspritzung und C rosselklappenöffnung so vorgenommen, dass ein annähernd stöchiometrisches Luft/Kraftstoff-Verhältnis, das heißt annähernd 14,7, in einem gesamten Motorbetriebsbedingungsbereich bereitgestellt wird. Insbesondere wird die Steuerung in einem Motorbetriebsbereich mit vollständig geöffneter Drosselklappe so vorgenommen, dass das Kraftstoffgemisch auf ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis von beispielsweise 13 angereichert wird, das fetter ist als das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis, so dass dadurch eine hohe Motorleistung bereitgestellt wird, die einer hohen Motorlast entspricht.
  • Im Motorbetriebsbedingungsbereich für die Schichtladungsverbrennung wird eine geeignete Schichtung eines Kraftstoffgemischs unter Verwendung einer Verwirbelung T zum Steuern des Verhaltens eines Kraftstoffsprühstoßes im Brennraum 6 erreicht. Insbesondere, wenn der Motor 1 im Motorbetriebsbedingungsbereich für die Schichtladungsverbrennung läuft, während die im Ansaugtakt des Kolbens 5 erzeugte Verwirbelung T bis zu einer späteren Phase des Verdichtungstakts des Kolbens 5 aufrechterhalten wird, wird Kraftstoff so eingespritzt, dass er genau in einer Richtung, die der Verwirbelung T annähernd entgegengesetzt ist, in die Verwirbelung T eindringt. Dies bewirkt, dass die Verwirbelung T so auf den Kraftstoffsprühstoß einwirkt, dass der Kraftstoffsprühstoß verlangsamt wird und allmählich zur Zündkerze 16 gelangt. Diese Bewegung des Kraftstoffsprühstoßes fördert die Verdampfung und Vernebelung der Kraftstofftropfen und deren Vermischung mit Luft. Abschließend sammelt sich, wie in 1 schattiert dargestellt, das Kraftstoffgemisch zum Zeitpunkt der Zündung als entzündliches Kraftstoffgemisch lokal um die Zündkerze 16 herum an.
  • In diesem Fall wird, während die Öffnung der Luftdurchsatz-Regulierventile 34 anhand einer Änderung in der Motordrehzahl gesteuert wird, um eine Geschwindigkeit der Verwirbelung T im Brennraum 6 zu ändern, die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 18 so gesteuert, dass sie den Kraftstoffeinspritzdruck entsprechend der Änderung der Öffnung der Luftdurchsatz-Regulierventile 34 reguliert. Noch genauer lässt sich die Steuerung der Verwirbelungsgeschwindigkeit, wie in 7A gezeigt, dadurch beschreiben, dass die Luftdurchsatz-Regulierventile 34 vollständig geschlossen bleiben, bis die Motordrehzahl Ne eine erste Drehzahl Ne1, beispielsweise 2.500 U/Min., erreicht hat, wenn der Motor 1 im Motorbetriebsbedingungsbereich für die Schichtladungsverbrennung läuft. Dies führt dazu, dass die Verwirbelungsgeschwindigkeit Ts höher ist als in einem Fall, in dem die Luftdurchsatz-Regulierventile 34 vollständig geöffnet sind (durch die Strichpunktlinie gezeigt), und sich bei einer Erhöhung der Motordrehzahl Ne stärker ändert. Wenn die Motordrehzahl Ne die erste festgelegte Drehzahl Ne1 erreicht, erreicht die Verwirbelungsgeschwindigkeit Ts eine festgelegte obere Grenzgeschwindigkeit Tsup. Wenn sich die Motordrehzahl Ne weiter erhöht und die erste festgelegte Drehzahl Ne1 überschreitet, werden daraufhin die Luftdurchsatz-Regulierventile 34 anhand einer Änderung der Öffnungsstellung der Luftdurchsatz-Regulierventile 34 allmählich geöffnet, so dass die Verwirbelungsgeschwindigkeit Ts unverändert bleibt. Wenn sich die Motordrehzahl Ne weiter erhöht und die erste festgelegte Drehzahl Ne1 überschreitet. Wenn die Motordrehzahl Ne eine zweite festgelegte Drehzahl Ne2 erreicht, beispielsweise 3.500 U/Min., werden die Luftdurchsatz-Regulierventile 34 vollständig geöffnet. Wenn sich daraufhin die Motordrehzahl Ne erhöht und die zweite festgelegte Drehzahl Ne2 überschreitet und in den Motorbetriebsbedingungsbereich für die Verbrennung mit homogener Ladung gelangt, bleiben die Luftdurchsatz-Regulierventile 34 vollständig geöffnet, um sicherzustellen, dass eine ausreichende Menge Luft angesaugt wird.
  • Gleichzeitig wird der Kraftstoffeinspritzdruck so gesteuert, dass die Änderung der Verwirbelungsgeschwindigkeit berücksichtigt wird, wodurch sich die Kraftstoffeinspritzungs-Penetrationskraft Fp, wie in 7B gezeigt, ändert. Insbesondere wenn der Motor 1 in dem Motorbetriebsbedingungsbereich für die Schichtladungsverbrennung arbeitet, wird die Kraftstoffeinspritzungs-Penetrationskraft Fp auf einen festgelegten oberen Grenzwert der Penetrationskraft Fpup erhöht, bis die Motordrehzahl Ne dann die erste festgelegte Drehzahl Ne1 erreicht. Während sich die Motordrehzahl Ne zwischen der ersten festgelegten Drehzahl Ne1 und der zweiten festgelegten Drehzahl Ne2 ändert, wird die Kraftstoffeinspritzungs-Penetrationskraft Fp konstant auf dem oberen Grenzwert der Kraftstoffeinspritzungs-Penetrationskraft Fpup gehalten. Wenn sich die Motordrehzahl Ne weiter erhöht und die zweite festgelegte Drehzahl Ne2 überschreitet und der Motorbetriebsbedingungsbereich für die Verbrennung mit homogener Ladung erreicht wird, wird die Kraftstoffeinspritzungs-Penetrationskraft Fp auf einem höheren Wert als dem oberen Grenzwert Fpup für die Schichtladungsverbrennung fixiert oder anhand eines Gleichgewichts zwischen einer Kraftstoffeinspritzmenge und einem Zeitraum bestimmt, in dem die Kraftstoffeinspritzung durchgeführt werden kann.
  • Die Steuerung der Kraftstoffeinspritzungs-Penetrationskraft Fp wird durch Steuern der Hochdruck-Kraftstoffpumpe 27 des Kraftstoffsystems 20 erreicht, so dass sich der Druck des Kraftstoffs, der zur Kraftstoffeinspritzvorrichtung 18 gefördert wird, ändert. Die Steuerung der Hochdruck-Kraftstoffpumpe 27 wird anhand einer programmierten Steuerungssequenz vorgenommen. Da es, wie beispielsweise in 8 gezeigt, eine Beziehung zwischen der Kraftstoffeinspritzungs-Penetrationskraft und dem Kraftstoffeinspritzdruck gibt, die keinen Bedingungen unterworfen ist, wird die Steuerung des Kraftstoffeinspritzdrucks in der Praxis so vorgenommen, dass der Beziehung zwischen der Motordrehzahl und der Kraftstoffeinspritzungs-Penetrationskraft, die wie in 7B gezeigt definiert ist, unter Berücksichtigung der in 8 gezeigten Beziehung zwischen der Kraftstoffeinspritzungs-Penetrationskraft und dem Kraftstoffeinspritzdruck Rechnung getragen wird.
  • In diesem Fall kann die Steuerung der Verwirbelungsgeschwindigkeit so vorgenommen werden, wie in 9A gezeigt. Die Luftdurchsatz-Regulierventile 34 werden bei einer Erhöhung der Motordrehzahl Ne allmählich weiter geöffnet, bis die Motordrehzahl Ne die zweite festgelegte Drehzahl Ne2 erreicht, um allmählich die Verwirbelungsgeschwindigkeit Ts innerhalb des Bereichs unterhalb der festgelegten oberen Grenzgeschwindigkeit Tsup zu erhöhen. Die Steuerung der Kraftstoffeinspritzungs-Penetrationskraft Fp wird erreicht, indem die Hochdruck-Kraftstoffeinspritzpumpe 27 des Kraftstoffsystems 20 so gesteuert wird, dass sich der Kraftstoffeinspritzdruck ändert. Diese Steuerung wird in der Praxis so vorgenommen, dass der Beziehung zwischen der Motordrehzahl und der Kraftstoffeinspritzungs-Penetrationskraft, die wie in 9B gezeigt definiert ist, unter Berücksichtigung der in 8 gezeigten Beziehung zwischen der Kraftstoffeinspritzungs-Penetrationskraft und dem Kraftstoffeinspritzdruck Rechnung getragen wird.
  • Das ECU 50 nimmt, wie weiter unten unter Bezugnahme auf 10 beschrieben, zusätzlich zur Steuerung des Kraftstoffdrucks anhand der Motorbetriebsbedingungsbereiche, eine Steuerung der Verbrennung zur NOx-Beseitigung vor.
  • Unter Bezugnahme auf 10 wird, wenn die Menge von absorbiertem NOx eine festgelegte Menge erreicht hat, die Verbrennung mit homogener Ladung, in welcher ein fettes Luft/Kraftstoff-Verhältnis vorliegt, einen festgelegten Zeitraum lang durchgeführt, beispielsweise eine bis mehrere Sekunden lang, oder bis die Menge von absorbiertem NOx gleich null (0) wird, damit das NOx absorbierende Material 40 veranlasst wird, das NOx zur Reduktion mit unverbranntem HC und CO in einem Abgas zu beseitigen, wodurch das Abgas gereinigt wird (was als Verbrennung zur NOx-Beseitigung bezeichnet wird). Obwohl der Kraftstoffeinspritzdruck bei herkömmlichen Systemen erhöht wird, so dass beim Auftreten eines Wechsels des Verbrennungsmodus zur Verbrennung mit homogener Ladung die Bedingungen der Verbrennung mit homogener Ladung erfüllt werden, bleibt in diesem Fall der Kraftstoffeinspritzdruck trotz eines Wechsels des Verbrennungsmodus zur Verbrennung mit homogener Ladung in diesem Ausführungsbeispiel dennoch konstant, so dass keine zeitliche Verzögerung beim Ändern des Kraftstoffeinspritzdrucks auftritt, wenn die Schichtladungsverbrennung wieder aufgenommen wird, nachdem das NOx absorbierende Material 40 das NOx beseitigt hat. Dies führt dazu, dass er so verringert wird, dass eine lokale Konzentration eines Kraftstoffgemischs um die Zündkerze 16 herum bei der Wiederaufnahme der Schichtladungsverbrennung kaum auftreten kann.
  • In diesem Fall ist es, mit dem Ziel, bei einem Wechsel zur Verbrennung mit homogener Ladung (das heißt zur Verbrennung zur NOx-Beseitigung) das Auftreten einer abrupten Drehmomentänderung zu verhindern, jedoch wünschenswert, einen Zündzeitpunkt vorübergehend zu verzögern. Außerdem ist es wünschenswert, einen Zündzeitpunkt vorzuverlegen, um die Menge des Abgases, das rückgeführt wird, zu verringern, oder einen Kraftstoffeinspritzdruck beispielsweise auf einen Druck zu erhöhen, der höher ist als ein Niveau während der Durchführung der Schichtladungsverbrennung, aber niedriger als ein Niveau während der Durchführung der Verbrennung mit homogener Ladung, und zwar in einem Maß, das die Schichtladungsverbrennung sogar während der Durchführung der Verbrennung mit homogener Ladung (das heißt der Verbrennung zur NOx-Beseitigung) zulässt, unter Berücksichtigung der Tatsache, dass die Verbrennbarkeit des Kraftstoffs aufgrund eines Abfalls im Kraftstoffeinspritzdruck während der Verbrennung mit homogener Ladung schlechter ist.
  • Die folgende Beschreibung ist auf die Kraftstoffdrucksteuerung gemäß dem vorgenannten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 11A und 11B gerichtet.
  • Unter Bezugnahme auf 11A und 11B, die die jeweiligen Teile einer Abfolgeroutine der Kraftstoffdrucksteuerung zeigen, beginnt die Abfolgelogik, und die Steuerung wird in Schritt S1 bei einem Funktionsblock fortgesetzt, in dem zumindest eine Motordrehzahl und eine Gaspedalstellung eingelesen werden. Anschließend wird in Schritt S2 eine Feststellung getroffen, ob eine Motorbetriebsbedingung im Bereich der Schichtladungsverbrennung liegt. Wenn die Antwort negativ ist, gibt dies an, dass die Motorbetriebsbedingung im Bereich der Verbrennung mit homogener Ladung liegt; dann wird, nachdem ein Soll-Kraftstoffeinspritzdruck eingelesen wurde, in diesem Ausführungsbeispiel beispielsweise 7 MPa, in Schritt S3 die Kraftstoffdrucksteuerung für die Verbrennung mit homogener Ladung so vorgenommen, dass die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 18 in Schritt S4 Kraftstoff mit dem Soll-Kraftstoffeinspritzdruck einspritzt, und dann gibt die Abfolgelogik eine Anweisung zur Rückkehr, damit die Abfolgeroutine wiederholt wird. Wenn die Antwort positiv ist, gibt dies andererseits an, dass die Motorbetriebsbedingung im Bereich der Schichtladungsverbrennung liegt; dann wird, nachdem in Schritt S5 ein Soll-Kraftstoffeinspritzdruck für die Schichtladungsverbrennung eingelesen wurde, der Kraftstoffeinspritzdruck in Schritt S6 auf den Soll-Kraftstoffeinspritzdruck gebracht.
  • Daraufhin wird in Schritt S7 eine Feststellung vorgenommen, um die Menge von absorbiertem NOx zu bestimmen. Diese Feststellung der Menge von absorbiertem NOx kann unter Verwendung eines herkömmlichen integrierten Zählers vorgenommen werden, der nach jedem festgelegten Zeitraum einen festgelegten Wert als NOx-Inkrement hinzufügt, während ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis mager ist, und den festgelegten Wert als NOx-Dekrement nach jedem festgelegten Zeitraum abzieht, während ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis mager oder gleich dem stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis ist, so dass dadurch eine angesammelte Menge von NOx festgestellt wird. Um die Genauigkeit der Feststellung zu erhöhen, ist es wirkungsvoll, eine Temperatur des NOx absorbierenden Materials 40 und eine Menge von unverbranntem HC und CO im Abgas zu berücksichtigen.
  • Nach der Feststellung der Menge von absorbiertem NOx wird in Schritt S8 eine Feststellung getroffen, ob die festgestellte Menge von absorbiertem NOx größer ist als eine festgelegte Menge von absorbiertem NOx als kritischem Wert für die Durchführung der Abgabe (Beseitigung) von NOx. In diesem Ausführungsbeispiel wird NOx beseitigt und reduziert, wenn die kritische Menge von absorbiertem NOx erreicht ist, damit das NOx absorbierende Material 40 seine wesentliche Wirkung in geeigneter Weise erzielt. Wenn die Antwort negativ ist, gibt dies an, dass es für das NOx absorbierende Material 40 nicht notwendig ist, eine Beseitigung des NOx durchzuführen; dann gibt die Abfolgelogik eine Anweisung zur Rückkehr, damit die Abfolgeroutine wiederholt wird. Wenn andererseits die Antwort positiv ist, gibt dies an, dass es für das NOx absorbierende Material notwendig ist, eine Beseitigung des NOx durchzuführen; dann wird das AGR-Ventil 44 in Schritt S9 geschlossen. Das Schließen des AGR-Ventils 44 erfolgt, um eine Abgasrückführung zu unterbinden, um dadurch die Verschlechterung der Verbrennbarkeit des Kraftstoffs unter Berücksichtigung eines Falls zu steuern, in dem der Kraftstoffeinspritzdruck nicht in ausreichender Weise erhöht wird, um einem Bedarfs-Kraftstoffeinspritzdruck der Verbrennung mit homogener Ladung bei der Durchführung der Verbrennung zur NOx-Beseitigung in einem späteren Schritt S14 zum Abgeben (Beseitigen) von NOx durch Durchführung der Verbrennung mit homogener Ladung mit einem fetten Luft/Kraftstoff-Verhältnis zu entsprechen. Das AGR-Ventil 44 kann vollständig geschlossen werden, so dass eine Abgasrückführung vollständig unterbunden wird, oder es kann unter Berücksichtigung des Kraftstoffeinspritzdrucks, mit dem die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 18 Kraftstoff einspritzt, teilweise geschlossen werden, um die Menge des rückgeführten Abgases zu verringern.
  • Anschließend wird, nachdem in Schritt S10 ein oberer Grenzwert eines Soll-Kraftstoffeinspritzdrucks eingelesen wurde, der wünschenswerterweise für die Schichtladungsverbrennung beispielsweise weniger als 7 MPa beträgt, der Kraftstoffeinspritzdruck so gesteuert, dass er bei Schritt 11 den oberen Grenzwert des Soll-Kraftstoffeinspritzdrucks erreicht. Ferner wird, nachdem in Schritt S12 ein Soll-Kraftstoffeinspritzdruck für die Verbrennung mit homogener Ladung und ein Ist-Kraftstoffeinspritzdruck eingelesen wurden, in Schritt S13 eine Berechnung durchgeführt, um einen Korrekturwert für einen Zeitpunkt der Aktivierung der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 18 auf der Grundlage einer Differenz zwischen dem Ist- Kraftstoffeinspritzdruck und dem Soll-Kraftstoffeinspritzdruck für die Verbrennung mit homogener Ladung zu bestimmen. Dieser Korrekturwert für den Zeitpunkt der Aktivierung der Einspritzvorrichtung wird angegeben, um die Verschlechterung der Verbrennbarkeit des Kraftstoffs aufgrund der Tatsache, dass der Kraftstoffeinspritzdruck bei der Durchführung der NOx-Beseitigung und NOx-Reduzierung auf den oberen Grenzwert des Soll-Kraftstoffeinspritzdrucks (siehe Schritt S11) für die Schichtladungsverbrennung beschränkt ist, einzudämmen. Der Ist-Kraftstoffeinspritzdruck kann mittels des Soll-Kraftstoffeinspritzdrucks für die Schichtladungsverbrennung dargestellt oder praktisch unter Verwendung eines Druckfühlers erkannt werden.
  • In Schritt S14 wird die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 18 zum korrigierten Aktivierungszeitpunkt (beispielsweise zu einem Aktivierungszeitpunkt, der mit einer Erhöhung der Druckdifferenz weiter vorverlegt wird), aktiviert, so dass die Verbrennung mit homogener Ladung mit einem fetten Luft/Kraftstoff-Verhältnis, das heißt als Verbrennung bei fettestem Luft/Kraftstoff-Verhältnis durchgeführt wird. Als Ergebnis der Verbrennung bei fettestem Luft/Kraftstoff-Verhältnis wird das im NOx absorbierenden Material 40 angesammelte NOx beseitigt und mit unverbranntem HC und CO im Abgas reduziert. Die Verbrennung bei fettestem Luft/Kraftstoff-Verhältnis wird fortgesetzt, bis die festgestellte Menge von absorbiertem NOx gleich 0 (null) wird, solange eine wesentliche Änderung in der Motorbetriebsbedingung auftritt. Insbesondere wird in Schritt S15 eine Feststellung getroffen, ob die festgestellte Menge von absorbiertem NOx 0 (null) geworden ist. Wenn die Antwort negativ ist, gibt dies an, dass ein Teil des NOx nach wie vor im NOx absorbierenden Material 40 angesammelt ist; dann wird in Schritt S16 eine weitere Feststellung getroffen, nämlich ob eine wesentliche Änderung in der Motorbetriebsbedingung aufgetreten ist. Solange die Motorbetriebsbedingung im Wesentlichen unverändert bleibt, wird die Verbrennung bei fettestem Luft/Kraftstoff-Verhältnis fortgesetzt. Wenn sich die Motorbetriebsbedingung wesentlich geändert hat, gibt die Abfolgelogik eine Anweisung zur Rückkehr, damit eine weitere Abfolgeroutine ausgeführt wird. Wenn andererseits die Antwort hinsichtlich dieser Entscheidung positiv ist, gibt dies an, dass das NOx vollständig beseitigt worden ist; dann wird, nachdem die Verbrennung bei fettestem Luft/Kraftstoff-Verhältnis beendet worden ist, anders ausgedrückt, nachdem die Schichtladungsverbrennung wieder aufgenommen wurde, in Schritt S17 der Kraftstoffeinspritzdruck so gesteuert, dass in Schritt S18 der Soll-Kraftstoffeinspritzdruck für die Schichtladungsverbrennung erreicht wird, und das AGR-Ventil 44 wird in Schritt 19 anschließend so gesteuert, dass es eine gewöhnliche Öffnungsstellung einnimmt, die für die Schichtladungsverbrennung geeignet ist. Der Grund hierfür ist, dass es nicht notwendig ist, während der Schichtladungsverbrennung eine Verbesserung der Verbrennbarkeit des Kraftstoffs in Betracht zu ziehen. In diesem Fall ist eine zeitliche Verzögerung beim Ändern des Kraftstoffeinspritzdrucks unbedeutend, wenn der Kraftstoffeinspritzdruck vom oberen Grenzwert des Soll-Kraftstoffeinspritzdrucks für die Schichtladungsverbrennung so geändert wird, dass er einen gewöhnlichen Soll-Kraftstoffeinspritzdruck für die Schichtladungsverbrennung erreicht, was nicht wahrscheinlich ist, wenn der Kraftstoffeinspritzdruck ausgehend vom Soll-Kraftstoffeinspritzdruck für die Verbrennung mit homogener Ladung geändert wird. Der Grund dafür ist, dass die Änderung des Kraftstoffeinspritzdrucks im selben Motorbetriebsbedingungsbereich für die Schichtladungsverbrennung auftritt. Demgemäß wird, nachdem eine Rückkehr von der Verbrennung mit homogener Ladung, die durchgeführt wird, um NOx von dem NOx absorbierenden Material 40 zu beseitigen, zur Schichtladungsverbrennung erfolgt ist, gesteuert, dass ein Kraftstoffgemisch so eingestellt ist, dass es kaum lokal um die Zündkerze 16 herum konzentriert werden kann.
  • Die vorliegende Erfindung wurde unter Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Vorteilhafterweise können vom Fachmann mit normalen Kenntnissen auf diesem Gebiet jedoch Varianten und andere Ausführungsbeispiele ausgeführt werden, ohne dass vom Schutzumfang der Erfindung abgewichen wird.

Claims (8)

  1. Motorsteuerungssystem zum Steuern eines Verbrennungsmotors (1), umfassend Kraftstoffeinspritzmittel (18) zum direkten Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum (6); Mittel zur Steuerung des Kraftstoffeinspritzdrucks (27) zum Steuern eines Drucks von Kraftstoff, den das Kraftstoffeinspritzmittel (18) einspritzt; in einer Ansaugleitung (30) angeordnete Ansaugluft-Regulierungsmittel (32) zum Regulieren einer Ansaugluftmenge, die in die Ansaugleitung (30) eingebracht wird; in einer Abgasleitung (39) angeordnete NOx-Absorptionsmittel (40) zum Absorbieren von NOx aus einem Abgas bei einer hohen Sauerstoffkonzentration und zum Abgeben des NOx in ein Abgas bei einer niedrigen Sauerstoffkonzentration; Drehzahlüberwachungsmittel (52) zum Überwachen einer Motordrehzahl des Verbrennungsmotors (1); und Steuerungsmittel (50) zum Steuern des Kraftstoffeinspritzmittels (18) und des Mittels zum Steuern des Kraftstoffeinspritzdrucks (27) auf der Grundlage der Motordrehzahl; wobei das Steuerungsmittel das Kraftstoffeinspritzmittel (18) so steuert, dass eine Verbrennung mit homogener Ladung durchgeführt wird, indem Kraftstoff in einem Ansaugtakt eines Zylinders (2) in den Brennraum (6) eingespritzt wird, wenn die Motordrehzahl in einem Bereich mit einer Verbrennung mit homogener Ladung höher ist als eine angegebene Drehzahl (Ne2), und um eine Schichtladungsverbrennung durchzuführen, indem Kraftstoff in einem Verdichtungstakt des Zylinders (2) in den Brennraum (6) eingespritzt wird, wenn die Motordrehzahl geringer ist als die angegebene Drehzahl (Ne2), wobei wenigstens eines von dem Kraftstoffeinspritzmittel (18) und dem Ansaugluft-Regulierungsmittel (32) gesteuert wird, um während der Durchführung der Verbrennung mit homogener Ladung ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis so zu ändern, dass es einen Zustand mit fettem Gemisch vorsieht, wobei eine Sauerstoffkonzentration eines Abgases geringer ist als diejenige, wenn ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis gleich oder annähernd gleich einem stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis ist, und wobei das Mittel zum Steuern des Kraftstoffeinspritzdrucks (27) gesteuert wird, um den Kraftstoffdruck gemäß der Motordrehzahl zu steuern, während die Schichtladungsverbrennung durchgeführt wird, und um den Kraftstoffdruck auf einen festen Druck zu bringen, der höher ist als ein Kraftstoffdruck, mit dem die Schichtladungsverbrennung durchgeführt wird, während die Verbrennung mit homogener Ladung durchgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerungsmittel (50) ferner eine Menge von in dem NOx-Absorptionsmittel (40) absorbiertem NOx feststellt und das Kraftstoffeinspritzmittel (18) und das Mittel zum Steuern des Kraftstoffeinspritzdrucks (27) so steuert, dass Kraftstoff in für die Verbrennung mit homogener Ladung geeigneter Weise mit einem Kraftstoffdruck eingespritzt wird, der geringer ist als der Kraftstoffdruck, der während der Durchführung der Verbrennung mit homogener Ladung bereitgestellt wird, die stattfindet, wenn die Motordrehzahl während eines bestimmten Zeitraums höher ist als die angegebene Drehzahl (Ne2), wenn während der Durchführung der Schichtladungsverbrennung die Menge an NOx eine bestimmte Menge überschritten hat.
  2. Motorsteuerungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerungsmittel das Mittel zum Steuern des Kraftstoffeinspritzdrucks (27) so steuert, dass der Kraftstoffdruck, der während der aus der Feststellung resultierenden Durchführung der Verbrennung mit homogener Ladung bereitgestellt wird, auf einem Druckniveau gehalten wird, das dem während der Durchführung der Schichtladungsverbrennung unmittelbar vor einem Wechsel zu der Verbrennung mit homogener Ladung entspricht.
  3. Motorsteuerungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerungsmittel während der aus der Feststellung resultierenden Durchführung der Verbrennung mit homogener Ladung das Kraftstoffeinspritzmittel (18) so steuert, dass ein Zeitpunkt der Kraftstoffeinspritzung korrigiert wird, zu dem das Kraftstoffeinspritzmittel (18) Kraftstoff gemäß einer Druckdifferenz zwischen dem Kraftstoffdruck, der bei der Durchführung der aus der Feststellung des Kraftstoffdrucks resultierenden Verbrennung mit homogener Ladung bereitgestellt wird, und dem Kraftstoffdruck, der während der Durchführung der Verbrennung mit homogener Ladung auf der Grundlage der Motordrehzahl bereitgestellt wird, einspritzt.
  4. Motorsteuerungssystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerungsmittel korrekturhalber den Zeitpunkt der Kraftstoffeinspritzung weiter vorverlegt, wenn die Druckdifferenz größer wird.
  5. Motorsteuerungssystem nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Abgasrückführungsleitung (43), die eine Ansaugleitung (30) und eine Abgasleitung (29) miteinander verbindet, und durch Mittel zur Steuerung der Abgasrückführung (44), wobei das Steuerungsmittel das Mittel zur Steuerung der Abgasrückführung (44) so steuert, dass eine Abgasmenge, die während der Durchführung der aus der Feststellung resultierenden Verbrennung mit homogener Ladung rückgeführt wird, im Vergleich zu einer Abgasmenge, die während der auf der Grundlage der Motordrehzahl durchgeführten Verbrennung mit homogener Ladung rückgeführt wird. verringert wird.
  6. Motorsteuerungssystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerungsmittel das Mittel zur Steuerung der Abgasrückführung (44) so steuert, dass eine Abgasmenge, die während der aus der Feststellung resultierenden Durchführung der Verbrennung mit homogener Ladung rückgeführt wird, auf Null gebracht wird.
  7. Motorsteuerungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerungsmittel das Kraftstoffeinspritzmittel (18) so steuert, dass der Kraftstoffdruck während der aus der Feststellung resultierenden Durchführung der Verbrennung mit homogener Ladung höher bereitgestellt wird als der Kraftstoffdruck, der während der Durchführung der Schichtladungsverbrennung bereitgestellt wird.
  8. Motorsteuerungssystem zum Steuern eines Verbrennungsmotors (1), umfassend Kraftstoffeinspritzmittel (18) zum direkten Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum (6); Mittel zur Steuerung des Kraftstoffeinspritzdrucks (27) zum Steuern eines Drucks von Kraftstoff, den das Kraftstoffeinspritzmittel (18) einspritzt; in einer Ansaugleitung (30) angeordnete Ansaugluft-Regulierungsmittel (32) zum Regulieren einer Ansaugluftmenge, die in die Ansaugleitung (30) eingebracht wird; in einer Abgasleitung (29) angeordnete NOx-Absorptionsmittel (40) zum Absorbieren von NOx aus einem Abgas bei einer hohen Sauerstoffkonzentration und zum Abgeben des NOx in ein Abgas bei einer niedrigen Sauerstoffkonzentration; Drehzahlüberwachungsmittel (52) zum Überwachen einer Motordrehzahl des Verbrennungsmotors (1); und Steuerungsmittel (50) zum Steuern des Kraftstoffeinspritzmittels (18) und des Mittels zum Steuern des Kraftstoffeinspritzdrucks (27) auf der Grundlage der Motordrehzahl; wobei das Steuerungsmittel das Kraftstoffeinspritzmittel (18) auf der Grundlage der Motordrehzahl so steuert, dass eine Verbrennung mit homogener Ladung durchgeführt wird, indem Kraftstoff in einem Ansaugtakt eines Zylinders (2) in den Brennraum (6) eingespritzt wird, wenn die Motordrehzahl in einem Bereich mit einer Verbrennung mit homogener Ladung höher ist als eine angegebene Drehzahl (Ne2), und um eine Schichtladungsverbrennung durchzuführen, indem Kraftstoff in einem Verdichtungstakt des Zylinders (2) in den Brennraum (6) eingespritzt wird, wenn die Motordrehzahl geringer ist als die angegebene Drehzahl (Ne2), wobei wenigstens eines von dem Kraftstoffeinspritzmittel (18) und dem Ansaugluft-Regulierungsmittel (32) gesteuert wird, um während der Durchführung der Verbrennung mit homogener Ladung ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis so zu ändern, dass es einen Zustand mit fettem Gemisch vorsieht, wobei eine Sauerstoffkonzentration eines Abgases geringer ist als diejenige, wenn ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis gleich oder annähernd gleich einem stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis ist, und wobei das Mittel zum Steuern des Kraftstoffeinspritzdrucks (27) gesteuert wird, um den Kraftstoffdruck gemäß der Motordrehzahl zu steuern, während die Schichtladungsverbrennung durchgeführt wird, und um den Kraftstoffdruck entsprechend einer Menge an Kraftstoffeinspritzung und eines Zeitraums, in dem die Kraftstoffeinspritzung vorgenommen werden kann, festzulegen, während die Verbrennung mit homogener Ladung in dem Bereich der Verbrennung mit homogener Ladung durchgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerungsmittel (50) ferner eine Menge von in dem NOx-Absorptionsmittel (40) absorbiertem NOx feststellt und das Kraftstoffeinspritzmittel (18) und das System zum Steuern des Kraftstoffeinspritzdrucks (27) so steuert, dass Kraftstoff in für die Verbrennung mit homogener Ladung geeigneter Weise mit einem Kraftstoffdruck eingespritzt wird, der bei einem Kraftstoffdruck gehalten wird, der während der Durchführung der Schichtladungsverbrennung während eines bestimmten Zeitraums bereitgestellt wird, unmittelbar vor einem Wechsel zu der Verbrennung mit homogener Ladung in dem NOx-Reinigungsverbrennungsbereich, wenn die Menge von NOx während der Durchführung der Schichtladungsverbrennung eine bestimmte Menge von NOx überschreitet.
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