DE69912368T2

DE69912368T2 - Steuergerät für eine Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung

Info

Publication number: DE69912368T2
Application number: DE69912368T
Authority: DE
Inventors: Hirofumi Aki-gun Nishimura; Youichi Aki-gun Kuji; Seiko Aki-gun Kono; Hiroyuki Aki-gun Yamashita; Keiji Aki-gun Araki
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1998-08-26
Filing date: 1999-08-26
Publication date: 2004-05-06
Anticipated expiration: 2019-08-27
Also published as: JP2000073820A; EP0982489A3; EP0982489A2; DE69912368D1; EP0982489B1; JP3613023B2; KR20000017462A; US6318074B1

Description

Diese Erfindung betrifft ein Steuergerät für eine Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung, der mit einem Einspritzaggregat versehen ist, um Kraftstoff direkt in einen Brennraum einzuspritzen.
Ein Direkteinspritzungsmotor mit einem Einspritzaggregat, um Kraftstoff direkt in einen Brennraum einzuspritzen, ist allgemein bekannt. Dieser Motor wird so betrieben, dass in der zweiten Hälfte eines Verdichtungshubs durch Einspritzen des Kraftstoffs ein Zustand erzeugt wird, in dem ein Gemisch lokal um eine Zündkerze verteilt ist, um in einem Niederlastzustand eine so genannte Schichtladungsverbrennung durchzuführen. Dieser Vorgang ermöglicht die Erhöhung das Luft/Kraftstoff-Verhältnisses, um ein magereres Gemisch zu erzeugen und gleichzeitig die Verbrennungsstabilität zu erhalten und die Kraftstoffeinsparung zu verbessern.
Die Abgase von Kraftfahrzeugmotoren enthalten zum Beispiel Kohlenwasserstoffe (HC), Kohlenmonoxid (CO) und Stickoxide (NOx) und gegenwärtig besteht ein Bedarf, die Entstehung und Abgabe dieser Schadstoffe so weit wie möglich zu senken, um die Eigenschaften dieser Emissionen zu verbessern. Ein konventioneller Ansatz besteht darin, in der Abgasleitung einen Katalysator anzuordnen, und bei den obigen Brennkraftmaschinen mit Direkteinspritzung ist es auch gängige Praxis, einen Katalysator in seiner Abgasleitung anzuordnen. Ein allgemein bekanntes Beispiel eines solchen Katalysators ist ein Dreiwegekatalysator, der etwa beim stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis HC, CO und NOx ausfiltern kann. Ein anderes Beispiel, das bereits entwickelt wurde, ist ein Katalysator, der selbst in einem „mageren" Betriebsbereich NOx ausfiltern kann, um für den mageren Verbrennungsbetrieb durch Schichtladungsverbrennung in der obigen Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung oder anderes geeignet zu sein.
Ein Steuergerät für eine Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung, das zum Beispiel in der japanischen ungeprüften Patentanmeldung Nr. 4-231645 offenbart wird, ist als eine Vorrichtung bekannt, um bei Direkteinspritzungsmotoren dieses Typs eine Verbesserung der Emissionsumwandlungsleistung eines Katalysators zum Beispiel bei niedrigen Temperaturen zu erreichen. In einem Direkteinspritzungsmotor mit einem mageren NOx-Katalysator, der in einer Abgasleitung angeordnet ist, wobei der magere NOx-Katalysator NC zur Reduktion von NOx benötigt, ist dieses Gerät so angeordnet, dass es die Primäreinspritzung aus einem Einspritzaggregat in einem späteren Teil eines Verdichtungshubs durchführt, und eine Sekundäreinspritzung zusätzlich zur obigen Primäreinspritzung, so dass eine kleine Kraftstoffmenge eingespritzt wird, um den mageren NOx-Katalysator innerhalb eines Zeitraums von einem Ansaughub bis zu einem frühen Teil des Verdichtungshubs mit HC zu versorgen, wenn die Katalysatortemperatur niedrig ist, oder um die Sekundäreinspritzung zusätzlich zur obigen Primäreinspritzung innerhalb eines Zeitraums von der späteren Hälfte des Verdichtungshubs bis zu einem frühen Teil eines Auslasshubs durchzuführen, wenn die Katalysatortemperatur hoch ist.
Bei diesem Gerät werden die NC, die aus dem durch die Sekundäreinspritzung eingespritzten Kraftstoff gewonnen werden, dem Katalysator in der Abgasleitung zugeführt, wobei die durch die Sekundäreinspritzung eingespritzte Kraftstoffmenge auf einen Wert geregelt wird, der so klein ist, dass er die Verbrennung im Brennraum kaum beeinflusst, und ein tiefsiedender HC-Bestandteil wird dem Katalysator unter Tieftemperaturbedingungen zugeführt, während dem Katalysator unter Hochtemperaturbedingungen ein hochsiedender HC-Bestandteil zugeführt wird, indem der Zeitpunkt der Sekundäreinspritzung auf die obige Weise zwischen den Tieftemperatur- und Hochtemperaturbedingungen variiert wird.
Auch wenn die Sekundäreinspritzung vor der Primäreinspritzung erfolgt, die beim in der obigen Veröffentlichung offenbarten Gerät im späteren Teil des Verdichtungshubs durchgeführt wird, wenn die Katalysatortemperatur niedrig ist, ist diese Sekundäreinspritzung vorgesehen, um den Katalysator mit HC zu versorgen, und ist sehr gering, so dass der Großteil des eingespritzten Kraftstoffs ohne zu verbrennen den Katalysator erreicht und dazu beiträgt, NC in die Abgasleitung abzugeben. Daher ist dieses Gerät nur dann von Vorteil, wenn ein magerer NOx-Katalysator des Typs verwendet wird, der HC zur Reduktion von NOx erfordert. Außerdem entfaltet dieses Gerät nur NOx-umwandelnde Wirkungen, nachdem der Katalysator bis zu einem gewissen Grad aktiviert wurde, selbst wenn er noch in einem Tieftemperaturzustand ist. Da NC schon vor diesem Punkt in einem unbeheizten Zustand abgegeben werden, hat dieses Gerät nicht die Funktion, unter solchen Bedingungen die Katalysatorbeheizung durch Erhöhung der Abgastemperatur durchzuführen.
Obwohl wünschenswert ist, den Verbrennungszustand so zu regeln, dass die Verbrennung im Brennraum an sich schon die HC- und NOx-reduzierende Wirkung und die katalysatorbeheizende Wirkung durch die erhöhte Abgastemperatur verstärkt, unter Wahrung der Verbrennungsstabilität, gewährleistet das Gerät der obigen Patentschrift diese Wirkungen nicht in ausreichendem Maße, wenn der Katalysator in seinem unerwärmten Zustand ist, in dem seine Temperatur unter seiner Aktivierungstemperatur liegt.
Zudem stimmt der Temperaturzustand eines Motors nicht unbedingt mit dem eines Katalysators überein. Zum Beispiel kühlt der Katalysator schnell ab, wenn der Motor ausgeschaltet wird, während die Motortemperatur langsam abfällt. Wenn der Motor zum Beispiel neu gestartet wird, bevor er nach dem Abschalten voll abgekühlt ist, kann der Motor seinen Warmzustand erreicht haben, in dem seine Temperatur eine spezifizierte Temperatur, wenn der Katalysator nicht in seinem unerwärmten Zustand ist. Die Kraftstoffverdampfungs- und zerstäubungsbedingungen im Brennraum können sich ändern, wenn der Motortemperaturzustand variiert, während der Katalysator noch in seinem unerwärmten Zustand ist. Obwohl diese Änderungen der Kraftstoffverdampfungs- und -zerstäubungsbedingungen die Verbrennungsstabilität und die schnelle Aufwärmung beeinflussen können, wurden diese Punkte vom Stand der Technik nicht in angemessener Weise berücksichtigt.
Eine Aufgabe der Erfindung ist daher die Bereitstellung eines Steuergeräts für eine Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung, die die Probleme des Stands der Technik löst.
Einem Aspekt der Erfindung gemäß umfasst ein Steuergerät für eine Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung, die einen Katalysator aufweist, der in einer Abgasleitung angeordnet ist, um Abgase umzuwandeln, und ein Einspritzaggregat, um Kraftstoff direkt in einen Brennraum einzuspritzen, einen Identifikator, um zu beurteilen, ob der Katalysator in seinem unerwärmten Zustand ist, in dem seine Temperatur unter seiner Aktivierungstemperatur liegt, einen Motortemperaturzustandsmessfühler, um den Temperaturzustand des Motors zu messen, und einen Kraftstoffeinspritzungsregler, um die Kraftstoffeinspritzung vom Einspritzaggregat zu regeln, wobei der Kraftstoffeinspritzungsregler das Einspritzaggregat auf der Basis der Beurteilungsergebnisse des Identifikators und der Messergebnisse des Motortemperaturzustands messfühlers so regelt, dass das Einspritzaggregat während einer Periode von einem Ansaughub bis zu einem Zündzeitpunkt eine mindestens in zwei Schritte aufgeteilte Einspritzung durchführt, die einen späteren Einspritzzyklus einschließt, der in einem mittleren Abschnitt eines Verdichtungshubs oder später durchgeführt wird, und einen früheren Einspritzzyklus, der vor dem späteren Einspritzzyklus durchgeführt wird, wenn der Katalysator in seinem unerwärmten Zustand ist.
Die Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung ist in der Lage, die Eigenschaften der Emissionen zu verbessern und die schnelle Beheizungswirkung zu verbessern, unter gleichzeitiger Beibehaltung der Verbrennungsstabilität, indem sie die Menge der HC-, NOx- und sonstigen Emissionen verringert und die Abgastemperatur erhöht, wenn ein Katalysator in seinem unerwärmten Zustand ist, und insbesondere, indem sie den Verbrennungszustand dem Motortemperaturzustand entsprechend, wenn der Katalysator in seinem unerwärmten Zustand ist.
Diese und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der folgenden ausführlichen Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen hervor, wobei:
1 ein allgemeines Konfigurationsschaubild einer Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung gemäß einer vorzugsweisen Ausführungsform der Erfindung ist;
2 ein Diagramm ist, das den Einspritzzeitpunkt der früheren und späteren Einspritzzyklen im geteilten Einspritzmodus darstellt;
3A und 3C Diagramme sind, die Varianten von Kolben für die Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung zeigen;
4 ein Flussdiagramm ist, das ein Beispiel einer Routine zur Regelung der Kraftstoffeinspritzung und weiterer Vorgänge in der Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung zeigt;
5 ein Diagramm ist, das die Beziehung zwischen der Kühlwassertemperatur und einem späteren Einspritzzeitpunktkorrekturwert zeigt;
6 ein Diagramm ist, das Änderungen des Masseanteils des verbrannten Kraftstoffs zeigt, die beobachtet wurden, wenn eine geteilte Einspritzung durchgeführt wurde, und wenn eine einmalige Einspritzung in einem Ansaughub durchgeführt wurde;
7 ein Diagramm ist, das die Abgastemperatur und die Kraftstoffeinsparungsrate zeigt, die beobachtet wurden, wenn bei der geteilten Einspritzung der spätere Einspritzzeitpunkt auf verschiedene Weisen geändert wurde, und wenn bei der einmaligen Einspritzung der Betrag der Zündzeitpunktverzögerung auf verschiedene Weisen geändert wurde;
8A bis 8D Graphen sind, die jeweils die Abgastemperatur, die HC-Konzentration, die NOx-Konzentration und den Motordrehzahlschwankungskoeffizienten zeigen, die erhalten werden, wenn die geteilte Einspritzung und die einmalige Einspritzung durchgeführt wurden.
9 ein Diagramm ist, das die zeitabhängige Änderung der HC-Reduktionsrate, NOx-Reduktionsrate, Abgastemperatur und Fahrzeuggeschwindigkeit eines in ein Fahrzeug eingebauten Motors zeigt;
10 ein Diagramm ist, das die Beziehung zwischen der Zündeinstellung und dem indizierten mittleren Arbeitsdruck zeigt, wenn die einmalige Einspritzung im Ansaughub durchgeführt wurde, und wenn die geteilte Einspritzung durchgeführt wird;
11 ein Diagramm ist, das Änderungen der Fluktuationsrate Pi und anderer Parameter zeigt, die beobachtet wurden, wenn der in der späteren Einspritzung einzuspritzende Kraftstoffanteil auf verschiedene Weisen geändert wird;
12 ein Diagramm ist, das Änderungen der Fluktuationsrate Pi und anderer Parameter zeigt, die beobachtet wurden, wenn der Startpunkt der späteren Einspritzung auf verschiedene Weisen geändert wird;
13A und 13B sind ein Flussdiagramm, das ein anderes Beispiel einer Routine zur Regelung der Kraftstoffeinspritzung und weiterer Vorgänge in der Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung zeigt; und
14A und 14B sind Diagramme, die jeweils den 13A und 13B entsprechend geregelten Kraftstoffeinspritzungszeitpunkt zeigen, wenn der Katalysator in seinem unbeheizten Zustand ist und die Motortemperatur hoch ist.
Eine Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung und ihr erfindungsgemäßes Steuergerät wird nun Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben.
1 zeigt ein praktisches Beispiel der Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung. In dieser Zeichnung zeigt das Bezugszeichen 1 einen Motorhauptkörper an, der einen Zylinderblock 2 und einen Zylinderkopf 3 umfasst, in dem eine Vielzahl von Zylindern geformt sind. Ein Kolben 4 ist in jeden Zylinder eingepasst, und ein Brennraum 5 ist zwischen der Oberseite des Kolbens 4 und der Unterseite des Zylinderkopfs 3 geformt.
Eine Aussparung, die eine besondere Form aufweist, ist in der Bodenfläche des Zylinderkopfs 3 geformt, wobei die Aussparung eine obere Innenfläche des Brennraums 5 bildet. Die obere Innenfläche des Brennraums 5 weist zum Beispiel eine Halbdachform auf, wie dargestellt, und die Ansaugkanäle 6 und Auslasskanäle 7, die in den Brennraum 5 münden, sind in seiner oberen Innenfläche geformt. Auch wenn jeweils ein Ansaugkanal 6 und ein Auslasskanal 7 in 1 dargestellt sind, sind in einer bevorzugten Ausführungsform jeweils zwei Ansaugkanäle 6 und Auslasskanäle 7 einzeln in einer Richtung angeordnet, die rechtwinklig zur Zeichnungsebene liegt. Ein Ansaugventil 8 und ein Auslassventil 9 sind zudem jeweils in jedem Ansaugkanal 6 und Auslasskanal 7 angeordnet. Die Ansaugventile 8 und die Auslassventile 9 werden von einem Ventilantrieb betätigt, der nicht dargestellt ist, um sich mit einer spezifischen Zeitsteuerung zu öffnen und zu schließen.
Zündkerzen 10 sind in den Zylinderkopf 3 so eingepasst, dass jede Zündkerze 10 etwa in der Mitte des Brennraums 5 angeordnet ist, wobei ihre Funkenstrecke im Innenraum des Brennraums 5 liegt.
Ein Einspritzaggregat 11, das Kraftstoff direkt in den Brennraum 5 einspritzt, ist an einem Umfangsabschnitt des Brennraums 5 vorgesehen. In der Ausführungsform, die in 1 gezeigt wird, ist das Einspritzaggregat 11 an der Seite des Brennraums 5 neben dem Einlasskanal 6 mit dem Zylinderkopf 3 verbunden, und das Einspritzaggregat 11 ist so angeordnet, dass es den Kraftstoff schräg nach unten einspritzt, wobei das entfernte Ende des Einspritzaggregats 11 im Innenraum des Brennraums 5 angeordnet ist.
In der veranschaulichten Ausführungsform ist auch einen Hohlraum 12, der einen U-förmigen Querschnitt aufweist, in der Oberseite des Kolbens 4 geformt, der die Bodenseite des Brennraums 5 bildet. Die Anordnung und Ausrichtung des Einspritzaggregats 11, der Anordnung des Hohlraums 12 und die Anordnung der Zündkerze 10 sind so gewählt, dass eine bestimmte Beziehung erfüllt wird, so dass, wenn der Kraftstoff in der letzten Hälfte jedes Verdichtungshubs eingespritzt wird, in welcher der Kolben 4 sich seinem oberen Totpunkt nähert, der Kraftstoff zum Hohlraum 12 gerichtet wird, vom Hohlraum 12 abprallt und schließlich die Nachbarschaft der Zündkerze 10 erreicht.
Eine Hochdruckpumpe 13 ist über einen Kraftstoftzuleitungskanal 14 mit dem obigen Einspritzaggregat 11 verbunden. Die Hochdruckpumpe 13 und ein Hochdruckregler, der in einem Rücklaufkanal angeordnet ist, der nicht dargestellt ist, regeln gemeinsam den Kraftstoffdruck, der auf das Einspritzaggregat 11 ausgeübt wird, auf einen Druckpegel, der hoch genug ist, um die Kraftstoffeinspritzung in einen mittleren Abschnitt des Verdichtungshubs oder später zu ermöglichen.
Eine Einlassleitung 15 und eine Abgasleitung 16 sind mit dem obigen Motorhauptkörper 1 verbunden. Der Einlasskanal 14 ist hinter einem Ausgleichs behälter 15a zu jedem Zylinder verzweigt, so dass für jeden Zylinder zwei verzweigte Kanäle 15a (wovon in 1 einer dargestellt ist) parallel zueinander geformt sind. Die zwei Einlasskanäle 6 an den hinteren Enden der verzweigten Leitungen 15a münden in den Brennraum 5, und ein Wirbelregelventil 17 zur Verstärkung der Turbulenz innerhalb des Brennraums ist in einer dieser verzweigten Leitungen 15a angeordnet. Wenn des Wirbelregelventil 17 geschlossen ist, wird im Brennraum 5 ein Wirbel durch die Einlassluft erzeugt, die durch die andere verzweigte Leitung 15a eingeleitet wird, so dass die Turbulenz im Brennraum 5 verstärkt wird.
Als ein anderes Mittel zur Verstärkung der Turbulenz im Brennraum 5 kann in einer verzweigten Leitung statt des Wirbelregelventils 17 ein Ventil angeordnet werden, das einen Sturz erzeugt, oder es kann eine Anordnung gewählt werden, dass nahe am oberen Totpunkt des Verdichtungshubs eine Zermalmung zwischen der Oberseite des Kolbens und der oberen Innenfläche des Brennraums (Bodenfläche des Zylinderkopfs) erzeugt wird.
Ferner ist eine Drosselklappe 18 in der Mitte der Ansaugleitung 15 angeordnet, und diese Drosselklappe 18 wird von einem Elektroantrieb 19 wie z. B. einem Schrittmotor verstellt, um die Regelung der Ansaugluftmenge zu gestatten.
Eine Abgasrückführungsleitung (AGR), die nicht dargestellt ist, ist über ein AGR-Ventil (nicht dargestellt) mit dem Ausgleichsbehälter 15b verbunden, um nach dem Warmlauf des Motors die Einleitung von AGR-Gas zu ermöglichen.
Zum anderen ist in der Abgasleitung 16 eine Sauerstoff(O₂)-Sonde 21 und ein Abgaskatalysator 22 angeordnet, der einen Katalysator enthält, um die in der Abgasleitung 16 enthaltenen Abgase umzuwandeln. Die O₂-Sonde 21 erkennt das Luft/Kraftstoff-Verhältnis eines Gemischs im Brennraum 5, indem sie die Sauerstoffkonzentration in den Abgasen misst, und besteht aus einem Sensor (Lambdasonde), dessen Ausgabe beim stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis variiert.
Auch wenn der Abgaskatalysator 22 ein Dreiwegekatalysator sein kann, ist es wünschenswert, einen Katalysator zu verwenden, der in der Lage ist, NOx auch in einem Magergemisch zu reduzieren, das ein höheres Luft/Kraftstoff-Verhältnis als das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis aufweist, um eine erhöhte Emissionsumwandlungsleistung zu gewährleisten, wenn die Schichtladungsverbrennung eines Magergemischs durchgeführt wird, dessen Luft/Kraftstoff-Verhältnis nach dem Warmlaufvorgang erhöht wurde, wie weiter unten beschrieben. D. h., während der Dreiwegekatalysator bekanntlich nur in der Nachbarschaft des stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnisses eine hohe Umwandlungsleistung gegen alle drei Schadstoffe NC, CO und NOx entfaltet, ist ein Katalysator verfügbar (magerer NOx-Katalysator), der nicht nur die gleiche Funktion wie der Dreiwegekatalysator erfüllt, sondern NOx auch in einem Magergemisch reduziert, das ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis aufweist, dass das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis übersteigt. Daher werden NOx unter mageren Betriebsbedingungen bevorzugt mit diesem Katalysator reduziert. Es ist jedoch anzumerken, dass auch der magere NOx-Katalysator dieses Typs in der Nachbarschaft des stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnisses seine maximale Umwandlungsleistung entfaltet.
Da der Abgaskatalysator 22 den mageren NOx-Katalysator enthält, kann die Katalysatortemperatur unter hohen Drehzahl- und hohen Lastbedingungen leicht übermäßig ansteigen, wenn der Abgaskatalysator 22 direkt hinter einem Auspuffkrümmer 16a angeordnet (oder direkt damit verbunden) ist. Daher ist der Abgaskatalysator 22 direkt mit einem Abgasrohr 16b verbunden, das mit dem Auspuffkrümmer 16a verbunden ist, so dass der Abgaskatalysator 22 weiter weg vom Hauptmotorkörper 1 angeordnet ist als die Position direkt hinter dem Auspuffkrümmer 16a. Falls ein Dreiwegekatalysator verwendet wird, kann der Abgaskatalysator 22 direkt mit dem Auspuffkrümmer 16a verbunden werden, da der Dreiwegekatalysator wärmebeständige Eigenschaften aufweist.
Das Bezugszeichen 30 in 1 zeigt ein elektronisches Steuergerät (ECU) an, das die Motorsteuerung durchführt. Das ECU 30 empfängt Signale von verschiedenen Maßfühlern wie z. B. einem Kurbelwinkelsensor 23 zur Erkennung des Kurbelwinkels des Motors, einen Gasdrosselsensor 24, der die Gasdrosselöffnung erkennt (d. h. die Gaspedalstellung), einen Luftströmungsmesser 25, um die Menge der Ansaugluft zu erkennen, einen Wassertemperaturfühler 26, um die Temperatur des Motorkühlwassers zu erkennen, einen Anlassschalter 27, um einen Anlasser zu aktivieren, und die vorgenannte O₂-Sonde 21.
Das ECU 30 umfasst einen Identifikator 31, um zu beurteilen, ob der Katalysator in seinem unerwärmten Zustand ist, einen Motortemperaturzustandsmessfühler 32, einen Kraftstoffeinspritzungsregler 33, einen Einspritzmengenrechner 34 und einen Zündeinstellungsregler 35.
Der obige Identifikator 31 ist vorgesehen, um zu beurteilen, ob der Katalysator in seinem unerwärmten Zustand ist, in dem seine Temperatur unter seiner Aktivierungstemperatur liegt. Der Identifikator 31 zählt zum Beispiel die Zeit, die seit dem Einschalten des Motors abgelaufen ist und beurteilt, dass der Katalysator noch in seinem unerwärmten Zustand ist, wenn die abgelaufene Zeit kleiner ist als eine Sollzeit. Diese Sollzeit ist ungefähr gleich, aber nicht kleiner als die Zeit, die erforderlich ist, damit der Katalysator seine Aktivierungstemperatur erreicht. Die Sollzeit ist vorzugsweise um einen kleinen Betrag (z. B. etwa 20 Sekunden) länger als die Zeit, die erforderlich ist, damit der Katalysator seine Aktivierungstemperatur erreicht. Wenn die Wartezeit zur Durchführung einer Beurteilung des Katalysatorzustands etwas länger ist als die Zeit, die erforderlich ist, damit der Katalysator seine Aktivierungstemperatur erreicht, kann das ECU 30 den Motor korrekt steuern, indem es während dieser Zeitperiode den Katalysatorbeheizungsvorgang durchführt. Wie weiter unten ausführlicher beschrieben, wird der Katalysator nach Ablauf der Sollzeit sicher eine Temperatur erreicht haben, die innerhalb seiner Aktivierungstemperatur liegt. Danach bleibt der Katalysator auch dann in diesem Aktivierungstemperaturbereich, wenn die eingespritzte Kraftstoffmenge reduziert wird und die Katalysatortemperatur zum Beispiel aufgrund magerer Betriebsbedingungen oder eine Geschwindigkeitsabnahme in gewissem Maße abfällt.
Der obige Motortemperaturzustandsmessfühler 32 misst den Temperaturzustand des Motors auf der Basis eines Parameters, der von der Motortemperatur abhängig ist, wie z. B. die Temperatur des Motorkühlwassers, die vom Kühlwassertemperaturmessfühler 26 erkannt wird.
Der obige Kraftstoffeinspritzungsregler 33 ist vorgesehen, um den Kraftstoffeinspritzungszeitpunkt und die Kraftstoffmenge zu regeln, die vom Einspritzaggregat 11 durch eine Einspritzaggregat-Treiberschaltung 37 eingespritzt wird. Wenn der Katalysator in seinem unerwärmten Zustand ist, regelt der Kraftstoffeinspritzungsregler 33 das Einspritzaggregat 11 so, dass eine geteilte Einspritzung durchgeführt wird, die mindestens zwei Einspritzzyklen mindestens in einem Niederlastzustand des Motors einschließt, während einer Periode von einem Ansaughub bis zu einem Zündzeitpunkt, wobei die zwei Einspritzzyklen eine spätere Einspritzung enthalten, die in einem mittleren Abschnitt eines Verdichtungshubs oder später durchgeführt wird, und eine frühere Einspritzung, die vor der späteren Einspritzung durchgeführt wird.
Hier bezieht sich der mittlere Abschnitt des Verdichtungshubs auf einen Zwischenabschnitt des Verdichtungshubs, der in drei gleiche Abschnitte unterteilt ist, d. h. den früheren, mittleren und späteren Abschnitt. Demnach entspricht der mittlere Abschnitt des Verdichtungshubs der Periode vom Zeitpunkt von 120° vor dem oberen Totpunkt (BTDC) bis zum Zeitpunkt von 60° BTDC, als Kurbelwinkel ausgedrückt. Daher wird der spätere Einspritzzyklus am Zeitpunkt von 120° BTDC oder später ausgelöst. Es ist jedoch wünschenswert, den späteren Einspritzzyklus starten, bevor drei Viertel der Periode des Verdichtungshubs abgelaufen sind (nicht später als 45° BTDC), da die Verbrennungsstabilität nachlässt wird, wenn der spätere Einspritzzeitpunkt zu spät ist, wie weiter unten erläutert wird.
Zudem wird der Zeitpunkt mindestens einer der Einspritzzyklen im geteilten Einspritzmodus dem Motortemperaturzustand entsprechend variiert, während der Katalysator in seinem unerwärmten Zustand ist. In dieser Ausführungsform wird der Zeitpunkt der späteren Einspritzung dem Motortemperaturzustand entsprechend variiert. Der Zeitpunkt der späteren Einspritzung wird insbesondere dann variiert, wenn die Motortemperatur einen spezifischen Wert überstiegen hat.
Der Einspritzzeitpunkt (Startpunkt der Einspritzung) der obigen früheren Einspritzung und der späteren Einspritzung wird Bezug nehmend auf 2 ausführlich erläutert. Ein Basiseinspritzzeitpunkt θadb für den späteren Einspritzzyklus wird so geregelt, dass er während des mittleren Abschnitts des Verdichtungshubs oder später auftritt, oder zum Beispiel innerhalb einer Periode von etwa 120° BTDC bis etwa 45° BTDC im Verdichtungshub. Wenn der Katalysator in seinem unerwärmten Zustand und der Motor kalt ist, wird ein späterer Isteinspritzzeitpunkt θad auf den Basiseinspritzzeitpunkt θadb geregelt, und ein früherer Einspritzzeitpunkt θak wird so geregelt, dass er innerhalb einer geeigneten Periode vor dem späteren Einspritzzyklus auftritt, d. h. während der Periode des Ansaughubs. Wenn die Motortemperatur die spezifizierte Tem peratur (z. B. 40°C) überstiegen hat, während der Katalysator noch nicht erwärmt ist, wird der spätere Einspritzzeitpunkt Bad um einen Korrekturwert θk gegenüber dem späteren Basiseinspritzzeitpunkt θadb verzögert.
In solch einem geteilten Einspritzmodus, der durchgeführt wird, wenn der Katalysator in seinem unerwärmten Zustand ist, wird die Menge der Ansaugluft durch Regulierung der Drosselklappenöffnung geregelt, die zum Beispiel der Gasdrosselöffnung entspricht, während das Luft/Kraftstoff-Verhältnis so geregelt wird, dass es innerhalb eines Bereichs von 13 bis 17 abfällt, in dem eine hohe Wärmeabgabeleistung erreicht wird. Der so festgelegten Luft/ Kraftstoff-Verhältnis und Ansaugluftmenge entsprechend berechnet der oben erwähnte Einspritzmengenrechner 34 die Kraftstoffmenge, die einzuspritzen ist, und der Kraftstoffeinspritzungsregler 33 teilt die Kraftstoffgesamtmenge einem spezifischen Teilungsverhältnis entsprechend in zwei Teile auf, um dadurch die Kraftstoffmengen zu regeln, die im früheren und späteren Einspritzzyklus einzuspritzen sind.
Im obigen Betrieb wird einer der obigen früheren und späteren Einspritzzyklen so geregelt, dass Kraftstoff eingespritzt wird, der zur Hauptverbrennung beiträgt, die innerhalb einer Hauptverbrennungsperiode stattfindet. Allgemein wird im Verbrennungsvorgang, der in einem Brennraum 5 stattfindet, eine Periode, in der bis zu etwa 10 Masseprozent des eingespritzten Kraftstoffs verbrannt werden, als Anfangsverbrennungsperiode bezeichnet, und eine Periode, in der von etwa 10 bis 90 Masseprozent des eingespritzten Kraftstoffs verbrannt wird, wird als Hauptverbrennungsperiode bezeichnet. Wie nachstehend weiter erläutert, ist die Anfangsverbrennung, in welcher der durch die spätere Einspritzung eingespritzte Kraftstoff gezündet und verbrannt wird, ein Verbrennungszyklus, der die Anfangsverbrennungsperiode und einen früheren Abschnitt der Hauptverbrennungsperiode umspannt. Die Kraftstoffmengen, die in den einzelnen Einspritzzyklen eingespritzt werden, werden so geregelt, dass der Kraftstoff, der durch die frühere Einspritzung eingespritzt wird, ein Gemisch mit einem Luft/Kraftstoff-Verhältnis erzeugt, das zur Flammenausbreitung durch Verbrennung des Kraftstoffs in der Lage ist, der durch die spätere Einspritzung in den Brennraum 5 eingespritzt wird, so dass beide Kraftstoffanteile, die durch die frühere Einspritzung und spätere Einspritzung eingespritzt werden, zur Hauptverbrennung beitragen, und das Magergemisch, das durch den Kraftstoff erzeugt wurde, der durch die frühere Einspritzung eingespritzt wurde, langsam verbrannt wird.
D. h., die Anteile des eingespritzten Kraftstoffs sind so geregelt, dass das Luft/Kraftstoff-Verhältnis im Brennraum 5, das durch die frühere Einspritzung erhalten wird, nur 85 oder weniger beträgt, um ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis zu ergeben, das zur Flammenausbreitung von einer Flamme in der Lage ist, die durch Verbrennung des Kraftstoffs erzeugt wird, der durch die spätere Einspritzung eingespritzt wird, weshalb der Anteil des Kraftstoffs, der durch die frühere Einspritzung eingespritzt wird, auf 1/5 oder mehr der Gesamtmenge des eingespritzten Kraftstoffs geregelt wird (d. h., der Anteil des Kraftstoffs, der durch die spätere Einspritzung eingespritzt wird, auf 4/5 oder weniger). Wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis im gesamten Brennraum 5 zum Beispiel 17 beträgt und das Luft/ Kraftstoff-Verhältnis, das durch die frühere Einspritzung im Brennraum 5 erreicht werden soll, 85 beträgt, entspricht der von der früheren Einspritzung einzuspritzende Kraftstoffanteil 1/5.
Auch der von der späteren Einspritzung eingespritzte Kraftstoffanteil wird auf 1/5 oder mehr der Gesamtmenge des eingespritzten Kraftstoffs geregelt (d. h., der Anteil des Kraftstoffs, der durch die spätere Einspritzung eingespritzt wird, auf 4/5 oder weniger). Daher liegt der Anteil, der durch die frühere Einspritzung eingespritzt wird, in einem Bereich zwischen 1/5 und 4/5. Die Kraftstoffmenge, die durch die frühere Einspritzung eingespritzt wird, wird vorzugsweise so geregelt, dass das Luft/Kraftstoff-Verhältnis, das allein durch die frühere Einspritzung im Brennraum 5 erhalten wird, größer oder gleich dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis der Flammbarkeitsgrenze (d. h. einer Grenze des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses, bei der ein Gemisch von sich aus brennen kann: etwa 30) innerhalb des obigen Bereichs ist.
Der obige Zündzeitpunktregler 35 gibt ein Steuersignal an eine Zündvorrichtung 38 aus und regelt dadurch den Zündzeitpunkt den Betriebsbedingungen des Motors entsprechend. Auch wenn der Zündzeitpunkt im Wesentlichen geregelt wird, um eine minimale Vorzündung für das beste Drehmoment (MBT) zu erreichen, wird er von der MBT um einen bestimmten Betrag verzögert, wenn der Katalysator in seinem unerwärmten Zustand ist.
Das ECU 30, das die oben genannten Einzelmittel umfasst, ist auch so aufgebaut, dass es die Menge der Ansaugluft regelt, indem es auch ein Steuersignal an den Antrieb 19 zur Verstellung der Drosselklappe 18 ausgibt. D. h., das ECU 30 regelt die Öffnung der Drosselklappe 18 der Gasdrosselöffnung entsprechend, wenn der Motor beim stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis in einem Hochlastbereich betrieben wird, zum Beispiel mit dem Katalysator in seinem unerwärmten oder bereits erwärmten Zustand, wogegen das ECU 30 die Drosselklappe 18 öffnet, um die Menge der Ansaugluft zu erhöhen und dadurch das Luft/ Kraftstoff-Verhältnis zu erhöhen, wenn die Schichtladungsverbrennung durchgeführt wird, indem der Kraftstoff in einem Niederlastbereich nur im Verdichtungshub eingespritzt wird, zum Beispiel nach dem Warmlauf. Zudem steuert das ECU 30 das obige Wirbelregelventil 17, um zum Beispiel während der geteilten späteren Einspritzung einen Wirbel im Brennraum 5 zu erzeugen.
Der in 1 gezeigte Motor ist so aufgebaut, dass durch den schichtladungsbildenden Hohlraum 12, der in der Oberseite des Kolbens 4 geformt ist, um den vom Einspritzaggregat 11 eingespritzten Kraftstoff aufzufangen und ihn zur Zündkerze 10 umzuleiten, ein geschichteter Ladungszustand erhalten wird, in dem ein relativ fettes Gemisch lokal in der Nachbarschaft der Zündkerze 10 verteilt wird, wenn die Kraftstoffeinspritzung im mittleren Abschnitt des Verdichtungshubs oder später durchgeführt wird. Das erfindungsgemäße Gerät ist aber nicht nur auf den Motor des oben genannten Typs (nachstehend Schichtlademotor genannt) anwendbar, sondern auch auf eine Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung, die das nicht unbedingt eine Schichtung des Gemischs durchführt (nachstehend Nicht-Schichtlademotor genannt) und zum Beispiel die in 3A–3C gezeigten Kolben verwendet.
In dieser Beschreibung bezieht sich ein „flacher Kolben" auf einen Kolben, der nicht mit dem obigen Hohlraum 12 zur Schichtladungsbildung versehen ist. Flache Kolben beschränken sich nicht nur auf solche, die eine völlig flache Oberseite aufweisen, wie der in 3A gezeigte, sondern schließen auch solche mit ein, die eine ausgekehlte oder vorspringende Oberseite aufweisen, um eine Brennraumform zu ergeben, welche die Anforderungen erfüllt, wie in 3B und 3C gezeigt, solange diese ausgekehlte oder vorspringende Oberseitenform nicht zur Schichtladungsbildung vorgesehen ist.
Ein Beispiel für den Regelvorgang dieser Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung wird nun auf das Flussdiagramm von 4 Bezug nehmend beschrieben.
Wenn die in 4 gezeigte Routine startet, werden die Motordrehzahl, die Gasdrosselöffnung, die Messung des Luftströmungsmessers, die Motorkühlwassertemperatur und die Anlassersignale in Schritt S1 in das ECU 30 eingegeben. Dann wird auf der Basis des Anlassersignals und der Motordrehzahl in Schritt S2 beurteilt, ob der Motor in seiner Anlassphase ist.
Wenn in Schritt S2 festgestellt wird, dass der Motor in der Anlassphase ist, wird in Schritt S3 ein Merker ST auf „1" gesetzt, und eine Einspritzimpulslänge Ta, welche die in der Anlassphase einzuspritzende Kraftstoffmenge bestimmt, wird in Schritt S4 zum Beispiel auf der Basis der Kühlwassertemperatur berechnet. Diese Impulslänge Ta wird in Schritt S5 direkt als Impulslänge Tak für den früheren Einspritzzyklus (Einspritzung im Ansaugtakt} gesetzt. Außerdem wird in Schritt S6 ein Basiseinspritzzeitpunkt θakb für den früheren Einspritzzyklus berechnet und in Schritt S7 direkt als früherer Einspritzzeitpunkt θak gesetzt. Die Kraftstoffeinspritzung wird durchgeführt, indem ein Einspritzimpuls mit der obigen Impulslänge Tak ausgegeben wird, wenn der frühere Einspritzzeitpunkt θak erreicht ist (Schritt S8, S9).
Wenn in Schritt S2 festgestellt wird, dass der Motor nicht in der Anlassphase ist, wird in Schritt S10 auf der Basis der Motordrehzahl, der Bremsdrosselöffnung, der Luftströmungsmessung usw. eine Einspritzimpulslänge Ta berechnet, die die Menge des einzuspritzenden Kraftstoffs bestimmt. In diesem Fall wird das Luft/Kraftstoff-Verhältnis im ganzen Brennraum 5 so geregelt, dass es auf einen Bereich von 13 bis 17 abfällt, wobei die Ansaugluftmenge so angepasst wird, dass sie einem angeforderten Drehmomentniveau entspricht, indem die Drosselklappenöffnung auf der Basis der Motordrehzahl, der Gasdrosselöffnung usw. geregelt wird, und die einzuspritzende Kraftstoffmenge (Impulslänge Ta) wird mindestens, wenn der Katalysator in seinem unerwärmten Zustand ist, dem Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis, der Luftströmungsmessung usw. entsprechend berechnet.
Während die Menge des einzuspritzenden Kraftstoffs durch rückkopplungsfreie Regelung berechnet wird, bis die O₂-Sonde 21 aktiviert wird, wird sie durch Rückkopplungsregelung auf der Basis der Ausgabe der O₂-Sonde 21 berechnet, sobald die O₂-Sonde 21 aktiviert wurde. Das heißt, dass die Menge des einzuspritzenden Kraftstoffs erhalten werden kann, indem ein Rückkopplungskorrekturwert, der der Ausgabe der O₂-Sonde 21 entspricht, nach Aktivierung der O₂-Sonde 21 zu einer Basiseinspritzmenge addiert wird. Die einzuspritzende Kraftstoffmenge kann auf diese Weise mit hoher Präzision erhalten werden.
In Schritt S11, der auf Schritt S10 folgt, wird geprüft, ob der Merker ST auf „1" gesetzt ist. Wie weiter unten beschrieben, wird dieser Merker gelöscht, wenn nach dem Einschalten des Motors eine bestimmte Zeitperiode abgelaufen ist. Wenn der Wert des Merkers ST auf „1" gesetzt ist, bedeutet dies daher, dass die vorgeregelte Zeitperiode nach dem Einschalten des Motors noch nicht abgelaufen ist und davon auszugehen ist, dass der Katalysator in seinem unerwärmten Zustand ist.
Wenn festgestellt wird, dass der Katalysator noch in seinem unerwärmten Zustand ist (d. h. der Wert des Merkers ST ist auf „1" gesetzt), wird der Vorgang von Schritt S12 an durchgeführt, um das Einspritzaggregat 11 dazu zu veranlassen, eine geteilte Einspritzung durchzuführen.
Das heißt, im Regelvorgang, der durchgeführt wird, wenn der Katalysator in seinem unerwärmten Zustand ist, werden die frühere Einspritzimpulslänge Tak und die spätere Einspritzimpulslänge Tad in Schritt S12 wie folgt berechnet: Tak = α × Ta Tad = (1 – α) × Tawobei α das Kraftstoffverhältnis der früheren Einspritzung ist (d. h. der Kraftstoffanteil, im Verhältnis zur Gesamtmenge des eingespritzten Kraftstoffs, der durch die frühere Einspritzung eingespritzt wird), das den Motorbetriebsbedingungen entsprechend innerhalb eines Bereichs von 1/5 bis 4/5 geregelt wird.
In Schritt S13 werden der Basiszeitpunkt der späteren Einspritzung θakb und der Basiszeitpunkt der späteren Einspritzung θadb so festgelegt, dass die frühere Einspritzung während der Periode des Ansaughubs und die spätere Einspritzung während einer geeigneten Periode im mittleren Abschnitt des Verdichtungshubs oder später durchgeführt wird. Dann wird in Schritt S14 der Basiszeitpunkt der späteren Einspritzung θakb direkt als früherer Einspritzzeitpunkt θak gesetzt, während der spätere Einspritzzeitpunkt θad auf einen Wert gesetzt wird, der erhalten wird, indem der Korrekturwert θk der Kühlwassertemperatur vom Basiszeitpunkt der späteren Einspritzung θadb entsprechend reduziert wird.
Hier sind die einzelnen Einspritzzeitpunkte (θakb, θadb, usw.) durch den Kurbelwinkel als Grad vor dem oberen Totpunkt (BTDC) im Verdichtungshub ausgedrückt, wie in 2 gezeigt, so dass der Einspritzzeitpunkt umso verzögerter ist, je kleiner der Wert des Einspritzpunkts ist. Der obige Korrekturwert θk wird auf 0 gesetzt, wenn die Kühlwassertemperatur einer Temperatur entspricht, die kleiner als eine erste Solltemperatur tw1 ist (zum Beispiel etwa 45°C), wird erhöht, wenn die Kühlwassertemperatur bis zu einer zweiten Solltemperatur tw2 zunimmt (zum Beispiel etwa 60°C), die um einen bestimmten Betrag höher ist als die erste Solltemperatur tw1, und wird auf einen spezifizierten Höchstwert gesetzt, wenn die Kühlwassertemperatur größer oder gleich der zweiten Solltemperatur tw2 ist. Das heißt, dass der spätere Einspritzzeitpunkt θad mit dem Basiszeitpunkt der späteren Einspritzung θadb gleichgesetzt wird, wenn die Kühlwassertemperatur kleiner oder gleich einer ersten Solltemperatur tw1 ist, oder wenn der Motor kalt ist, der spätere Einspritzzeitpunkt θad schrittweise verzögert wird, wenn die Kühlwassertemperatur eine erste Solltemperatur tw1 übersteigt, und der spätere Einspritzzeitpunkt θad um einen Höchstbetrag verzögert wird, wenn der Motor völlig warmgelaufen ist und die Kühlwassertemperatur größer oder gleich einer zweiten Solltemperatur tw2 ist.
Die Kraftstoffeinspritzung wird eine Periode lang durchgeführt, die der früheren Einspritzimpulslänge Tak entspricht, wenn der obige frühere Einspritzzeitpunkt θak erreicht ist (Schritt S15, S16). Anschließend, wenn der spätere Einspritzzeitpunkt θad erreicht ist, wird die Kraftstoffeinspritzung erneut eine Periode lang durchgeführt, die der späteren Einspritzimpulslänge Tad entspricht (Schritt S17, S18). Wenn der Katalysator in seinem unerwärmten Zustand ist, führt der Zündzeitpunktregler 35 außerdem einen Regelvorgang durch, um den Zündzeitpunkt in Schritt S19 zu verzögern.
Schritt S20 beurteilt, ob die vorgeregelte Zeitperiode Tst nach dem Einschalten des Motors abgelaufen ist. Die Zeitperiode Tst wird gleich oder mehr oder weniger lang wie die Zeit gewählt, die erforderlich ist, damit der Katalysator seinen erwärmten Zustand erreicht. Wenn diese Zeitperiode Tst noch nicht abgelaufen ist („Nein" in Schritt S20), springt die Verarbeitung zum Start der Routine zurück, und die oben beschriebenen Schritte S1, S2, S10 bis S19 werden erneut ausgeführt.
Wenn die Zeitperiode Tst bereits abgelaufen ist („Ja" in Schritt S20), wird der Merker ST im Schritt S21 gelöscht, und dann springt die Verarbeitung zum Start der Routine zurück. Da nun festgestellt wurde, dass der Wert des Merkers ST nicht „1" ist, wird danach der normale Regelvorgang durchgeführt, der anwendbar ist, wenn sowohl der Katalysator als auch der Motor voll erwärmt sind. Im obigen Nicht-Schichtlademotor zum Beispiel wird vom Schritt S5 an entsprechend im Ansaugtakt eine einmalige Einspritzung durchgeführt. Im oben erwähnten Schichtlademotor kann, wenn der Katalysator und der Motor beide ihren erwärmten Zustand erreicht haben, der Regelvorgang so sein, dass der Kraftstoffeinspritzmodus und das Luft/Kraftstoff-Verhältnis zum Beispiel auf folgende Weise den Motorbetriebsbedingungen entsprechend geregelt werden. In einem niedrigen Drehzahl- und Lastbereich zum Beispiel wird die Kraftstoffeinspritzung im Verdichtungshub durchgeführt (Verdichtungshubeinspritzung), um eine Schichtladungsverbrennung durchzuführen, und das Luft/Kraftstoff-Verhältnis wird erhöht, um ein magereres Gemisch zu erzeugen. Wenn der Motor in einem hohen Drehzahl- oder Lastbereich ist, wird er auch auf Ansaughubeinspritzung umgeschaltet, um eine homogene Verbrennung durchzuführen. In einem mittleren Lastbereich zwischen dem Schichtladungsverbrennungsbereich und dem homogenen Verbrennungsbereich wird eine geteilte Verbrennung durchgeführt, die den Ansaug- und den Verdichtungshub nach Bedarf umspannt, um eine plötzliche Drehmomentänderung zu vermeiden.
Die Arbeitsweise der oben beschriebenen erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung wird im Folgenden beschrieben.
Wenn der Katalysator nach dem Einschalten des Motors in seinen unerwärmten Zustand ist, wird die Kraftstoffeinspritzung vom Einspritzaggregat in zwei separaten Zyklen durchgeführt, d. h. die frühere Einspritzung wird während des Ansaughubs und die spätere Einspritzung wird im mittleren Abschnitt des Verdichtungshubs oder später durchgeführt, wobei die Menge der Ansaugluft und die einzuspritzende Kraftstoffmenge so geregelt werden, dass das Luft/Kraftstoff-Verhältnis im gesamten Brennraum 5 innerhalb des Bereichs von 13 bis 17 abfällt.
Der Kraftstoff, der durch die frühere Einspritzung eingespritzt wird, breitet sich durch den ganzen Brennraum 5 aus erzeugt eine Gemischschicht, die zwar mager, aber zur Flammenausbreitung in der Lage ist, da vor der Zündung ausreichende Zeit zur Verdampfung, Zerstäubung und Ausbreitung verfügbar ist. Der Kraftstoff, der durch die spätere Einspritzung eingespritzt wird, bewirkt, dass mindestens in der Nachbarschaft der Zündkerze 10 ein lokal relativ fettes Gemisch entsteht. D. h., im Schichtlademotor, der in 1 gezeigt wird, wird der durch die spätere Einspritzung eingespritzte Kraftstoff in einer hohen Konzentration um die Zündkerze 10 gesammelt, wodurch ein Schichtladungszustand erhalten wird, in der eine Gemischschicht ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis aufweist, das kleiner oder gleich dem stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis ist. Auch in einem Nicht-Schichtlademotor, der die in 3 gezeigten flachen Kolben verwendet, erzeugt die spätere Einspritzung, von der an eine relativ kurze Zeit bis zum Zündzeitpunkt übrig bleibt, ein Gemisch, das eine lokale Ungleichmäßigkeit im Brennraum 5 aufweist, und ein Zustand wird erzeugt, in dem die Gemischmassen, die lokal fetter sind als andere, im Brennraum 5 zerstreut sind, so dass diese fetten Gemischmassen auch in der Nähe der Zündkerze 10 vorhanden sind.
Wenn diese Kraftstoffversorgungsbedingungen hergestellt sind, wird die Zündung und Verbrennung des Gemischs auf eine erwünschte Weise durchgeführt, die NC und NOx in den vom Motor abgegebenen Abgasen werden reduziert, was zu einer Verbesserung der Emissionen führt, während der Katalysator in seinem unerwärmten Zustand ist, und die Abgastemperatur wird erhöht, so dass die Katalysatorbeheizung erfolgt.
Der Temperaturzustand des Motors und der des Katalysators stimmen nicht unbedingt miteinander überein. Wenn der Motor zum Beispiel wiedereingeschaltet wird, nachdem er einmal ausgeschaltet wurde, aber noch nicht voll abgekühlt ist, kann der Motor seinen Warmzustand erreichen, in dem seine Temperatur (Kühlwassertemperatur) höher ist als die spezifizierte Temperatur, bevor der Katalysator seinen unerwärmten Zustand erreicht. In solch einem Fall wird der spätere Einspritzzeitpunkt verzögert, wenn die Motortemperatur ansteigt. Im Falle der Wiedereinschaltung bei warmem Motor, bei dem die Motortemperatur bereits für den Zeitpunkt der Einschaltung des Motors spezifizierte Temperatur übersteigt, wird der spätere Einspritzzeitpunkt sofort nach dem Einschalten des Motors verzögert, und dieser Zustand wird eine spezifizierte Zeitperiode lang aufrechterhalten.
Da der Motor wie oben beschrieben seinem Temperaturzustand entsprechend geregelt wird, werden die HC- und die NOx-Reduktion und die Katalysatorbeheizung des sogar noch effektiver durchgeführt.
Da zudem der Einspritzzeitpunkt verzögert wird, während der Katalysator in seinem unerwärmten Zustand ist, werden die HC- und NOx-reduzierende Wirkung und die katalysatorbeheizende Wirkung zusätzlich erhöht.
Die obigen Betriebseigenschaften und Wirkungen werden unter Bezugnahme auf 6 bis 13 spezifisch erläutert. Die geteilte Einspritzung, auf die in 6 bis 13 Bezug genommen wird, bedeutet die geteilte Einspritzung, in welcher die frühere Einspritzung während des Ansaughubs und die spätere Einspritzung während des Verdichtungshubs durchgeführt werden, wie in der obigen Ausführungsform beschrieben.
6 zeigt Daten über Änderungen des Masseanteils des verbrannten Kraftstoffs, die beobachtet werden, wenn die geteilte Einspritzung durchgeführt wurde, und wenn die einmalige Einspritzung in einem Ansaughub (Vergleichsbeispiel) unter den folgenden Betriebsbedingungen durchgeführt wurde:

Motordrehzahl: 1500 U/min

Indizierter mittlerer Arbeitsdruck (Pe): 294 kPa

Zündeinstellung: Zum oberen Totpunkt (TDC) im Verdichtungshub verzögert (wobei MBT etwa 10° BTDC ist.)
Wie in diesem Diagramm gezeigt, ist die Verbrennung in einem späteren Abschnitt einer Verbrennungsperiode bei der geteilten Einspritzung langsamer als bei der einmaligen Einspritzung nach dem obigen Vergleichsbeispiel. Dies bedeutet, das die geteilte Einspritzung eine größere abgastemperatur erhöhende Wirkung aufweist. Da die Verbrennung im letzten Teil der Verbrennungsperiode auf diese Weise in ausreichendem Maße erfolgt, wird die Katalysatorbeheizung durchgeführt und die HC und NOx reduziert. Die Gründe, weshalb dieses Phänomen auftritt, sind wie folgt.
Da das lokal relativ fette Gemisch aufgrund der späteren Einspritzung, die, wie oben beschrieben, im mittleren Abschnitt des Kompressionshubs oder später durchgeführt wird, zumindest in der Nachbarschaft der Zündkerze 10 vorhanden ist, wird die Zündstabilität gewährleistet und die Verbrennung nach der Zündung wird korrekt durchgeführt. Zum anderen breitet sich Kraftstoff, der durch die frühere Einspritzung eingespritzt wird, durch den ganzen Brennraum 5 aus, um darin ein mageres Gemisch zu erzeugen, und wenn die Verbrennung des Gemischs erfolgt, das durch die spätere Einspritzung erzeugt wurde, breitet sich eine Flamme zum mageren Gemisch aus, das durch den Kraftstoff erzeugt wurde, der durch die frühere Einspritzung eingespritzt wurde und mit einem Teil des Kraftstoffs vermischt wurde, der durch die spätere Einspritzung eingespritzt wurde, wodurch die Magergemischmasse verbrannt wird.
Zusammenfassend finden die Verbrennung Gemischs, das durch die spätere Einspritzung erzeugt wird, und die nachfolgende Verbrennung des Magergemischs, das hauptsächlich durch den Kraftstoff erzeugt wird, der durch die frühere Einspritzung eingespritzt wird, während der Hauptverbrennungsperiode statt. Da die Verbrennung des Magergemischs ein langsamer Verbrennungsvorgang ist, trägt sie zur Unterdrückung der NOx-Erzeugung bei. Daher wird die Katalysatorbeheizung mit einer Zunahme der Abgastemperatur durchgeführt, und die HC werden oxidiert und reduziert.
Wieder Bezug nehmend auf 6, nimmt der Masseanteil des Kraftstoffs, der in einem früheren Teil der Verbrennung verbrannt wird, bei der geteilten Einspritzung schneller zu als bei der einmaligen Ansaugtakteinspritzung, was anzeigt, dass die Verbrennungsstabilität hoch ist. Dieses Phänomen wird beim in 1 gezeigten Schichtlademotor deutlich sichtbar, sowie beim Nicht-Schichtlademotor, der die in 3 gezeigten flachen Kolben verwendet, wenn der geteilte Einspritzmodus durchgeführt wird. Es wird angenommen, dass dieses Phänomen aus den folgenden Gründen auftritt.
Beim Schichtlademotor ist die Zeitperiode von der späteren Einspritzung bis zur Zündung so kurz, dass das Gemisch, das durch den Kraftstoff erzeugt wird, der durch die spätere Einspritzung eingespritzt wird, stellenweise um die Zündkerze 10 verteilt wird und selbst in der lokal verteilten Region eine Ungleichmäßigkeit der Verteilung des Luft/ Kraftstoff-Verhältnisses vorliegt. Daher ist die Flammenausbreitungsgeschwindigkeit ungleichmäßig, und während des Flammenausbreitungsvorgangs werden in einer Flammenfront unregelmäßige Vertiefungen und Vorsprünge gebildet. Es wird angenommen, dass die Verbrennung im früheren Teil der Verbrennung gefördert wird, da die oben erwähnte Ungleichmäßigkeit der Flammenfront deren Fläche vergrößert und zur Auslösung der Verbrennung beiträgt. Auch im Nicht-Schichtlademotor wird durch die spätere Einspritzung ein Zustand erzeugt, in dem relativ fette Gemischmassen und magere Gemischmassen zufällig gestreut werden, wodurch die Flammenausbreitungsgeschwindigkeit ungleichmäßig wird und während des Flammenausbreitungsvorgangs unregelmäßige Vertiefungen und Vorsprünge in der Flammenfront gebildet werden. Es wird angenommen, dass die Verbrennung im früheren Teil der Verbrennung gefördert wird, weil diese Ungleichmäßigkeit der Flammenfront deren Fläche vergrößert und zur Auslösung der Verbrennung beiträgt.
Da es möglich ist, den Betrag der Zündzeitpunktverzögerung zu vergrößern, wenn die Verbrennungsstabilität wie oben beschrieben verbessert wird, ist es möglich, die abgastemperaturerhöhende Wirkung und HC- und NOx-reduzierende Wirkung durch Verzögerung des Zündzeitpunkts weiter zu verstärken, zusätzlich zur oben beschriebenen abgastemperaturerhöhenden Wirkung durch Verlangsamung der Verbrennung im späteren Teil der Verbrennungsperiode.
7 zeigt Änderungen der Kraftstoffeinsparungsrate und der Abgastemperatur, die beobachtet wurden, wenn in der einmaligen Ansaugtakt-Einspritzung der Zündzeitpunkt vom Zeitpunkt von MBT zu einer Verzögerungsseite hin geändert wird, und wenn in der geteilten Einspritzung der spätere Einspritzzeitpunkt verändert wird, wobei der Zündzeitpunkt auf den Zeitpunkt von MBT geregelt ist. Die verwendeten Betriebsbedingungen waren eine Motordrehzahl von 1500 U/min und ein Wellenleistungsanteil des indizierten mittleren Arbeitsdrucks (Pe) von 294 kPa. Wie aus diesem Diagramm hervorgeht, nimmt die Abgastemperatur zu und die Kraftstoffeinsparung ab, wenn der Einspritzzeitpunkt bei der einmaligen Ansaugtakteinspritzung pro gressiv verzögert wird. Zum anderen nimmt die Abgastemperatur zu und die Kraftstoffeinsparung ab, wenn der spätere Einspritzzeitpunkt bei der geteilten Einspritzung im Verdichtungstakt progressiv von etwa 90° BTDC (vor dem oberen Totpunkt) verzögert wird.
Ein Vergleich dieser Fälle zeigt, dass die Kraftstoffeinsparungsrate bei der geteilten Einspritzung im Vergleich zur einmaligen Ansaugtakteinspritzung bei gleicher Abgastemperatur abnimmt (d. h., wenn die Abgastemperatur um 60°C erhöht und der Einspritzzeitpunkt in der einmaligen Ansaugtakteinspritzung vom Punkt von MBT verzögert wird). Mit anderen Worten, die Abgastemperatur kann durch Verzögerung des Einspritzzeitpunkts bei der geteilten Einspritzung mehr erhöht werden als bei der einmaligen Einspritzung, unter der Voraussetzung, dass die Abnahme der Kraftstoffeinsparung etwa auf das gleiche Niveau gehalten wird. Außerdem ist es möglich, die Abgastemperatur in noch größerem Maße zu erhöhen, wenn der Zündzeitpunkt im geteilten Einspritzmodus verzögert wird.
8A–8D zeigen Messergebnisse der Abgastemperatur, HC- und NOx-Konzentration in Abgasen, die vom Brennraum 5 abgegeben wurden, und den Motordrehzahlfluktuationskoeffizienten ΔRPM (Standardabweichung), die einer Prüfung eines Vergleichsbeispiels entnommen wurden, bei dem die Zündeinstellung in der einmaligen Ansaugtakteinspritzung verzögert wurde, und des Anwendungsbeispiels der Erfindung, bei dem die Zündeinstellung in der geteilten Einspritzung verzögert wurde, wobei die Prüfung mit einem Zündzeitpunktverzögerungsbetrag durchgeführt wurde, der angepasst war, um die Menge des Kraftstoffverbrauchs beider Beispiele an eine Motordrehzahl von 1500 U/min unter Niederlastbedingungen anzugleichen (die Zündeinstellung war sowohl im Vergleichsbeispiel als auch im Anwendungsbeispiel auf den oberen Totpunkt (TDC) verzögert. Wie aus diesem Diagramm hervorgeht, ist im Anwendungsbeispiel der Erfindung selbst unter gleichen Betriebsbedingungen und bei gleichem Kraftstoffverbrauch die Abgastemperatur wesentlich höher, die HC- und NOx-Konzentrationen geringer und der Motordrehzahlfluktuationskoeffizient ΔRPM kleiner als im Vergleichsbeispiel.
Es wird angenommen, dass dies auf die erhöhte Abgastemperatur zurückzuführen ist, und die HC sind geringer, weil die Verbrennung im späteren Teil der Verbrennung wie oben beschrieben durch die geteilte Einspritzung verlang samt wird, und die NOx sind geringer, weil die Verbrennung eines Magergemischs, das durch die frühere Einspritzung eingespritzt wird, einen langsamen Verbrennungsvorgang ergibt, die Verbrennungsstabilität wird zum Beispiel durch die Beschleunigung der Verbrennung im früheren Teil der Verbrennungsperiode verbessert, und so weiter.
9 zeigt Messergebnisse der HC-Reduktionsrate, der NOx-Reduktionsrate und der Abgastemperatur, die gemessen wurden, wenn die einmalige Einspritzung im Ansaughub durchgeführt wurde und wenn die geteilte Einspritzung beim Fahren eines Kraftfahrzeugs durchgeführt wurde, der mit der Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung ausgestattet war. Wie diesem Diagramm zu entnehmen ist, wird die Erhöhung der Abgastemperatur im Falle der geteilten Einspritzung im Vergleich zur einmaligen Ansaugtaktverbrennung beschleunigt, und dadurch werden die Zeitperioden, die jeweils notwendig sind, damit die HC-Reduktionsrate und die NOx-Reduktionsrate 50% erreichen, erheblich reduziert (jeweils um ta und tb, wie dargestellt).
10 zeigt Daten über die Beziehung zwischen dem Zündzeitpunkt und dem indizierten mittleren Arbeitsdruck, die geprüft wurde, wenn die einmalige Ansaugtakteinspritzung durchgeführt wurde, und wenn die geteilte Einspritzung durchgeführt wurde. Auch wenn der indizierte mittlere Arbeitsdruck (Drehmoment) abnimmt, wenn der Zündzeitpunkt verzögert wird, ist der Abnahmegrad des indizierten mittleren Arbeitsdrucks, wie aus diesem Diagramm zu ersehen ist, bei der geteilten Einspritzung kleiner als bei der einmaligen Ansaugtakteinspritzung.
Den obigen Daten ist zu entnehmen, dass die HC und NOx in den Abgasen, die aus dem Brennraum 5 austreten, reduziert werden, was eine Verbesserung der Emissionen zur Folge hat, und der Katalysatorbeheizungsbetrieb wird durch eine Erhöhung der Abgastemperatur durchgeführt, indem erfindungsgemäß eine geteilte Einspritzung durchgeführt wird, wenn der Katalysator in seinem unerwärmten Zustand ist. Überdies werden die Verbrennungsstabilität und die Kraftstoffeinsparung im Vergleich zu dem Fall verbessert, in dem der Einspritzzeitpunkt in einer einmaligen Einspritzung um einen großen Betrag verzögert wird.
11 zeigt Daten über die Beziehung zwischen dem Kraftstoffanteil, der durch die spätere Einspritzung einzuspritzen ist (oder dem Verhältnis des durch die spätere Einspritzung eingespritzten Kraftstoffs zur Gesamtmenge des eingespritzten Kraftstoffs) und der Fluktuationsrate Pi (indizierter mittlerer Arbeitsdruck), der Abgastemperatur, der Kraftstoffeinsparungsrate, der HC-Emissionsmenge und der NOx-Emissionsmenge. Die verwendeten Betriebsbedingungen waren eine Motordrehzahl von 1500 U/Min., ein Wellenleistungsanteil des indizierten mittleren Arbeitsdrucks (Pe) von 294 kPa und eine Motorkühlwassertemperatur von 40,0°C, wobei der Zündzeitpunkt im Verdichtungshub zum oberen Totpunkt (TDC) hin verzögert wurde. Wie aus diesem Diagramm zu ersehen ist, wird keine ausreichende katalysatorerwärmende Wirkung und HC- und NOx-reduzierende Wirkung erreicht, wenn der Kraftstoffanteil, der durch die spätere Einspritzung eingespritzt wird, kleiner als 20 (1/5) ist. Wenn der Kraftstoffanteil, der durch die spätere Einspritzung eingespritzt wird, größer oder gleich 20% (1/5) ist, nehmen die katalysatorerwärmende und die HC- und NOx-reduzierende Wirkung zu, wobei der Anteil des Kraftstoffs, der durch die spätere Einspritzung eingespritzt wird, größer wird, doch die Fluktuationsrate Pi und die Kraftstoffeinsparungsraten nehmen allmählich zu. Wenn der Anteil des Kraftstoffs, der durch die spätere Einspritzung eingespritzt wird, größer als 80% ist, übersteigt die Fluktuationsrate Pi ihren zulässigen Wert und die Verbrennungsstabilität geht verloren.
Daher ist es wünschenswert, den Anteil des Kraftstoffs, der durch die spätere Einspritzung eingespritzt wird, in einem Bereich von 20% bis 80% zu halten (1/5 bis 4/5), oder den Anteil des Kraftstoffs, der durch die frühere Einspritzung eingespritzt wird, in einen Bereich von 4/5 bis 1/5 zu halten, um die Verbrennungsstabilität und das Drehmoment aufrechtzuerhalten und zugleich die katalysatorerwärmende Wirkung und die HC- und NOx-reduzierende Wirkung zu gewährleisten, wenn der Katalysator in seinem unerwärmten Zustand und der Motor kalt ist. Die katalysatorerwärmende Wirkung und die HC- und NOx-reduzierende Wirkung werden größer, wenn der Anteil des Kraftstoffs, der durch die spätere Einspritzung eingespritzt wird, zunimmt, das heißt, wenn der Anteil des Kraftstoffs, der durch die frühere Einspritzung eingespritzt wird, abnimmt, solange diese Anteile innerhalb der obigen Bereiche liegen. Wenn die Kraftstoffmenge, die durch die frühere Einspritzung eingespritzt wird, auf ein so geringes Niveau geregelt wird, dass das Luft/Kraftstoff-Verhältnis, das nur durch die frühere Einspritzung im gesamten Brennraum erzeugt wird, größer oder gleich dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis der Flammbarkeitsgrenze ist (etwa 30), ist das durch die frühere Einspritzung erzeugte Gemisch mager genug. Da dieses magere Gemisch langsam verbrennt, wodurch die Verbrennung im letzten Teil der Verbrennungsperiode verzögert wird, ist es möglich, eine ausreichende abgastemperaturerhöhende Wirkung und die HC- und NOx-reduzierende Wirkung zu erreichen.
12 zeigt die Beziehung zwischen dem Startpunkt der späteren Einspritzung und der Fluktuationsrate Pi und der Abgastemperatur, das unter Betriebsbedingungen mit einer Motordrehzahl von 1500 U/min, einem Wellenleistungsanteil des indizierten mittleren Arbeitsdrucks (Pe) von 294 kPa und einer Motorkühlwassertemperatur von 40,0°C geprüft wurde, wobei der Zündzeitpunkt im Verdichtungshub zum oberen Totpunkt (TDC) hin verzögert wurde.
Wie diesem Diagramm zu entnehmen ist, wird die abgastemperaturerhöhende Wirkung kaum erreicht, wenn der Startpunkt der späteren Einspritzung vor 120° BTDC liegt, falls der Katalysator in seinem unerwärmten Zustand und der Motor kalt ist. Die abgastemperaturerhöhende Wirkung wird verstärkt, wenn der Startpunkt der späteren Einspritzung auf oder hinter 120° BTDC verzögert wird. Wenn die Fluktuationsrate Pi zunimmt und der Startpunkt der späteren Einspritzung weiter als 60° BTDC verzögert wird, übersteigt die Fluktuationsrate Pi ihr zulässiges Niveau und die Verbrennungsstabilität geht verloren.
Wenn der Startpunkt der späteren Einspritzung innerhalb eines Bereichs von 120° BTDC bis 60° BTDC geregelt wird, wenn der Zündzeitpunkt im kalten Motorzustand bei einer Kühlwassertemperatur von etwa 40°C zu TDC hin verzögert ist, ist es möglich, geeignete Kraftstoffverdampfungs- und -zerstäubungszeiten vorzusehen, wodurch eine abgastemperaturerhöhende Wirkung erreicht wird und zugleich die Verbrennungsstabilität gewährleistet wird. Da es möglich ist, die Verbrennungsstabilität zu verbessern, wenn der Betrag der Zündzeitpunktverzögerung klein gewählt wird, kann der Startpunkt der späteren Einspritzung über den obigen Bereich hinaus verzögert werden. Wenn der Motor in einem äußersten Niederlastbereich ist, in dem die eingespritzte Kraftstoffmenge klein ist, oder wenn die Menge des Kraftstoffs, der durch die spätere Einspritzung eingespritzt wird, ist es möglich, den Zündzeitpunkt ausreichend zu verzögern, wobei der Startpunkt der späteren Ein spritzung in einen Bereich nicht hinter 45° BTDC gehalten wird, da die Kraftstoffverdampfung und -zerstäubung unter diesen Bedingungen relativ leicht durchgeführt werden kann.
Die Verbrennungsstabilität wird verbessert, wenn die Motortemperatur (Kühlwassertemperatur) zunimmt, da die Kraftstoffverdampfung und -zerstäubung bei hohen Temperaturen gefördert werden. Daraus folgt, dass selbst, wenn der Katalysator in seinem unerwärmten Zustand ist, die Fluktuationsrate Pi reduziert wird und der zulässige Bereich des späteren Einspritzzeitpunkts, in dem die Fluktuationsrate Pi ihren zulässigen Wert nicht übersteigt, im Vergleich zum Fall des kalten Motorzustands (durch eine durchgehende Linie dargestellt) zur Verzögerungsseite hin verläuft, wenn die Motortemperatur hoch ist, wie durch eine gestrichelte Linie in 12 dargestellt.
Wenn der Katalysator in seinem unerwärmten Zustand ist und die Motortemperatur niedrig ist, wird der spätere Einspritzzeitpunkt θad mit dem Basiszeitpunkt der späteren Einspritzung θadb gleichgesetzt, der innerhalb eines Bereichs geregelt wird, in dem die Verbrennungsstabilität unter dieser Temperaturbedingung aufrechterhalten wird, wie weiter unten beschrieben. Wenn der Katalysator in seinem unerwärmten Zustand ist, die Motortemperatur aber die spezifizierte Temperatur überstiegen hat, wird der spätere Einspritzzeitpunkt θad gegenüber dem Basiszeitpunkt der späteren Einspritzung θadb um einen Betrag verzögert, der der Zunahme der Verbrennungsstabilität entspricht. Da der spätere Einspritzzeitpunkt θad so weit wie möglich innerhalb des Bereichs verzögert wird, in dem die Verbrennungsstabilität auf die oben beschriebene Weise aufrechterhalten wird, wird die abgastemperaturerhöhende Wirkung erhöht, wie aus 12 zu ersehen, und die HC- und NOx-reduzierende Wirkung wird ebenfalls dementsprechend erhöht.
Wenn eine Anordnung gewählt wird, um die Turbulenz innerhalb des Brennraums 5 durch turbulenzverstärkende Mittel wie z. B. das Wirbelregelventil 17 zu verstärken, wie in 1 gezeigt, wenn die obige geteilte Einspritzung durchgeführt wird, während der Katalysator noch in seinem unerwärmten Zustand ist, wird die Verbrennungsstabilität durch die größere Turbulenz erhöht. Selbst wenn der Startpunkt der späteren Einspritzung relativ verzögert ist, um die katalysatorbeheizende Wirkung im geteilten Einspritzmodus zu erhöhen, ist es möglich, die Verbrennungsstabilität aufrechtzuerhalten, dabei einen Anstieg der Fluktuationsrate Pi zu vermeiden und den maximal zulässigen Betrag der Zündzeitpunktverzögerung zu erhöhen, so dass der die schnelle Katalysatorbeheizung noch besser durchgeführt wird.
Wenn der Katalysator in seinem unerwärmten Zustand ist und die Motortemperatur die spezifizierte Temperatur übersteigt, wird der spätere Einspritzzeitpunkt θad in dieser Ausführungsform im Vergleich zu dem Fall, in dem die Motortemperatur kleiner oder gleich der spezifizierten Temperatur ist, verzögert. Zusätzlich zu, oder anstelle dieses Vorgangs kann der Anteil des Kraftstoffs, der durch die spätere Einspritzung eingespritzt wird, erhöht werden, wenn der Katalysator in seinem unerwärmten Zustand ist und die Motortemperatur die spezifizierte Temperatur übersteigt. Dies ist für die Katalysatorbeheizung des wirkungsvoll.
D. h., je mehr der Anteil des Kraftstoffs erhöht wird, der im geteilten Einspritzmodus durch die spätere Einspritzung eingespritzt wird, um so mehr werden die abgastemperaturerhöhende Wirkung und die HC- und NOx-reduzierende Wirkung erhöht, doch auch die Fluktuationsrate Pi wird erhöht, wie den in 11 gezeigten Daten zu entnehmen ist. Falls der Anteil des Kraftstoffs, der durch die spätere Einspritzung eingespritzt wird, über 80% liegt, wenn der Katalysator in seinem unerwärmten Zustand ist und die Motortemperatur niedrig ist, übersteigt die Fluktuationsrate Pi ihr zulässiges Niveau und die Verbrennungsstabilität geht verloren. Wenn die Motortemperatur (Kühlwassertemperatur) jedoch höher wird, nimmt die Verbrennungsstabilität zu und die Fluktuationsrate Pi nimmt ab, so dass die Verbrennungsstabilität selbst dann aufrechterhalten werden kann, wenn der Anteil des Kraftstoffs, der durch die spätere Einspritzung eingespritzt wird, im Vergleich zum kalten Motorzustand erhöht wird.
In einem typischen Beispiel, in dem der Anteil des Kraftstoffs, der durch die spätere Einspritzung eingespritzt wird, erhöht wird, wenn der Katalysator in seinem unerwärmten Zustand ist und die Motortemperatur hoch ist, wie oben beschrieben, kann der Anteil des durch die spätere Einspritzung eingespritzten Kraftstoffs auf 100% geregelt werden, oder es kann eine einmalige Einspritzung im Verdichtungshub durchgeführt werden. Dieses Beispiel der einmaligen Verdichtungstakteinspritzung wird nun Bezug nehmend auf das Flussdiagramm von 13A und 13B beschrieben.
Die Schritte S101 bis S111 des Flussdiagramms in 13A sind mit den Schritten S1 bis S11 des Flussdiagramms von 4 identisch. Wenn in Schritt S111 festgestellt wird, dass der Wert des Merkers ST „1" ist, d. h., wenn innerhalb der spezifizierten Zeitperiode nach dem Einschalten des Motors festgestellt wird, dass der Katalysator in seinem unerwärmten Zustand ist, wird in Schritt S112 eine weitere Beurteilung durchgeführt, um zu bestimmen, ob die Kühlwassertemperatur kleiner oder gleich einer spezifizierten Temperatur ist.
Wenn in Schritt S112 festgestellt wird, dass die Kühlwassertemperatur kleiner oder gleich der spezifizierten Temperatur ist, werden die frühere Einspritzimpulslänge Tak und die spätere Einspritzimpulslänge Tad für die geteilte Einspritzung in Schritt S113 berechnet (auf gleiche Weise wie in Schritt S12 in 4). In Schritt S113 wird der frühere Einspritzzeitpunkt θak auf einen geeigneten Punkt innerhalb des mittleren Abschnitts des Verdichtungshubs oder später geregelt. Die Kraftstoffeinspritzung wird während der Impulslänge Tak durchgeführt, wenn der frühere Einspritzzeitpunkt θak erreicht ist (Schritt S115, S116). Die Kraftstoffeinspritzung wird während der Impulslänge Tak durchgeführt, wenn der frühere Einspritzzeitpunkt θak erreicht ist (Schritt S117, S118). Außerdem führt der Einspritzzeitpunktregler 35 in Schritt S121 den Regelvorgang zur Verzögerung des Zündzeitpunkts durch, und dann geht der Verarbeitungsfluss zu Schritt S122 über.
Andernfalls, wenn in Schritt S112 festgestellt wird, dass die Kühlwassertemperatur die spezifizierte Temperatur übersteigt, wird, falls in Schritt S112 festgestellt wird, dass der Katalysator in seinem unerwärmten Zustand ist, die spätere Einspritzimpulslänge Tad auf die Impulslänge Ta geregelt, die der Gesamtmenge des Kraftstoffs entspricht, der in Schritt S119 einzuspritzen ist, um die einmalige Verdichtungstakteinspritzung durchzuführen. Dann wird in Schritt S120 der spätere Einspritzzeitpunkt θad geregelt. Die Kraftstoffeinspritzung wird während der Impulslänge Tad durchgeführt, wenn der spätere Einspritzzeitpunkt θad erreicht ist (Schritt S117, S118). Außerdem führt der Zündzeitpunktregler 35 in Schritt S121 den Regelvorgang zur Verzögerung des Zündzeitpunkts durch, und dann geht der Verarbeitungsfluss zu Schritt S122 über.
In Schritt S122 wird auf gleiche Weise wie in Schritt S20 von 4 beurteilt, ob die vorgeregelte Zeitperiode Tst nach dem Einschalten des Motors abgelaufen ist. Wenn das Ergebnis dieser Feststellung „Ja" ist, wird der Merker ST in Schritt S123 auf gleiche Weise gelöscht wie in Schritt S21 von 4.
Diesem Beispiel des Regelvorgangs gemäß wird die geteilte Einspritzung, umfassend den früheren Einspritzzyklus, der im Ansaughub durchgeführt wird, und den späteren Einspritzzyklus, der im mittleren Abschnitt des Verdichtungshubs oder später durchgeführt wird, wie in 14A gezeigt durchgeführt, wenn der Katalysator in seinem unerwärmten Zustand ist und die Motortemperatur niedrig ist. Da die Anteile des Kraftstoffs, der in den einzelnen Einspritzzyklen eingespritzt wird, und die Einspritzstartpunkte innerhalb der oben genannten Bereiche liegen (siehe 11–12), werden in diesem Fall die HC- und NOx-reduzierende und die katalysatorbeheizende Wirkungen erreicht, wobei die Verbrennungsstabilität auch unter solchen Bedingungen erhalten bleibt, in denen der Kraftstoff sonst aufgrund der niedrigen Motortemperatur nicht leicht verdampft oder zerstäubt werden würde.
Anderseits, je mehr der Anteil des Kraftstoffs, der durch die spätere Einspritzung eingespritzt wird, innerhalb des Bereichs erhöht wird, in dem die Verbrennungsstabilität erhalten bleibt, um so mehr wird die abgastemperaturerhöhende Wirkung und die HC- und NOx-reduzierende Wirkung verstärkt (siehe 11). Wenn die Motortemperatur steigt, wird die Verdampfung und Zerstäubung des Kraftstoffs erleichtert. In diesem Fall wird die Verbrennungsstabilität auch dann aufrechterhalten, wenn der Anteil des Kraftstoffs, der durch die spätere Einspritzung eingespritzt wird, erhöht wird. Wenn der Katalysator in seinem unerwärmten Zustand ist und die Motortemperatur höher als die spezifizierte Temperatur ist, wird der Kraftstoffanteil, der durch die spätere Einspritzung eingespritzt wird, auf ein Höchstniveau erhöht, wodurch die in 14B beschriebene einmalige Einspritzung durchgeführt wird. Dies trägt dazu bei, die HC- und NOx-Reduktionswirkung und die katalysatorbeheizende Wirkung auf wirksame Weise zu erhöhen.
Der Aufbau des obigen Steuergeräts für eine Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung der obigen Ausführungsform kann auf verschiedene Weise modifiziert werden.
Zum Beispiel kann zusätzlich zur O₂-Sonde 21, die vor dem Abgaskatalysator 22 angeordnet ist, eine zweite O₂-Sonde 21' hinter dem Abgaskatalysator 22 angeordnet werden, wie durch die gestrichelten Linien in 1 dargestellt. Auch wenn der Identifikator 31 in der vorherigen Ausführungsform auf der Basis der Zeit, die seit dem Einschalten des Motors abgelaufen ist, eine Beurteilung durchführt, ob der Katalysator in seinem unerwärmten Ausgangszustand ist, kann die gleiche Beurteilung in dieser Variante der Ausführungsform auf der Basis eines Vergleichs zwischen der Ausgabe der zwei O₂-Sonden 21, 21' durchgeführt werden. D. h., die Sauerstoffkonzentration in den Abgasen wird durch die Reaktion des Katalysators verändert, wenn er aktiviert ist. Dadurch ist es möglich, festzustellen, dass der Katalysator in seinem unerwärmten Zustand ist, wenn die Ausgaben der zwei O₂-Sonden 21, 21' miteinander übereinstimmen, und dass der Katalysator aufgewärmt ist, wenn die Ausgaben der zwei O₂-Sonden 21, 21' voneinander abweichen.
In einer weiteren Alternative kann ein Temperaturmessfühler vorgesehen werden, um die Katalysatortemperatur direkt zu messen, so dass die obige Beurteilung, ob der Katalysator in seinem unerwärmten Zustand ist, auf der Basis eines Messsignals durchgeführt werden kann, das vom Temperaturmessfühler zugeführt wird.
Auch wenn der spätere Einspritzzeitpunkt im geteilten Einspritzmodus im Regelvorgang von 4 verzögert wird, wenn der Katalysator in seinem unerwärmten Zustand ist und die Motortemperatur höher ist als die spezifizierte Temperatur, kann dies so modifiziert werden, dass der frühere Einspritzzeitpunkt oder sowohl der frühere als auch der spätere Einspritzzeitpunkt verzögert werden.
Wie oben beschrieben, weist ein erfindungsgemäßes Steuergerät für eine Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung einen Katalysator auf, der in einer Abgasleitung angeordnet ist, um Abgase umzuwandeln, und ein Einspritzaggregat, um Kraftstoff direkt in einen Brennraum einzuspritzen, einen Identifikator, um zu beurteilen, ob der Katalysator in seinem unerwärmten Zustand ist, in dem seine Temperatur unter seiner Aktivierungstemperatur liegt, einen Motortemperaturzustandsmessfühler, um den Temperaturzustand des Motors zu messen, und einen Kraftstoffeinspritzungsregler, um die Kraftstoffeinspritzung vom Einspritzaggregat zu regeln, wobei der Kraftstoffeinspritzungsregler das Einspritzaggregat auf der Basis der Beurteilungsergebnisse des Identifikators und der Messergebnisse des Motortemperaturzustands messfühlers so regelt, dass das Einspritzaggregat während einer Periode von einem Ansaughub bis zu einem Zündzeitpunkt eine mindestens in zwei Schritte aufgeteilte Einspritzung durchführt, die einen späteren Einspritzzyklus einschließt, der in einem mittleren Abschnitt eines Verdichtungshubs oder später durchgeführt wird, und einen früheren Einspritzzyklus, der vor dem späteren Einspritzzyklus durchgeführt wird, wenn der Katalysator in seinem unerwärmten Zustand ist.
Der Kraftstoffeinspritzregler regelt das Einspritzaggregat auch so, dass mindestens einer der Einspritzzyklen verzögert wird, wenn der Katalysator noch in seinem unerwärmten Zustand ist, aber die Motortemperatur höher ist als eine spezifizierte Temperatur im Vergleich zu einem Fall, in dem die Temperatur des Motors kleiner oder gleich der spezifizierten Temperatur ist.
Bei dieser Anordnung führt das Einspritzaggregat eine geteilte Einspritzung durch, wenn der Katalysator in seinem unerwärmten Zustand ist. Der spätere Einspritzzyklus, der im mittleren Abschnitt des Verdichtungshubs oder später durchgeführt wird, erzeugt eine Ungleichmäßigkeit in einem Gemisch, in dem lokal fette Gemischmassen erzeugt werden. Da relativ fette Gemischmassen in der Nähe eine Zündkerze zerstreut oder lokal verteilt werden, werden die Entflammbarkeit und die Verbrennungsstabilität nach der Zündung gewährleistet, und da durch den früheren Einspritzzyklus ein gleichmäßiges und mageres Gemisch erzeugt wird, verlangsamt sich die Verbrennung in einem letzten Abschnitt der Verbrennungsperiode und setzt sich bis zu einem relativ späten Zeitpunkt fort. Durch diesen Verbrennungsprozess werden die NC und NOx in den Abgasen, die vom Brennraum abgegeben werden, reduziert, was zu einer Verbesserung der Emissionen führt, während der Katalysator in seinem unerwärmten Zustand ist, und die Abgastemperatur wird erhöht, wodurch die Katalysatorbeheizung wirksam durchgeführt wird.
Insbesondere, weil mindestens einer der Einspritzzyklen (z. B. der spätere Einspritzzyklus) verzögert wird, im Vergleich zu dem Fall, in dem die Motortemperatur kleiner oder gleich der spezifizierten Temperatur ist, wenn der Katalysator noch in seinem unerwärmten Zustand ist, die Motortemperatur aber die spezifizierte Temperatur überstiegen hat, werden die HC- und NOx-Reduktion und die abgastemperaturerhöhende Wirkung wirkungsvoll erreicht, während die Verbrennungsstabilität dem Motortemperaturzustand entsprechend angepasst wird, wenn der Katalysator in seinem unerwärmten Zustand ist. Selbst wenn der Katalysator in seinem unerwärmten Zustand ist, werden die Verdampfung und Zerstäubung des Kraftstoffs erleichtert und die Verbrennungsstabilität erhöht, wenn die Motortemperatur hoch ist. Auch wenn die Verzögerung des Zündzeitpunkts für die Verdampfung und Zerstäubung des Kraftstoffs eher abträglich ist, wird der Zündzeitpunkt in eine Richtung verschoben, die für die Verringerung der HC und NOx und für die Erhöhung der Abgastemperatur von Vorteil ist, wodurch es möglich ist, die emissionsverbessernde und katalysatorbeheizende Wirkung zu verbessern.
Alternativ dazu regelt der Kraftstoffeinspritzungsregler das Einspritzaggregat auf der Basis von Beurteilungsergebnissen des Identifikators und von Messergebnissen des Motortemperaturzustandsmessfühlers auf solche Weise, dass das Verhältnis der Kraftstoffmenge, die im späteren Einspritzzyklus eingespritzt wird, zur Gesamtmenge des Kraftstoffs, der während der Periode vom Ansaughub bis zum Zündzeitpunkt eingespritzt wird, größer ist als in einem Fall, in dem die Motortemperatur kleiner oder gleich der spezifizierten Temperatur ist, wenn der Katalysator noch in seinem unerwärmten Zustand ist, die Motortemperatur aber eine spezifizierte Temperatur überstiegen hat.
In dieser Anordnung ist es auch möglich, die HC und NOx in den Abgasen zu reduzieren und die Abgastemperatur zu erhöhen, indem die geteilte Einspritzung durchgeführt wird, wenn der Katalysator in seinem unerwärmten Zustand ist. Vor allem, weil die Kraftstoffanteile, die in den einzelnen Einspritzzyklen eingespritzt werden, dem Motortemperaturzustand entsprechend angepasst werden, wenn der Katalysator in seinem unerwärmten Zustand ist, werden die HC- und NOx-reduzierende und die abgastemperaturerhöhende Wirkungen auf zufrieden stellende Weise erreicht, wobei die Verbrennungsstabilität erhalten bleibt.
Alternativ dazu regelt der Kraftstoffeinspritzungsregler das Einspritzaggregat auf der Basis von Beurteilungsergebnissen des Identifikators auf solche Weise, dass das Einspritzaggregat eine geteilte Einspritzung durchführt, wenn der Katalysator in seinem unerwärmten Zustand ist und die Motortemperatur kleiner oder gleich einer spezifischen Temperatur ist, und das Einspritzaggregat führt während des Verdichtungshubs eine einmalige Einspritzung durch, wenn der Katalysator noch in seinem unerwärmten Zustand ist, die Motortemperatur aber die spezifizierte Temperatur überschritten hat.
In dieser Anordnung wird der Kraftstoffeinspritzmodus dem Motortemperaturzustand entsprechend zwischen der geteilten Einspritzung und der einmaligen Ansaugtaktanspritzung umgeschaltet, wenn der Katalysator in seinem unerwärmten Zustand ist. Dadurch wird die HC- und NOx-reduzierende und die abgastemperaturerhöhende Wirkung auf zufrieden stellende Weise erreicht, während die Verbrennungsstabilität beibehalten wird.
Der Motor kann vorzugsweise auf gleiche Weise geregelt werden, wie wenn der Katalysator in seinem unerwärmten Zustand ist, doch die Motortemperatur nach dem Warmstart des Motors, bei dem die Motortemperatur bereits höher ist als die spezifizierte Temperatur beim Anlassen des Motors, eine bestimmte Zeit lang die spezifizierte Temperatur überstiegen hat.
Die Kraftstoffmenge, die durch den früheren Einspritzzyklus eingespritzt wird, kann vorzugsweise so geregelt werden, dass sie ein Magergemisch erzeugt, das ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis aufweist, das höher ist als das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis, und das zur Flammenausbreitung in der Lage ist, mindestens durch Verbrennung des Kraftstoffs, der im späteren Einspritzzyklus in den Brennraum eingespritzt wird, wenn die geteilte Einspritzung durchgeführt wird, während der Katalysator in seinem unerwärmten Zustand ist.
In dieser Anordnung breitet sich der Kraftstoff, der im früheren Einspritzzyklus eingespritzt wird, durch den Brennraum aus und erzeugt ein mageres Gemisch darin, und wenn die Verbrennung eines Gemischs erfolgt, das durch den späteren Einspritzzyklus erzeugt wird, breitet sich die Flamme zum Magergemisch aus, das vom früheren Einspritzzyklus erzeugt wurde und mit einem Teil des im späteren Einspritzzyklus eingespritzten Kraftstoff vermischt wird.
Das Luft/Kraftstoff-Verhältnis im gesamten Brennraum kann vorzugsweise so geregelt werden, dass es innerhalb eines Bereichs von 13 bis 17 abfällt, wenn der Katalysator in seinem unerwärmten Zustand ist. Ein Grund, weshalb das Luft/Kraftstoff-Verhältnis vorzugsweise zwischen 13 und 17 geregelt wird, ist, dass in diesem Bereich eine hohe Wärmeabgabewirkung erreicht und ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis erhalten wird, das in der Lage ist, die Abgastemperatur zu erhöhen.
Das Luft/Kraftstoff-Verhältnis kann korrekt geregelt werden, wenn das Steuergerät außerdem eine O₂-Sonde zur Erkennung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses und einen Einspritzmengenrechner umfasst, um die Menge des einzuspritzenden Kraftstoffs durch Rückkopplungsregelung auf der Basis einer Ausgabe der O₂-Sonde zu berechnen, nachdem diese aktiviert wurde, wenn der Katalysator in seinem unerwärmten Zustand ist.
Ob der Katalysator in seinem unerwärmten Zustand ist, beurteilt der Identifikator vorzugsweise auf der Basis der Zeit, die von seit dem Kaltstart des Motors abgelaufen ist, bei dem die Motortemperatur kleiner oder gleich der am Anfang spezifizierten Temperatur ist. Alternativ dazu kann das Steuergerät zudem ein Paar O₂-Sonden umfassen, wovon jeweils eine vor und hinter dem Katalysator in der Abgasleitung angeordnet ist, um die Sauerstoffkonzentration darin zu erkennen, so dass der Identifikator auf der Basis eines Vergleichs zwischen der Ausgabe beider O₂-Sonden beurteilen kann, ob der Katalysator in seinem unerwärmten Zustand ist.
Solch eine Anordnung ermöglicht es, auf korrekte Weise leicht zu beurteilen, ob der Katalysator in seinem unerwärmten Zustand ist.
Zum anderen kann der Motortemperaturzustandsmessfühler den Motortemperaturzustand auf der Basis der Temperatur des Motorkühlwassers erkennen.
Das Steuergerät kann zudem mit einem Zündzeitpunktregler versehen sein, um den Zündzeitpunkt des Motors so zu regeln, dass der Zündzeitpunkt unabhängig von der Motortemperatur um einen bestimmten Betrag vom Punkt MBT verzögert werden kann, wenn der Katalysator in seinem unerwärmten Zustand ist. Dies trägt dazu bei, die katalysatorbeheizende Wirkung zu erhöhen.
Das Steuergerät kann auch mit einem Turbulenzverstärker versehen sein, um die Turbulenz im Brennraum zu verstärken, wenn der Katalysator in seinem unerwärmten Zustand ist. In dieser Anordnung trägt die Turbulenz, die verstärkt wird, wenn der Katalysator in seinem unerwärmten Zustand ist, dazu bei, die Verbrennungsstabilität sowie den höchstzulässigen Betrag der Zündzeitpunktverzögerung zu erhöhen. Dadurch wird der katalysatorbeheizende Betrieb zusätzlich verbessert.
Diese Erfindung kann in verschiedenen Formen ausgeführt werden, weshalb die vorliegende Ausführungsform beispielhaft und nicht einschränkend ist, da die Erfindung durch die beiliegenden Ansprüche definiert wird, statt durch die Beschreibung, die diesen vorausgeht, und die Ansprüche schließen alle Modifikationen ein, die in den Umfang der Ansprüche fallen.

Claims

Steuergerät für eine Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung (1), die einen Katalysator (22) aufweist, der in der Abgasleitung (16) angeordnet ist, um Abgase umzuwandeln, und ein Einspritzaggregat (11), um Kraftstoff direkt in einen Brennraum (5) einzuspritzen, wobei das Steuergerät umfaßt: einen Identifikator (31), um zu beurteilen, ob der Katalysator in seinem unaufgewärmten Zustand ist, in dem seine Temperatur unter seiner Aktivierungstemperatur liegt; einen Motortemperaturzustandsfühler (32), um den Temperaturzustand des Motors (1) zu messen; und einen Kraftstoffeinspritzungsregler (33), um die Kraftstoffeinspritzung vom Einspritzaggregat (11) zu regeln, wobei der Kraftstoffeinspritzungsregler (33) das Einspritzaggregat (11) auf der Basis der Beurteilungsergebnisse des Identifikators (31) und der Meßergebnisse des Motortemperaturzustandsfühlers (32) so regelt, daß das Einspritzaggregat (11) während einer Periode von einem Ansaughub bis zu einem Zündzeitpunkt eine mindestens in zwei Schritte aufgeteilte Einspritzung durchführt, die einen späteren Einspritzzyklus einschließt, der in einem mittleren Abschnitt eines Verdichtungshubs oder später durchgeführt wird, und einen früheren Einspritzzyklus, der vor dem späteren Einspritzzyklus durchgeführt wird, wenn der Katalysator (22) in seinem unaufgewärmten Zustand ist; dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftstoffeinspritzungsregler eine Kraftstoffeinspritzungsweise des Einspritzaggregats (11) im Vergleich zu einem Fall, in dem die Temperatur des Motors kleiner oder gleich der spezifizierten Temperatur ist, ändert, wenn der Katalysator in seinem unaufgewärmten Zustand ist, die Temperatur des Motors aber eine spezifizierte Temperatur übersteigt.
Steuergerät für eine Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung nach Anspruch 1, wobei der Kraftstoffeinspritzungsregler (33) das Einspritzaggregat (11) außerdem auf der Basis der Beurteilungsergebnisse des Identifikators (31) und der Meßergebnisse des Motortemperaturzustandsfühlers (32) so regelt, daß mindestens einer der Einspritzzyklen im Vergleich zu einem Fall, in dem die Temperatur des Motors (1) kleiner oder gleich der spezifizierten Temperatur ist, verzögert wird, wenn der Katalysator (22) noch in seinem unaufgewärmten Zustand ist, aber die Motortemperatur eine spezifizierte Temperatur überstiegen hat.
Steuergerät für eine Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung nach Anspruch 2, wobei der spätere Einspritzzyklus verzögert wird, wenn der Katalysator (22) in seinem unaufgewärmten Zustand ist, die Motortemperatur aber die spezifizierte Temperatur überstiegen hat.
Steuergerät für eine Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung nach Anspruch 1, wobei der Kraftstoffeinspritzungsregler (33) das Einspritzaggregat (11) auf der Basis der Beurteilungsergebnisse des Identifikators (31) und der Meßergebnisse des Motortemperaturzustandsfühlers (32) so regelt, daß das Verhältnis der Kraftstoffmenge, die im späteren Einspritzzyklus eingespritzt wird, zur gesamten Kraftstoffmenge, die während der Periode vom Ansaughub bis zum Zündzeitpunkt eingespritzt wird, im Vergleich zu einem Fall, in dem die Temperatur des Motors (1) kleiner oder gleich der spezifizierten Temperatur ist, erhöht wird, wenn der Katalysator (22) noch in seinem unaufgewärmten Zustand ist, die Temperatur des Motors (1) aber einen spezifizierten Wert überstiegen hat.
Steuergerät für eine Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung nach Anspruch 1, wobei der Kraftstoffeinspritzungsregler (33) das Einspritzaggregat (11) auf der Basis der Beurteilungsergebnisse des Identifikators (31) und der Meßergebnisse des Motortemperaturzustandsfühlers (32) so regelt, daß das Einspritzaggregat (11) eine geteilte Einspritzung durchführt, wenn der Katalysator in seinem unaufgewärmten Zustand ist und die Temperatur des Motors (1) kleiner oder gleich einer spezifizierten Temperatur ist, und das Einspritzaggregat (11) während des Verdich tungshubs eine einmalige Einspritzung durchführt, wenn der Katalysator (22) noch in seinem unaufgewärmten Zustand ist, die Motortemperatur aber einen spezifizierten Wert überstiegen hat.
Steuergerät für eine Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Motor (1) auf die gleiche Weise gesteuert wird, wenn der Katalysator (22) in seinem unaufgewärmten Zustand ist, die Motortemperatur aber nach einem Warmstart des Motors eine bestimmte Zeitperiode lang eine spezifizierte Temperatur überstiegen hat, wobei die Motortemperatur bereits beim Anlassen des Motors die spezifizierte Temperatur übersteigt.
Steuergerät für eine Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Menge des Kraftstoffs, der im früheren Einspritzzyklus eingespritzt wird, so angepaßt wird, daß ein mageres Gemisch mit einem Luft/Kraftstoff-Verhältnis erzeugt wird, das größer ist als das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis und zur Flammenausbreitung in der Lage ist, mindestens durch Verbrennung des Kraftstoffs, der im späteren Einspritzzyklus in den Brennraum (5) eingespritzt wird, wenn die geteilte Einspritzung durchgeführt wird, solange der Katalysator (22) in seinem unaufgewärmten Zustand ist.
Steuergerät für eine Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Luft/Kraftstoff-Verhältnis im gesamten Brennraum (5) so eingestellt wird, daß es auf einen Bereich von 13 bis 17 abfällt, wenn der Katalysator (22) in seinem unaufgewärmten Zustand ist.
Steuergerät für eine Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung nach Anspruch 8, außerdem umfassend: eine O₂-Sonde (21) zum Erkennen des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses; und einen Einspritzmengenrechner (34) zum Berechnen der einzuspritzenden Kraftstoffmenge durch Rückkopplungsregelung auf der Basis einer Ausgabe der O₂-Sonde (21), nachdem diese aktiviert worden ist, wenn der Katalysator (22) in seinem unaufgewärmten Zustand ist.
Steuergerät für eine Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der Identifikator (31) beurteilt, ob der Katalysator (22) in seinem unaufgewärmten Zustand ist, auf der Basis der Zeit, die seit dem Kaltstart des Motors abgelaufen ist, in welcher die Motortemperatur am Anfang kleiner oder gleich der spezifizierten Temperatur ist.
Steuergerät für eine Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, außerdem umfassend ein Paar O₂-Sonden (21), wobei jeweils eine davon vor und hinter dem Katalysator (22) in der Abgasleitung (16) angeordnet ist, um die Sauerstoffkonzentration darin zu erkennen, und der Identifikator (31) auf der Basis eines Vergleichs zwischen der Ausgabe der zwei O₂-Sonden (21) beurteilt, ob der Katalysator (22) in seinem unaufgewärmten Zustand ist.
Steuergerät für eine Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei der Motortemperaturzustandsfühler (32) den Temperaturzustand des Motors (1) auf der Basis der Motorkühlwassertemperatur mißt.
Steuergerät für eine Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, außerdem umfassend einen Zündeinstellungsregler (35) zum Regeln des Zündzeitpunkts des Motors (1 ), wobei der Zündzeitpunkt unabhängig von der Motortemperatur um einen bestimmten Betrag gegenüber einer minimalen Vorzündung für das beste Drehmoment (MBT) verzögert wird, wenn der Katalysator (22) in seinem unaufgewärmten Zustand ist.
Steuergerät für eine Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, außerdem umfassend einen Wirbelströmungsverstärker (17), um die Wirbelströmung im Brennraum (5) zu verstärken, wenn der Katalysator (22) in seinem unaufgewärmten Zustand ist.