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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Verbrennungsmotor gemäß Präambel von
Anspruch 1 mit einer Verbrennungskammer, in welche ein inaktives
Gas eingeleitet wird, um eine Verbrennung zu bewirken.
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2. Beschreibung des Standes
der Technik
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Üblicherweise
sind in einem Verbrennungsmotor wie beispielsweise einem Dieselmotor
eine Motorabgasleitung und eine Motoransaugleitung durch eine Abgasrückleitung
(im Folgenden als AGR bezeichnet) miteinander verbunden. Abgas bzw. AGR-Gas
wird somit über
die AGR-Leitung wieder in die Motoransaugleitung zurückgeführt. In
diesem Fall weist das AGR-Gas eine relativ hohe spezifische Wärme auf
und ist in der Lage, eine große
Wärmemenge
aufzunehmen. Wenn also die AGR-Gasmenge erhöht wird, indem die AGR-Rate
(Menge AGR-Gas/(Menge AGR-Gas + Menge Ansaugluft)) erhöht wird,
sinkt die Verbrennungstemperatur in der Verbrennungskammer. Wenn
die Verbrennungstemperatur sinkt, nimmt die erzeugte NOx-Menge ab.
Je höher
die AGR-Rate ist, desto geringer ist somit die erzeugte NOx-Menge.
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Bisher
war üblicherweise
bekannt, dass die erzeugte NOx-Menge durch die Erhöhung der AGR-Rate
verringert wird. Allerdings nimmt die erzeugte Rußmenge bzw.
Rauchmenge plötzlich
stark zu, wenn die AGR-Rate über
einen bestimmten Schwellenwert hinaus erhöht wird. Daher ist man bisher
normalerweise davon ausgegangen, dass bei Erhöhung der AGR-Rate über einen
bestimmten Schwellenwert hinaus die erzeugte Rußmenge unbegrenzt zunimmt.
Mit anderen Worten, diejenige AGR-Rate, bei welcher die erzeugte
Rußmenge plötzlich anzusteigen
beginnt, wird als maximal zulässiger
Wert der AGR-Rate angesehen.
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Demzufolge
wird die AGR-Rate kleiner als der maximal zulässige Wert gewählt. Dieser
maximal zulässige
Wert der AGR-Rate variiert zwar je nach Motortyp oder Kraftstoffart
stark, beträgt
jedoch zwischen 30 und 50 %. Deshalb wird die AGR-Rate beim Dieselmotor
höchstens
auf 30 bis 50 % eingestellt.
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Wie
oben bereits erwähnt,
nimmt man allgemein an, dass es bei der AGR-Rate einen maximal zulässigen Wert
gibt. Um die erzeugte NOx-Menge möglichst stark zu verringern,
wählt man
den Wert der AGR-Rate deshalb so, dass diese den maximal zulässigen Wert
nicht überschreitet.
Allerdings lässt sich
die erzeugte NOx-Menge nicht unbegrenzt verringern, obwohl man die
AGR-Rate auf diese Weise festlegt hat. Tatsächlich lässt sich das Entstehen einer
bestimmten NOx-Menge nicht verhindern.
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Angesichts
dessen ist ein neuer Typ eines Dieselmotors beschrieben worden (WO
93/07363). Bei diesem Dieselmotor wird zur Beseitigung des im Abgas
enthaltenen NOx in die Motorabgasleitung ein NOx-Absorber eingebaut.
Der NOx-Absorber absorbiert das NOx, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des
einströmenden
Abgases mager ist, und setzt das absorbierte NOx wieder frei, wenn
das Luft-Kraftstoff-Verhältnis
des einströmenden
Abgases ein stöchiometrisches
oder fettes Luft- Kraftstoff-Verhältnis aufweist.
Wenn das NOx aus dem NOx-Absorber freigesetzt
werden soll, wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis
in der Verbrennungskammer fetter gemacht. Alternativ wird der Motorabgasleitung
vor dem NOx-Absorber Kraftstoff zugeführt, sodass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des
in den NOx-Absorber strömenden
Abgases fett ist.
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Während der
Untersuchungen der Verbrennung in Dieselmotoren wurde jedoch die
folgende Tatsache gefunden. Wenn die AGR-Rate gemäß der obigen Beschreibung über den
maximal zulässigen Wert
hinaus erhöht
wird, nimmt die erzeugte Rußmenge
abrupt zu. Diese erzeugte Rußmenge
hat jedoch einen Maximalwert. Wenn man nun die AGR-Rate nach dem
Erreichen des Maximalwertes der Rußerzeugung weiter erhöht, beginnt
die erzeugte Rußmenge
plötzlich
stark abzunehmen. Wenn die AGR-Rate im Leerlauf auf 70 % oder mehr
oder bei starker Kühlung
des AGR-Gases auf
etwa 55 % eingestellt wird, wird kaum noch NOx erzeugt, und die erzeugte
Rauchmenge geht fast auf null zurück. Mithin wird kaum noch Ruß erzeugt.
Ausgehend von dieser Erkenntnis sind weitere Untersuchungen durchgeführt worden,
um zu ermitteln, warum kaum noch Ruß entsteht.
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Durch
wiederholte Versuche und Untersuchungen wurde gefunden, dass das
Wachstum der Kohlenwasserstoffe vor der Rußentstehung aufhört, wenn
die Temperatur des Kraftstoffs und des ihn umgebenden Gases in der
Verbrennungskammer während
der Verbrennung gleich einer bestimmten Temperatur oder niedriger
ist, und dass die Kohlenwasserstoffe schnell zu Ruß zusammenwachsen,
wenn die Temperatur des Kraftstoffs und des ihn umgebenden Gases
die oben erwähnte
bestimmte Temperatur überschreitet.
In diesem Fall wird die Temperatur des Kraftstoffs und des ihn umgebenden
Gases durch die endotherme Wirkung des umgebenden Gases während der
Kraftstoffverbrennung stark beeinflusst. Wenn man die endotherme
Wärmemenge
des den Kraft stoff umgebenden Gases entsprechend einer während der
Verbrennung freiwerdenden Wärmemenge
(exotherm) einstellen kann, lässt
sich die Temperatur des Kraftstoffs und des ihn umgebenden Gases
steuern.
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Demzufolge
entsteht kein Ruß,
wenn man die Temperatur des Kraftstoffs und des ihn umgebenden Gases
in der Verbrennungskammer während
der Verbrennung gleich einer Temperatur oder niedriger wählt, bei
welcher das Wachstum der Kohlenwasserstoffe zwischendrin unterbrochen
wird. Die Temperatur des Kraftstoffs und des ihn umgebenden Gases
in der Verbrennungskammer während
der Verbrennung kann gleich einer Temperatur oder niedriger gewählt werden,
bei welcher das Wachstum der Kohlenwasserstoffe zwischendrin unterbrochen
wird, indem man eine durch das den Kraftstoff umgebende Gas aufzunehmende
Wärmemenge
festlegt. Andererseits können
die Kohlenwasserstoffe, deren Wachstum unterbrochen wurde, leicht
durch eine Nachbehandlung mittels eines Oxidationskatalysators oder Ähnlichem
beseitigt werden. Darin besteht das Grundkonzept des neuartigen
Verbrennungssystems. Der Anmelder der vorliegenden Patentanmeldung
hat unter der Anmeldungsnummer EP-A-879 946 bereits ein Patent für einen
Verbrennungsmotor beantragt, welcher das neuartige Verbrennungssystem
verwendet.
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Um
die Rußmenge
und die NOx-Menge mit dem neuen Verbrennungssystem gleichzeitig
zu verringern, muss die AGR-Rate mindestens 55 % oder mehr betragen.
Die AGR-Rate kann jedoch nur dann auf 55 % oder mehr erhöht werden,
wenn die Ansaugluftmenge gering ist, wenn die Motorlast also relativ
niedrig ist. Wenn die Ansaugluftmenge einen bestimmten Schwellenwert überschritten
hat, kann sie ohne Verringerung der AGR-Rate nicht weiter erhöht werden.
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Wenn
also die Ansaugluftmenge einen bestimmten Schwellenwert überschritten
hat, muss man die AGR-Rate auf einen niedrigeren Wert einstellen
als der AGR-Rate entspricht, bei welcher die erzeugte Rußmenge einen
Maximalwert erreicht.
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Wenn
man jedoch die AGR-Rate auf einen Wert einstellt, der kleiner ist
als diejenige AGR-Rate, bei welcher die erzeugte Rußmenge einen
Maximalwert erreicht, nimmt die erzeugte NOx-Menge zu. Folglich muss man auch bei
Anwendung des oben erwähnten
Verbrennungssystems zur fast vollständigen Verhinderung der Ruß- und NOx-Entstehung überlegen,
wie man das NOx beseitigt, wenn die Ansaugluftmenge groß ist.
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In
dem Dokument
EP 0 803
645 A1 wird ein Selbstzündermotor
mit einer Motorsteuerung beschrieben, die während des Verdichtungstakes
oder des Ansaugtakes über
60 Grad vor dem oberen Totpunkt des Verdichtungstaktes Kraftstoff
in eine Verbrennungskammer des Motors einspritzt. Die mittlere Teilchengröße des zu
diesem Zeitpunkt eingespritzten Kraftstoffs erreicht einen Wert,
bei dem praktisch am oberen Totpunkt des Verdichtungstaktes die
Temperatur der Teilchen den durch den Druck in der Verbrennungskammer
bestimmten Siedepunkt des Hauptbestandteils des Kraftstoffs erreicht.
Zumindest wenn der Motor bei hoher Last läuft, wird das AGR-Rate auf über 40 erhöht und das
Luftüberschussverhältnis auf
etwa 1,0 eingestellt. Gemäß diesem
Dokument erfordern verschiedene Verbrennungsmodi unterschiedliche
AGR-Raten. Durch eine solche Motorsteuerung soll eine Verbrennung
mit einer erzeugten Rußmenge
unterhalb des Maximalwertes erreicht werden, indem man eine herkömmliche
Verbrennung mit einer geringen AGR-Menge zu vermeiden versucht.
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ÜBERBLICK ÜBER DIE ERFINDUNG
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Verbrennungsmotor
bereitzustellen, bei welchem die Kraftstoffeinspritzsteuerung so
erfolgt, dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis
des in einen Abgasabsorber strömenden
Abgases optimiert wird.
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Die
oben beschriebene Aufgabe wird durch eine Kombination der im Hauptanspruch
angegebenen Merkmale gelöst.
In den Unteransprüchen
werden weitere vorteilhafte Ausführungsarten
der vorliegenden Erfindung beschrieben.
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Um
die oben erwähnte
Aufgabe zu lösen, wird
gemäß der vorliegenden
Erfindung ein wie folgt aufgebauter Verbrennungsmotor bereitgestellt.
Bei dem Verbrennungsmotor der vorliegenden Erfindung nimmt als Reaktion
auf eine Zunahme inaktiven Gases in einer Verbrennungskammer eine
erzeugte Rußmenge
allmählich
zu und erreicht einen Maximalwert und sinkt als Reaktion auf eine
weitere Zunahme inaktiven Gases in der Verbrennungskammer auf eine
Temperatur des Kraftstoffs und des ihn umgebenden Gases in der Verbrennungskammer
während der
Verbrennung unter eine Temperatur, bei welcher Ruß erzeugt
wird, sodass kaum noch Ruß entsteht. Der
Verbrennungsmotor ist mit einem Schaltmittel zum selektiven Umschalten
zwischen einem ersten Verbrennungsmodus und einem zweiten Verbrennungsmodus
ausgestattet. Während
des ersten Verbrennungsmodus enthält die Verbrennungskammer eine
Menge inaktiven Gases, welche größer ist
als eine Menge, bei der eine erzeugte Rußmenge ihren Maximalwert erreicht,
sodass kaum noch Ruß erzeugt
wird. Während
des zweiten Verbrennungsmodus enthält die Verbrennungskammer eine
Menge inaktiven Gases, welche kleiner ist als diejenige Menge, bei
der eine erzeugte Rußmenge
ihren Maximalwert erreicht. Während
der zweiten Hälfte
eines Arbeitstaktes oder während
eines Ausstoßtaktes
wird zusätzlicher
Kraftstoff aus einem Kraftstoffeinspritzventil eingespritzt, sodass
ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis
des in einen Abgasabsorber, vorzugsweise einen NOx-Absorber, strömenden Abgases
stöchiometrisch
oder fett eingestellt wird, sodass während des zweiten Verbrennungsmodus
Abgasschadstoffe wie vorzugsweise NOx aus einem NOx-Absorber freigesetzt
werden. Somit kann die Kraftstoffeinspritzsteuerung so durchgeführt werden,
dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis
des in den NOx-Absorber strömenden
Abgases optimal wird.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Die
oben genannten sowie weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der
vorliegenden Erfindung werden durch die folgende Beschreibung der bevorzugten
Ausführungsarten
unter Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen verdeutlicht, in denen:
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1 eine
allgemeine Darstellung eines Selbstzünder-Verbrennungsmotors gemäß einer
ersten Ausführungsart
der vorliegenden Erfindung ist;
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2 eine
seitliche Querschnittsansicht einer Verbrennungskammer ist;
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3 eine
Ansicht eines Zylinderkopfes von unten ist;
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4 eine
seitliche Querschnittsansicht der Verbrennungskammer ist;
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5 Anhebungsbeträge eines
Einlass- und eines Auslassventils sowie der Kraftstoffeinspritzung zeigt;
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6 Diagramme
zeigt, welche die Änderung
des Öffnungsgrades
der Drosselklappe, der AGR-Rate bzw. Menge an erzeugtem Rauch, HC, CO
und NOx in Abhängigkeit
vom Luft-Kraftstoff-Verhältnis darstellen;
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7A und 7B den
Kompressionsdruck in Abhängigkeit
vom Luft-Kraftstoff-Verhältnis
zeigen;
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8 Kraftstoffmoleküle zeigt;
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9 eine
Beziehung zwischen der erzeugten Rauchmenge und einer AGR-Rate zeigt;
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10 eine
Beziehung zwischen einer gesamten Ansauggasmenge und einer geforderten Last
zeigt;
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11 einen
ersten Betriebsbereich I und einen zweiten Betriebsbereich II zeigt;
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12 einen
Ausgabewert eines Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors zeigt;
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13 einen Öffnungsgrad
einer Drosselklappe oder Ähnlichem
zeigt;
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14 ein
Luft-Kraftstoff-Verhältnis
im Betriebsbereich I zeigt;
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15A und 15B eine
Tabelle eines Zielöffnungsgrades
der Drosselklappe oder Ähnlichem
zeigt;
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16 ein
Luft-Kraftstoff-Verhältnis
während
eines zweiten Verbrennungsmodus zeigt;
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17A und 17B zur
Verdeutlichung Ansichten des Wirkungsmechanismus beim Absorbieren
und Freigeben des NOx zeigen;
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18A und 18B Tabellen
der je Zeiteinheit absorbierten NOx-Menge zeigen;
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19 ein
Ablaufdiagramm zur Verarbeitung eines NOx-Freisetzungsmarkierung ist;
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20 ein
Ablaufdiagramm zur Steuerung des Motorbetriebs ist;
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21 eine
allgemeine Ansicht eines Selbstzünder-Verbrennungsmotors
gemäß der vorliegenden
Erfindung ist;
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22 eine
seitliche Querschnittsansicht einer Verbrennungskammer des Selbstzünder-Verbrennungsmotors
ist;
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23 eine
Draufsicht auf eine obere Kolbenfläche ist;
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24 eine
seitliche Querschnittsansicht der in 22 gezeigten
Verbrennungskammer ist;
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25 Anhebungsbeträge des Einlass-
und des Auslassventils und der Kraftstoffeinspritzung zeigt;
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26 eine
Gesamtansicht eines Selbstzünder-Verbrennungsmotors
gemäß einer
zweiten Ausführungsart
der vorliegenden Erfindung ist;
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27 eine
Querschnittsansicht eines Bremskraftverstärkers ist;
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28A und 28B eine
Beziehung zwischen dem angeforderten Drehmoment, der angeforderten
Last und der Motordrehzahl zeigt;
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29A und 29B Tabellen
der Kraftstoffeinspritzmenge oder Ähnlichem zeigen;
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30A und 30B Tabellen
des Zielöffnungsgrades
der Drosselklappe und Ähnlichem
zeigen;
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31 einen
Zielschwellenwert in einer ersten Kammer des Bremskraftverstärkers zeigt;
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32 ein
Ablaufdiagramm zur Verarbeitung eines Einspritzstoppmarkierung ist;
und
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33 und 34 Ablaufdiagramme
zur Steuerung des Motorbetriebs sind.
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BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSARTEN
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1 bis 3 zeigen
eine erste Ausführungsart
der vorliegenden Erfindung, bei welcher die vorliegende Erfindung
auf einen Viertakt-Selbstzünder-Verbrennungsmotor
angewendet wird.
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Ein
Motorkörper 1 besteht
aus einem Zylinderblock 2, einem Zylinderkopf 3,
einem Kolben 4, einer in einer oberen Fläche des
Kolbens 4 gebildeten Aussparung 5a, einer in der
Aussparung 5a gebildeten Verbrennungskammer 5,
einem elektrisch gesteuerten Kraftstoffeinspritzventil 6,
einem Paar Einlassventilen 7, einer Einlassöffnung 8,
einem Paar Auslassventilen 9 und einer Auslassöffnung 10.
Die Einlassöffnung 8 steht über eine
entsprechende Ansaugzweigleitung 11 mit einem Druckausgleichsbehälter 12 und
dieser Druckausgleichsbehälter 12 wiederum über eine
Ansaugleitung 13 mit einem Luftfilter 14 in Verbindung.
In der Ansaugleitung befindet sich eine Drosselklappe 16,
die durch einen Elektromotor 15 betätigt wird. An dererseits ist
die Auslassöffnung 10 über einen
Auslasskrümmer 17 und
eine Abgasleitung 18 mit einem Gehäuse 20 verbunden,
in welchem sich ein Absorber 19, vorzugsweise ein NOx-Absorber, befindet.
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1 zeigt
einen im Auslasskrümmer 17 angebrachten
Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 21.
Der Auslasskrümmer 17 und
der Druckausgleichsbehälter 12 sind über eine
AGR-Leitung 22 untereinander verbunden, in welcher sich
ein elektrisch gesteuertes AGR-Steuerventil 23 befindet.
Ferner ist um die AGR-Leitung 22 herum eine Kühlvorrichtung 24 zur Kühlung des
durch die AGR-Leitung 22 strömenden AGR-Gases angeordnet.
Bei der in 1 gezeigten Ausführungsart
wird in die Kühlvorrichtung 24 Motorkühlmittel
eingeleitet und das AGR-Gas durch dieses Motorkühlmittel gekühlt.
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Andererseits
ist jedes Kraftstoffeinspritzventil 6 über eine Kraftstoffzufuhrleitung 25 mit
einem Kraftstoffvorrat, d.h. einem sogenannten Verteiler 26 verbunden.
Durch eine elektrisch gesteuerte Kraftstoffpumpe 27 mit
variabler Fördermenge
wird Kraftstoff in den Verteiler 26 gepumpt. Der in den
Verteiler 26 gepumpte Kraftstoff wird dann durch jede Kraftstoffzufuhrleitung 25 zum
Kraftstoffeinspritzventil 6 befördert. Im Verteiler 26 ist
ein Kraftstoffdrucksensor 28 zum Messen eines Kraftstoffdrucks
im Verteiler 26 angebracht. Auf der Grundlage eines Ausgangssignals
vom Kraftstoffdrucksensor 28 wird die Fördermenge der Kraftstoffpumpe 27 so
gesteuert, dass der Kraftstoffdruck im Verteiler 26 einen
Zielkraftstoffdruck erreicht.
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Eine
elektronische Steuereinheit (electronic control unit, ECU) besteht
aus einem Digitalrechner und ist mit einem Nur-Lese-Speicher (read only memory, ROM) 32,
einem Arbeitsspeicher (random access memory, RAM) 33, einer
Zentraleinheit (Mikroprozessor, CPU) 34, einem Eingang 35 und
einem Ausgang 36 ausgestattet, welche über einen bidirektionalen Bus 31 untereinander
verbunden sind. Das Ausgangssignal des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 21 wird über einen
entsprechenden Analog-Digital-Umsetzer 37 (A/D) am Eingang 35 eingegeben. Das
Ausgangssignal des Kraftstoffdrucksensors 28 wird ebenfalls über einen
entsprechenden A/D-Umsetzer 37 am Eingang 35 eingegeben.
Mit einem Gaspedal 40 ist ein Lastsensor 41 verbunden,
der eine Ausgangsspannung erzeugt, welche einem Auslenkungsbetrag
L des Gaspedals 40 proportional ist. Die Ausgangsspannung
des Lastsensors 41 wird über den entsprechenden A/D-Umsetzer 37 am
Eingang 35 eingegeben. Die Ausgangsspannung des Lastsensors 41 wird über den
entsprechenden A/D-Umsetzer 37 am Eingang 35 eingegeben.
Ferner ist mit dem Eingang 35 ein Kurbelwellenwinkelsensor 42 verbunden,
welcher jedes Mal, wenn sich eine Kurbelwelle um beispielsweise
30° dreht,
einen Ausgangsimpuls erzeugt. Andererseits ist der Ausgang 36 über eine
entsprechende Steuerschaltung 38 mit dem Kraftstoffeinspritzventil 6,
dem Elektromotor 15, dem AGR-Steuerventil 23 und der Kraftstoffpumpe 27 verbunden.
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2 und 3 zeigen,
dass das Kraftstoffeinspritzventil 6 der vorliegenden Ausführungsart aus
einer Lochdüse
mit sechs Düsenlöchern besteht. Der
Kraftstoff F wird aus den Düsenlöchern des
Kraftstoffeinspritzventils 6 in gleichen Winkelabständen bezüglich der
Horizontalen leicht nach unten eingespritzt. 3 zeigt,
dass zwei von sechs Kraftstoffstrahlen F entlang einer unteren Fläche eines Ventilkörpers jedes
Auslassventils 9 verspritzt werden. 2 und 3 zeigen
eine während
des letzten Stadiums eines Verdichtungstaktes durchgeführte Kraftstoffeinspritzung.
Zu diesem Zeitpunkt gelangen die Kraftstoffstrahlen F in Richtung
der inneren Umfangsfläche
der Aussparung 5a, werden dann gezündet und verbrennen.
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4 zeigt
den Fall, dass zusätzlicher
Kraftstoff aus dem Kraftstoffeinspritzventil 6 eingespritzt wird,
wenn das Auslassventil 9 seinen maximalen Anhebungsbetrag
während
eines Auslasstaktes erreicht. In 5 bedeutet
das, dass die Haupteinspritzmenge Qm in der Nähe eines oberen Totpunktes
des Verdichtungstaktes und eine zusätzliche Kraftstoffmenge Qa
in der Mitte des Auslasstaktes eingespritzt wird. In diesem Fall
spritzt der sich in Richtung des Ventilkörpers des Auslassventils 9 bewegende
Kraftstoffstrahl K in ein Volumen zwischen einer Rückfläche eines
abgesetzten Teils des Auslassventils 9 und der Auslassöffnung 10.
Mit anderen Worten, zwei von sechs Düsenlöchern des Kraftstoffeinspritzventils 6 sind
so gebildet, dass der versprühte
Kraftstoff K beim Einspritzen einer zusätzlichen Kraftstoffmenge Qa
bei offenem Auslassventil 9 in Richtung eines Volumens
zwischen der Rückfläche eines
abgesetzten Teils des Auslassventils 9 und der Auslassöffnung 10 gespritzt
wird. In diesem Augenblick trifft der versprühte Kraftstoff K bei der in 4 gezeigten
Ausführungsart
auf die Rückfläche des
abgesetzten Teils des Auslassventils 9. Der auf die Rückfläche des
abgesetzten Teils des Auslassventils 9 auftreffende Kraftstoffnebel
K prallt von dort zurück
und gelangt in die Auslassöffnung 10.
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Normalerweise
wird nur die Haupteinspritzmenge Qm, aber kein zusätzlicher
Kraftstoff Qa eingespritzt. 6 zeigt
ein experimentelles Beispiel, welches die Änderungen des Ausgangsdrehmoments
und der Austrittsmenge an Rauch, HC (Kohlenwasserstoffe), CO sowie
NOx zeigt, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis
L/K (auf der Abszisse von 6 dargestellt)
durch Änderung
eines Öffnungsgrades
der Drosselklappe 16 und einer AGR-Rate während eines
Niederlastbetriebes des Motors geändert wird. Beim vorliegenden
experimentellen Beispiel von 6 erkennt
man, dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis L/K umso kleiner wird,
je größer die AGR-Rate
wird. Wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis L/K gleich einem stöchiometrischen
Luft-Kraftstoff-Verhältnis
(etwa 14,6) oder kleiner ist, ist die AGR-Rate gleich 65 % oder
größer.
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6 zeigt,
dass die erzeugte Rauchmenge bei Verringerung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses L/K
durch Erhöhung
der AGR-Rate zuzunehmen
beginnt, wenn die AGR-Rate einen Wert von etwa 40 % und das Luft-Kraftstoff-Verhältnis L/K
einen Wert von etwa 30 erreicht. Wenn man dann das Luft-Kraftstoff-Verhältnis L/K
durch weitere Erhöhung
der AGR-Rate noch weiter verringert, nimmt die erzeugte Rauchmenge
steil zu und erreicht ihren Maximalwert. Wenn die AGR-Rate noch
weiter erhöht
und somit das Luft-Kraftstoff-Verhältnis L/K noch weiter verringert
wird, nimmt die erzeugte Rauchmenge ganz plötzlich ab. Wenn die AGR-Rate
einen Wert von 65 % oder mehr und das Luft-Kraftstoff-Verhältnis L/K
einen Wert von 15 erreicht, geht die erzeugte Rauchmenge fast auf
null zurück.
Das heißt,
es wird kaum noch Ruß erzeugt.
In diesem Zustand nimmt das Ausgangsdrehmoment des Motors ein wenig
ab, und die erzeugte NOx-Menge wird vergleichsweise gering. Andererseits
beginnt jedoch die erzeugte HC- und CO-Menge zuzunehmen.
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7A zeigt
die Änderungen
des Kraftstoffdrucks in der Verbrennungskammer 5, wenn
das Luft-Kraftstoff-Verhältnis
L/K etwa um 21 liegt und die erzeugte Rauchmenge einen Maximalwert
erreicht. 7B zeigt die Änderungen
des Kraftstoffdrucks in der Verbrennungskammer 5, wenn
der Luft-Kraftstoff-Verhältnis L/K
etwa um 18 liegt und die erzeugte Rauchmenge fast auf null zurückgegangen
ist. Aus dem Vergleich zwischen 7A und 7B ist
zu ersehen, dass der Kraftstoffdruck in dem in 7B gezeigten
Fall, bei dem die erzeugte Rauchmenge fast null ist, niedriger ist
als in dem in 7A gezeigten Fall, bei dem die
erzeugte Rauchmenge groß ist.
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Aus
den in 6, 7A und 7B gezeigten
experimentellen Ergebnissen lassen sich die folgenden Schlussfolgerungen
ziehen. Erstens zeigt 6, dass die erzeugte Rauchmenge
fast null beträgt
und die erzeugte NOx-Menge drastisch abnimmt, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis L/K
gleich 15 oder kleiner ist. Dass die erzeugte NOx-Menge abgenommen
hat, liegt daran, dass die Verbrennungstemperatur in der Verbrennungskammer 5 gesunken
ist. Daraus, dass kaum noch Ruß gebildet wird,
kann man also schließen,
dass die Temperatur in der Verbrennungskammer 5 niedrig
ist. Dieselbe Schlussfolgerung lässt
sich auch aus 7A und 7B ziehen.
Das heißt,
dass der Verbrennungsdruck niedrig ist, wenn gemäß 7B kaum
noch Ruß erzeugt
wird. Daraus lässt
sich die Schlussfolgerung ziehen, dass die Verbrennungstemperatur
in der Verbrennungskammer 5 niedrig ist.
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Zweitens
zeigt 6, dass die ausgestoßenen Mengen an HC und CO zunehmen,
wenn die erzeugte Rauchmenge, also die erzeugte Rußmenge fast
auf null zurückgeht.
Das bedeutet, dass die Kohlenwasserstoffe ausgestoßen werden,
bevor sie zu Ruß zusammenwachsen
können.
Mit anderen Worten, die in 8 gezeigten
im Kraftstoff enthaltenen linearen oder aromatischen Kohlenwasserstoffe
werden bei Erhitzung unter Sauerstoffmangel zersetzt und bilden
eine Vorstufe von Ruß.
Dann wird Ruß gebildet,
der sich aus zu einem festen Körper
verbundenen Kohlenstoffatomen zusammensetzt. Der eigentliche Prozess
der Rußbildung
ist jedoch kompliziert, und es ist unklar, in welchem Zustand sich
die Vorstufe des Rußes
befindet. Auf jeden Fall wachsen die in 8 gezeigte
Kohlenwasserstoffe zusammen und bilden über die Vorstufe den Ruß. Wenn
die erzeugte Rußmenge
entsprechend der obigen Beschreibung fast auf null zurückgeht,
nimmt die in 6 gezeigte ausgestoßene Menge
an HC und CO zu. Dabei stellen die Kohlenwasserstoffe entwe der die
Vorstufe von Ruß oder
die der Vorstufe vorausgehende Phase dar.
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Die
oben beschriebenen und auf den experimentellen Ergebnissen von 6, 7A und 7B basierenden
Untersuchungen lassen sich wie folgt zusammenfassen. Das heißt, wenn
die Verbrennungstemperatur in der Verbrennungskammer 5 niedrig
ist, geht die erzeugte Rußmenge
fast auf null zurück.
Dabei wird die Vorstufe von Ruß oder
ein Kohlenwasserstoff in einer früheren Phase aus der Verbrennungskammer 5 ausgestoßen. Eingehendere
Experimente und Untersuchungen dieses Sachverhalts haben gezeigt,
dass der Prozess des Rußwachstums
zwischendrin unterbrochen wird und somit kein Ruß erzeugt wird, wenn die Temperatur
des Kraftstoffs und des ihn umgebenden Gases in der Verbrennungskammer 5 gleich
einer bestimmten Temperatur oder niedriger ist. Wenn die Temperatur des
Kraftstoffs und des ihn umgebenden Gases in der Verbrennungskammer 5 gleich
einer bestimmten Temperatur oder höher wird, wird Ruß erzeugt.
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Die
Temperatur des Kraftstoffs und des ihn umgebenden Gases, bei welcher
der Prozess der Rußbildung
bei der Vorstufe des Rußes
unterbrochen wird, also die oben erwähnte bestimmte Temperatur,
hängt von
einer Vielzahl von Faktoren wie beispielsweise der Kraftstoffart,
dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis, dem
Kompressionsverhältnis
und Ähnlichem ab.
Daher kann man für
die oben erwähnte
bestimmte Temperatur keinen konkreten Wert angeben. Diese oben erwähnte bestimmte
Temperatur hängt
aber entsprechend mit der erzeugten NOx-Menge zusammen und kann somit auf einen
Bereich eingegrenzt werden, der sich von der erzeugten NOx-Menge
ableiten lässt.
Mit anderen Worten, je größer die AGR-Rate
wird, desto niedriger wird die Temperatur des Kraftstoffs und des
ihn während
der Verbrennung umgebenden Gases. Je größer die AGR-Rate wird, desto
geringer wird die erzeugte NOx-Menge. Dabei wird kaum noch Ruß erzeugt,
wenn die erzeugte NOx-Menge bei etwa 10 ppm (g/t) oder weniger liegt. Die
oben erwähnte
bestimmte Temperatur fällt
somit praktisch mit einer Temperatur zusammen, bei welcher die erzeugte
NOx-Menge etwa 10 ppm (g/t) oder weniger beträgt.
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Sobald
es zur Entstehung von Ruß kommt, kann
dieser nicht durch eine Nachbehandlung mittels eines Katalysators
mit Oxidationsfunktion beseitigt werden. Die Vorstufe von Ruß oder ein
Kohlenwasserstoff in einer Phase vor dieser Vorstufe hingegen kann
leicht durch eine Nachbehandlung mittels eines Katalysators mit
Oxidationsfunktion beseitigt werden. Wenn man die Nachbehandlung
mittels eines Katalysators mit Oxidationsfunktion durchführen will,
bestehen große
Unterschiede bezüglich
des Kohlenwasserstoffs, der aus der Verbrennungskammer 5 entweder
in Form der Rußvorstufe
oder einer Phase davor oder direkt als Ruß ausgestoßen wird. Die wichtigen Merkmale
des neuartigen Verbrennungssystems der vorliegenden Erfindung bestehen
darin, dass die Kohlenwasserstoffe in Form der Rußvorstufe
oder einer Phase davor aus der Verbrennungskammer 5 ausgestoßen werden,
ohne dass in der Verbrennungskammer 5 Ruß entsteht,
und dass die Kohlenwasserstoffe mittels des Katalysators mit Oxidationsfunktion
oxidiert werden.
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Um
das Wachstum der Kohlenwasserstoffe bereits vor der Rußbildung
zu unterbrechen, müssen der
Kraftstoff und das ihn umgebende Gas in der Verbrennungskammer 5 während der
Verbrennung auf einer Temperatur gehalten werden, die niedriger
ist als diejenige Temperatur, bei welcher Ruß entsteht. Dabei hat sich
gezeigt, dass die endotherme Wirkung des den Kraftstoff umgebenden
Gases während
der Kraftstoffverbrennung eine enorme Auswirkung auf die Temperatur
des Kraftstoffs und des ihn umgebenden Gases hat.
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Mit
anderen Worten, wenn der Kraftstoff nur von Luft umgeben ist, reagiert
der verdampfte Kraftstoff sofort mit dem Sauerstoff der Luft und
verbrennt. Dabei steigt die Temperatur der weiter vom Kraftstoff entfernten
Luft nicht stark an, während
nur die direkt den Kraftstoff umgebende Luft lokal eine sehr hohe Temperatur
erreicht. Zu diesem Zeitpunkt nimmt nämlich die weiter vom Kraftstoff
entfernte Luft kaum Verbrennungswärme des Kraftstoffs auf. Da
nun die Verbrennungstemperatur lokal stark ansteigt, erzeugen die
unverbrannten Kohlenwasserstoffe, welche die Verbrennungswärme aufgenommen
haben, Ruß.
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Wenn
sich jedoch der Kraftstoff in einem Gemisch mit einem hohen Anteil
inaktiven Gases und nur einer geringen Luftmenge befindet, sieht
es etwas anders aus. Dann verteilt sich der verdampfte Kraftstoff überall,
reagiert mit dem in das inaktive Gas eingemischten Sauerstoff und
verbrennt. Dabei steigt die Verbrennungstemperatur nicht sehr stark
an, da das inaktive Gas in den Außenbereichen die Verbrennungswärme absorbiert.
Man kann also die Verbrennungstemperatur auf eine niedrigere Temperatur
begrenzen. Das inaktive Gas spielt nämlich eine wichtige Rolle bei
der Begrenzung der Verbrennungstemperatur, und die Aufnahme der
Verbrennungswärme durch
das inaktive Gas ermöglicht
die Begrenzung der Temperatur auf einen niedrigen Wert.
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Um
dabei die Temperatur des Kraftstoffs und des ihn umgebenden Gases
niedriger zu halten als eine Temperatur, bei der Ruß entsteht,
wird eine ausreichende Menge an inaktivem Gas benötigt, die
so viel Wärme
absorbieren kann, dass der angestrebte Zweck erreicht wird. Wenn
die Kraftstoffmenge erhöht
wird, nimmt dann auch die erforderliche Menge an inaktivem Gas entsprechend
zu. Dabei wird umso mehr Verbrennungswärme aufgenommen, je größer die
spezifische Wärme
des inaktiven Gases wird. Daher weist das inaktive Gas vorzugsweise
eine große spezifische
Wärme auf.
Aus diesem Grund verwendet man als inaktives Gas vorzugsweise AGR-Gas, da
CO2 bzw. AGR-Gas eine relativ große spezifische Wärme haben.
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9 zeigt
eine Beziehung zwischen der AGR-Rate und dem Rauch, wenn als inaktives
Gas AGR-Gas verwendet wird und sich die Temperatur des AGR-Gases ändert, auf
welche dieses abgekühlt wurde.
Kurve A in 9 zeigt den Fall, bei welchem, die
Temperatur des AGR-Gases durch starkes Kühlen auf etwa 90 °C gehalten
wird, während
Kurve B den Fall zeigt, bei welchem das AGR-Gas durch ein geschlossenes
Kühlsystem
gekühlt
wird, und Kurve C den Fall, bei welchem das AGR-Gas nicht zwangsgekühlt wird.
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Bei
der intensiven Kühlung
des AGR-Gases entsprechend Kurve A in 9 erreicht
die erzeugte Rußmenge
ihren Maximalwert, wenn die AGR-Rate knapp unter 50 % liegt. Wenn
dann die AGR-Rate
auf etwa 55 % oder mehr erhöht
wird, entsteht kaum noch Ruß.
Bei Verzicht auf die Zwangskühlung
des AGR-Gases entsprechend Kurve C in 9 erreicht die
erzeugte Rußmenge
ihren Maximalwert, wenn die AGR-Rate bei etwa 55 % liegt. Wenn dann
die AGR-Rate auf etwa 70 % oder mehr erhöht wird, wird kaum noch Ruß erzeugt.
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9 zeigt
eine erzeugte Rauchmenge, wenn die Motorlast ziemlich hoch ist.
Bei abnehmender Motorlast geht die AGR-Rate, bei welcher die erzeugte Rußmenge ihren
Maximalwert erreicht, etwas zurück,
ebenso wie auch der untere Grenzwert der AGR-Rate etwas zurückgeht,
bei welcher kaum noch Ruß erzeugt
wird. Somit hängt
der untere Grenzwert der AGR-Rate, bei welcher kaum noch Ruß entsteht, von
der Abkühlung
des AGR-Gases oder der Motorlast ab.
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10 zeigt
eine Menge eines Gemischs aus AGR-Gas und Luft und ein Verhältnis von
Luft zu AGR-Gas in diesem Gemisch, das erforderlich ist, um die
Temperatur des Kraftstoffs und des ihn umgebenden Gases während der
Verbrennung niedriger zu halten als eine Temperatur, bei welcher
Ruß entsteht,
wobei als inaktives Gas AGR-Gas verwendet wird. In 10 zeigt
die y-Achse eine Gesamtmenge in die Verbrennungskammer 5 eingeleiteten
Gases und eine Strich-Punkt-Linie Y die Gesamtmenge dieses eingeleiteten
Gases, das in die Verbrennungskammer 5 eingelassen werden
kann, wenn keine Aufladung erfolgt. Ferner zeigt die x-Achse eine Lastanforderung
und Z1 einen Niederlastbereich.
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In 10 stellt
der Anteil an Luft, also die im Gemisch enthaltene Luftmenge, die
zur vollständigen Verbrennung
des eingespritzten Kraftstoffs benötigte Luftmenge dar. Für den in 10 gezeigten
Fall bedeutet dies, dass das Verhältnis aus der Luftmenge und
der eingespritzten Kraftstoffmenge gleich dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist.
Andererseits stellt in 10 der Anteil an AGR-Gas, also
die im Gemisch enthaltene AGR-Gasmenge die Mindestmenge an AGR-Gas
dar, um die Temperatur des Kraftstoffs und des ihn umgebenden Gases
unterhalb einer Temperatur zu halten, bei der Ruß entsteht. Die oben erwähnte Menge
an AGR-Gas entspricht einer AGR-Rate von etwa 55 % oder mehr. Bei
der in 10 gezeigten Ausführungsart
beträgt die
AGR-Rate 70 oder mehr. In dem Fall, bei welchem die Gesamtmenge
des in die Verbrennungskammer 5 eingeleiteten Gases in 10 durch
eine durchgehende Linie X dargestellt ist und das Verhältnis von
Luftmenge zu AGR-Gasmenge dem in 10 gezeigten
entspricht, sinkt die Temperatur des Kraftstoffs und des ihn umgebenden
Gases unter eine Temperatur, bei welcher Ruß erzeugt wird, sodass kein
Ruß mehr
entsteht. Dann beträgt
die erzeug te NOx-Menge etwa 10 ppm (g/t) oder weniger. Dementsprechend
ist die erzeugte NOx-Menge sehr klein.
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Wenn
die eingespritzte Kraftstoffmenge zunimmt, wird während der
Kraftstoffverbrennung auch mehr Wärme frei. Um nun die Temperatur
des Kraftstoffs und des ihn umgebenden Gases unterhalb einer Temperatur
zu halten, bei welcher Ruß erzeugt wird,
muss das AGR-Gas mehr Wärme
absorbieren. Deshalb muss die AGR-Gasmenge gemäß 10 bei
zunehmender eingespritzter Kraftstoffmenge erhöht werden. Mit anderen Worten,
bei höherer Lastanforderung
muss die AGR-Gasmenge erhöht werden.
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Bei
einem Lastbereich Z2 in 10 hingegen übersteigt
die Gesamtmenge X an Einlassgas, welche zur Verhinderung des Entstehens
von Ruß benötigt wird,
die zulässige
Gesamtmenge an Einlassgas. Um nun die Verbrennungskammer 5 mit
einer Gesamtmenge an Einlassgas zu versorgen, die zur Rußverhinderung
erforderlich ist, müssen
entweder das AGR-Gas und die Ansaugluft oder nur das AGR-Gas aufgeladen
oder verdichtet werden. Wenn man das AGR-Gas oder Ähnliches
im Lastbereich Z2 nicht auflädt
oder verdichtet, stimmt die Gesamtmenge X an Einlassgas mit der
zulässigen
Gesamtmenge Y an Einlassgas überein.
In diesem Fall wird zur Verhinderung der Rußentstehung deshalb die Luftmenge
ein wenig verringert, um die AGR-Gasmenge zu erhöhen, sodass die Kraftstoffverbrennung
bei einem etwas fetteren Luft-Kraftstoff-Verhältnis stattfindet.
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10 zeigt
gemäß der obigen
Beschreibung einen Fall, bei welchem der Kraftstoff bei einem stöchiometrischen
Luft-Kraftstoff-Verhältnis verbrennt.
Allerdings kann man im Niederlastbereich Z1 in 10 auch
dann die erzeugte NOx-Menge auf etwa 10 ppm (g/t) oder weniger begrenzen
und gleichzeitig die Rußentstehung
verhindern, wenn die Luftmenge gegenüber der in gezeigten 10 verringert
und somit das Luft- Kraftstoff-Verhältnis angefettet
wird. Ferner kann man im Niederlastbereich Z1 die erzeugte NOx-Menge
auf etwa 10 ppm (g/t) oder weniger begrenzen und gleichzeitig die
Rußentstehung
verhindern, wenn die Luftmenge gegenüber der in 10 gezeigten
erhöht
und somit das Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf magere Werte von
17 bis 18 eingestellt wird.
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Mit
anderen Worten, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis fett wird, liegt ein
Kraftstoffüberschuss
vor. Da jedoch die Verbrennungstemperatur erniedrigt wurde, führt ein
Kraftstoffüberschuss
nicht zur Rußbildung.
Somit entsteht kein Ruß.
Ferner wird gleichzeitig nur sehr wenig NOx erzeugt. Andererseits
wird auch nur wenig Ruß erzeugt,
wenn die Verbrennungstemperatur ansteigt, während das mittlere Luft-Kraftstoff-Verhältnis mager
oder stöchiometrisch ist.
Da gemäß der vorliegenden
Erfindung die Verbrennungstemperatur herabgesetzt wurde, entsteht jedoch
gar kein Ruß.
Außerdem
wird nur sehr wenig NOx erzeugt.
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Somit
werden im Niederlastbereich Z1 des Motors unabhängig vom Luft-Kraftstoff-Verhältnis kein
Ruß und
nur wenig NOx erzeugt, also unabhängig davon, ob das mittlere
Luft-Kraftstoff-Verhältnis fett,
stöchiometrisch
oder mager ist. Bezüglich
Kraftstoffeinsparung wird deshalb das mittlere Luft-Kraftstoff-Verhältnis vorzugsweise
mager eingestellt.
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Die
Temperatur des Kraftstoffs und des ihn umgebenden Gases in der Verbrennungskammer während der
Verbrennung lässt
sich nur dann auf einer Temperatur oder niedriger halten, bei welcher
das Wachstum der Kohlenwasserstoffe zwischendrin unterbrochen wird,
wenn die Motorlast relativ niedrig ist, wenn also wenig Verbrennungswärme freigesetzt wird.
Wenn die Motorlast relativ niedrig ist, wird also die Temperatur
des Kraftstoffs und des ihn umgebenden Gases gemäß der Ausfüh rungsart der vorliegenden
Erfindung niedriger als diejenige Temperatur gehalten, bei welcher
das Wachstum der Kohlenwasserstoffe zwischendrin unterbrochen wird,
sodass ein erster Verbrennungsmodus, nämlich eine Niedertemperaturverbrennung
durchgeführt
wird. Wenn die Motorlast relativ hoch ist, wird ein zweiter Verbrennungsmodus,
nämlich
eine herkömmliche
Verbrennung durchgeführt.
Aus der obigen Beschreibung ergibt sich, dass im ersten Verbrennungsmodus,
also bei der Niedertemperaturverbrennung, die Menge an inaktivem
Gas in der Verbrennungskammer größer ist als
die Menge des inaktiven Gases, bei welcher die erzeugte Rußmenge ihren
Maximalwert erreicht, sodass kaum noch Ruß erzeugt wird. Im zweiten
Verbrennungsmodus, also bei der herkömmlichen Verbrennung, ist die
Menge an inaktivem Gas in der Verbrennungskammer kleiner als diejenige
Menge des inaktiven Gases, bei welcher die erzeugte Rußmenge ihren
Maximalwert erreicht.
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11 zeigt
einen ersten Betriebsbereich I, in welchem der erste Verbrennungsmodus,
und zwar die Niedertemperaturverbrennung, und einen zweiten Betriebsbereich
II, in welchem der zweite Verbrennungsmodus, und zwar die herkömmliche
Verbrennung, erfolgt. In 11 zeigt
die y-Achse den Auslenkungsbetrag des Gaspedals 40 bzw.
die Lastanforderung L und die x-Achse die Motordrehzahl N. Ferner
stellen X(N) eine erste Grenzlinie zwischen dem Betriebsbereich
I und dem Betriebsbereich II und Y(N) eine zweite Grenzlinie zwischen dem
Betriebsbereich I und dem Betriebsbereich II dar. Anhand der ersten
Grenzlinie X(N) wird ermittelt, ob ein Übergang vom Betriebsbereich
I zum Betriebsbereich II vollzogen wurde. Anhand der zweiten Grenzlinie
Y(N) wird ermittelt, ob ein Übergang
vom Betriebsbereich II zum Betriebsbereich I vollzogen wurde.
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Wenn
also die Lastanforderung L die erste Grenzlinie X(N) als Funktion
der Motordrehzahl N überschreitet,
während
der Motor im Betriebsbereich I betrieben und die Niedertemperaturverbrennung durchgeführt wird,
stellt man fest, dass ein Übergang zum
Betriebsbereich II erfolgt ist. Daher wird jetzt die herkömmliche
Verbrennung durchgeführt.
Wenn dann die Lastanforderung L die zweite Grenzlinie Y(N) unterschreitet,
stellt man fest, dass ein Übergang
zum Betriebsbereich I erfolgt ist. In diesem Fall wird jetzt eine
Niedertemperaturverbrennung durchgeführt.
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Der
erste Grund dafür,
dass es eine erste Grenzlinie Y(N) und eine zweite Grenzlinie Y(N)
gibt, besteht darin, dass die Verbrennungstemperatur auf der Hochlastseite
im Betriebsbereich II relativ hoch ist und man die Niedertemperaturverbrennung
nicht sofort durchführen
kann, nachdem die Lastanforderung L die erste Grenzlinie X(N) unterschritten
hat. Mit anderen Worten, die Niedertemperaturverbrennung kann erst
dann sofort beginnen, wenn die Lastanforderung L relativ niedrig
ist und die zweite Grenzlinie Y(N) unterschritten hat. Der zweite
Grund besteht darin, dass durch eine Hysterese ein kurzzeitiges
Hin- und Herwechseln zwischen dem Betriebsbereich I und dem Betriebsbereich
II verhindert werden soll.
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12 zeigt
einen Ausgangswert des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 21.
Der Ausgangsstrom I des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 21 ändert sich
in Abhängigkeit
vom Luft-Kraftstoff-Verhältnis
L/K. Demzufolge kann man das Luft-Kraftstoff-Verhältnis aus
dem Ausgangsstrom I des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 21 erkennen.
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Im
folgenden wird unter Bezug auf 13 in groben
Zügen die
Betriebssteuerung im Betriebsbereich I und im Betriebsbereich II
erläutert.
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13 zeigt
die Änderungen
des Öffnungsgrades
der Drosselklappe 16, des Öffnungsgrades des AGR-Steuerventils 23,
der AGR-Rate, des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, des Einspritzzeitpunktes
und der Einspritzmenge in Abhängigkeit
von den Änderungen
der Lastanforderung L. Wenn die Lastanforderung L im Betriebsbereich
I von 13 ansteigt, erhöht sich
der Öffnungsgrad
der Drosselklappe 16 allmählich vom fast vollständig geschlossenen
bis zum halb offenen Zustand. Mit ansteigender Lastanforderung L
erhöht
sich ferner der Öffnungsgrad
des AGR-Steuerventils 23 allmählich vom fast vollständig geschlossenen
bis zum halb offenen Zustand. Ferner beträgt die AGR-Rate gemäß einem in 13 gezeigten
Beispiel im Betriebsbereich I etwa 70 %, und das Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist
leicht mager.
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Mit
anderen Worten, der Öffnungsgrad
der Drosselklappe 16 und des AGR-Steuerventils 23 wird so
gesteuert, dass im Betriebsbereich I die AGR-Rate etwa 70 % beträgt und das
Luft-Kraftstoff-Verhältnis leicht
mager ist. Dabei wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis durch Änderung
eines Öffnungsgrades
des AGR-Steuerventils 23 auf Grundlage eines Ausgangssignals
des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 21 so
gesteuert, dass ein Zielwert eines mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnisses
erreicht wird. Ferner erfolgt die Kraftstoffeinspritzung im Betriebsbereich
I vor dem oberen Totpunkt oT während
des Verdichtungstaktes. Dabei wird der Einspritzstartzeitpunkt θS bei steigender
Lastanforderung L verzögert. Gleichzeitig
wird auch der Einspritzendzeitpunkt θE im gleichen Maße wie der
Einspritzstartzeitpunkt θS verzögert.
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Im
Leerlauf werden die Drosselklappe 16 und das AGR-Steuerventil 23 fast
ganz geschlossen. Wenn die Drosselklappe 16 fast ganz geschlossen wird,
geht der Druck in der Verbrennungskammer 5 zu Beginn des
Verdichtungstaktes zurück.
Dadurch sinkt auch der Kompressionsdruck. Wenn der Kompressionsdruck
sinkt, verringert sich die durch den Kolben 4 geleistete
Verdichtungsarbeit, sodass die Schwingungen des Motorkörpers 1 abnehmen.
Mit anderen Worten, im Leerlauf wird die Drosselklappe 16 fast
ganz geschlossen, um die Schwingungen des Motorkörpers 1 zu reduzieren.
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Wenn
der Motor hingegen vom Betriebsbereich I zum Betriebsbereich I wechselt,
wird der Öffnungsgrad
der Drosselklappe 16 schrittweise vom halb offenen bis
zum ganz geöffneten
Zustand erhöht.
Gemäß dem in 13 gezeigten
Beispiel wird dann die AGR-Rate schrittweise von etwa 70 % auf 40
% oder weniger gesenkt und das Luft-Kraftstoff-Verhältnis schrittweise
erhöht.
Da also die AGR-Rate über
einen Bereich hinaus erhöht
wird, in welchem große
Rauchmengen erzeugt werden (9), besteht
während
des Wechsels des Motors vom Betriebsbereich I zum Betriebsbereich
II keine Möglichkeit,
dass große
Rauchmengen erzeugt werden.
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Im
Betriebsbereich II verläuft
die herkömmliche
Verbrennung. Während
der herkömmlichen
Verbrennung ist der thermische Wirkungsgrad höher als bei der Niedertemperaturverbrennung,
obwohl eine geringe Menge Ruß und
NOx erzeugt wird. Demzufolge wird die Einspritzmenge schrittweise
verringert, wenn der Motor vom Betriebsbereich I zum Betriebsbereich
II wechselt.
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Abgesehen
von einigen Sonderfällen
bleibt die Drosselklappe 16 im Betriebsbereich II ganz
geöffnet,
und der Öffnungsgrad
des AGR-Steuerventils 23 wird bei zunehmender Lastanforderung
L allmählich
verringert. Im Betriebsbereich II nehmen mit zu nehmender Lastanforderung
L die AGR-Rate und das Luft-Kraftstoff-Verhältnis ab.
Das Luft-Kraftstoff-Verhältnis
bleibt jedoch mager, selbst wenn die Lastanforderung L zunimmt.
Ferner liegt der Einspritzstartzeitpunkt θS während des Verdichtungstaktes
in der Nähe
des oberen Totpunktes oT.
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14 zeigt
ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis L/K
im Betriebsbereich I. Die Kurven in 14 zeigen
die Fälle,
in denen das Luft-Kraftstoff-Verhältnis L/K = 15,5, L/K = 16,
L/K = 17 bzw. L/K = 18 beträgt. Die
Luft-Kraftstoff-Verhältnisse
zwischen diesen Kurven erhält
man durch lineare Interpolation. Im Betriebsbereich I ist das Luft-Kraftstoff-Verhältnis mager.
Mit abnehmender Lastanforderung L verschiebt sich das Luft-Kraftstoff-Verhältnis L/K
weiter zur mageren Seite.
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Mit
anderen Worten, bei abnehmender Lastanforderung L nimmt die durch
die Verbrennung freigesetzte Wärmemenge
ab. Demzufolge kann man bei abnehmender Lastanforderung L die Niedertemperaturverbrennung
leichter durchführen,
obwohl die AGR-Rate
verringert wurde. Bei kleinerer AGR-Rate steigt das Luft-Kraftstoff-Verhältnis an. Deshalb
steigt das Luft-Kraftstoff-Verhältnis L/K
in 14 bei abnehmender Lastanforderung L an. Je stärker das
Luft-Kraftstoff-Verhältnis
L/K ansteigt, desto stärker
geht der Kraftstoffverbrauch zurück. Das
Luft-Kraftstoff-Verhältnis
L/K wird somit gemäß der vorliegenden
Ausführungsart
bei abnehmender Lastanforderung L angehoben, um das Luft-Kraftstoff-Verhältnis so
mager wie möglich
zu gestalten.
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Der
zum Einstellen des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses auf einen in 14 gezeigten
Zielwert des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses
erforderliche Zielöffnungsgrad
ST der Drosselklappe 16 wird zuvor in Form einer Tabelle
gemäß 15A als Funktion der Lastanforderung L und der
Motordrehzahl N im ROM 32 gespeichert. Ferner wird der
zum Einstellen eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses
auf den Zielwert des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses
erforderliche Zielöffnungsgrad
SE des AGR-Steuerventils 23 zuvor in Form einer Tabelle
gemäß 15B als Funktion der Lastanforderung L und der
Motordrehzahl N im ROM 32 gespeichert.
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16 zeigt
einen Zielwert des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses
im zweiten Verbrennungsmodus, also wenn die herkömmliche Verbrennung durchgeführt wird.
Die Kurven in 16 zeigen die Fälle, in welchen
das Luft-Kraftstoff-Verhältnis L/K
= 24, L/K = 35, L/K = 45 bzw. L/K = 60 beträgt. Der Zielöffnungsgrad
ST der Drossellappe 16 und der Zielöffnungsgrad SE des AGR-Steuerventils 23 werden
zuvor in Form einer Tabelle gemäß 15A und 15B als Funktion
der Lastanforderung L und der Motordrehzahl N im ROM 32 gespeichert.
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Der
im Gehäuse 20 untergebrachte
NOx-Absorber 19 von 1 besteht
aus einem Trägermaterial
wie beispielsweise Aluminiumoxid. Auf dieses Trägermaterial sind ein Alkalimetall
wie beispielsweise Kalium (K), Natrium (Na), Lithium (Li) oder Cäsium (Cs),
ein Erdalkalimetall wie beispielsweise Barium (Ba) oder Calcium
(Ca), mindestens ein Seltenerdmetall wie beispielsweise Lanthan
(La) oder Yttrium (Y) und ein Edelmetall wie beispielsweise Platin
(Pt) aufgebracht. Das Verhältnis
zwischen der Luft und dem Kraftstoff (Kohlenwasserstoff), die in
die Ansaugleitung des Motors, die Verbrennungskammer 5 und
die Abgasleitung vor dem NOx-Absorber 19 eingeleitet wurden,
wird als Luft-Kraftstoff-Verhältnis
des in den NOx-Absorber 19 strömenden Abgases
bezeichnet. wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des
einströmenden
Abgases mager ist, absorbiert der NOx-Absorber 19 das NOx.
Wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des
einströmenden
Abgases fett oder stöchiometrisch
ist, setzt der NOx-Absorber 19 das in ihm absorbierte NOx
wieder frei.
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Der
in der Abgasleitung des Motors angeordnete NOx-Absorber 19 führt die
Funktionen der NOx-Absorption und -Freisetzung aus. Der genaue Mechanismus
der Funktionen der NOx-Absorption und -Freisetzung sind jedoch nicht
vollständig
geklärt.
Es wird jedoch davon ausgegangen, dass diese Funktionen der NOx-Absorption und -Freisetzung
bei dem in 17A und 17B gezeigten
Mechanismus ausgeführt
werden. Dieser Mechanismus wird im Folgenden anhand eines Beispiels
erläutert,
bei welchem das Trägermaterial
mit Platin (Pt) und Barium (Ba) beschichtet ist. Allerdings läuft ein ähnlicher Mechanismus
ab, wenn man ein anderes Edelmetall, Alkalimetall, Erdalkalimetall
oder Seltenerdmetall verwendet.
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Bei
dem in 1 gezeigten Selbstzünder-Verbrennungsmotor verläuft die
Verbrennung normalerweise bei einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis. Während dieser
Verbrennung bei einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis weist
das Abgas eine hohe Sauerstoffkonzentration auf. Dabei lagert sich
gemäß 17A Sauerstoff O2 in Form
von O2 – oder O2– an
der Oberfläche
des Platins Pt an. Das im Abgas enthaltene NOx hingegen reagiert
an der Oberfläche
des Pt mit dem O2 – oder
O2– zu
NO2 (2NO + O2 → 2NO2). Dann wird ein Teil des erzeugten NO2 auf dem Pt oxidiert, im Absorber absorbiert,
verbindet sich gemäß 17A mit dem Bariumoxid (BaO) und verteilt sich
im Absorber in Form von Nitrationen NO3 –.
Auf diese Weise wird das NOx im NOx-Absorber 19 absorbiert.
Solange die Sauerstoffkonzentration im einströmenden Abgas hoch ist, wird
an der Oberfläche
des Pt NO2 erzeugt. Solange die Absorptionskapazität des NOx-Absorbers
noch nicht erschöpft
ist, wird in diesem NO2 absorbiert und ein
Nitration NO3 – erzeugt.
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Wenn
jedoch das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des
einströmenden
Abgases fett wird, sinkt die Sauerstoffkonzentration im einströmenden Abgas,
sodass die Menge des an der Oberfläche des Pt erzeugten NO2 abnimmt. Wenn die erzeugte NO2-Menge
zurückgegangen
ist, verläuft
die Reaktion in umgekehrter Richtung (NO3 – → NO2), und das im Absorber befindliche Nitration
NO3 – wird aus diesem in Form
von NO2 freigesetzt. In diesem Augenblick
reagiert das aus dem NOx-Absorber 19 freigesetzte NOx gemäß 17B mit einer großen Menge im einströmenden Abgas
enthaltener unverbrannter Kohlenwasserstoffe, und zwar CO, und wird
reduziert. Auf diese Weise gibt der Absorber das NO2 ständig ab, und
es verschwindet von der Oberfläche
des Pt. Wenn man also das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des einströmenden Abgases
fett macht, wird das NOx innerhalb kurzer Zeit vom NOx-Absorber 19 abgegeben. Da
das derart freigesetzte NOx reduziert wird, kann so kein NOx in
die Atmosphäre
abgegeben werden.
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Hierbei
wird das NOx auch bei einem stöchiometrischen
Luft-Kraftstoff-Verhältnis des
einströmenden
Abgases aus dem NOx-Absorber 19 freigesetzt.
Bei einem stöchiometrischen
Luft-Kraftstoff-Verhältnis des
einströmenden
Abgases wird das NOx jedoch nur allmählich aus dem NOx-Absorber 19 freigesetzt.
Daher dauert es dann relativ lange, bis das gesamte im NOx-Absorber 19 absorbierte
NOx freigesetzt wurde.
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Der
NOx-Absorber 19 enthält
gemäß dem obigen
Beispiel ein Edelmetall wie beispielsweise Pt und weist somit eine
Oxidationsfunktion auf. Andererseits wird gemäß der obigen Beschreibung kaum Ruß erzeugt,
wenn sich der Motor im Betriebsbereich I befindet und die Niedertemperaturverbrennung stattfindet.
Statt des Rußes
werden unverbrannte Kohlenwasserstoffe in Form einer Rußvorstufe
oder einer Vorform dieser Rußvorstufe
aus der Verbrennungskammer 5 ausgestoßen. Da der NOx-Absorber 19 jedoch
gemäß der obigen
Beschreibung die Oxidationsfunktion aufweist, werden die aus der
Verbrennungskammer 5 ausgestoßenen unverbrannten Kohlenwasserstoffe
in geeigneter Weise durch den NOx-Absorber 19 oxidiert.
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Man
muss allerdings anmerken, dass die NOx-Absorptionskapazität des NOx-Absorbers 19 begrenzt
ist. Daher muss das NOx aus dem NOx-Absorber 19 freigesetzt
werden, bevor dessen NOx-Absorptionskapazität erschöpft ist. Zu diesem Zweck muss
man die im NOx-Absorber 19 absorbierte NOx-Menge ungefähr ermitteln.
Zuvor wird gemäß der vorliegenden
Ausführungsart
die während
des ersten Verbrennungsmodus je Zeiteinheit absorbierte NOx-Menge
A als Funktion der Lastanforderung L und der Motordrehzahl N berechnet
und in Form einer Tabelle gemäß 18A gespeichert. Die während des zweiten Verbrennungsmodus
je Zeiteinheit absorbierte NOx-Menge B wird zuvor als Funktion der
Lastanforderung L und der Motordrehzahl N berechnet und in Form
einer Tabelle gemäß 18B gespeichert. Durch Multiplizieren dieser Absorptionsmengen
A und B kann man die Gesamtmenge ΣNOx des
im NOx-Absorber 19 absorbierten NOx ungefähr ermitteln.
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Bei
der vorliegenden Ausführungsart
wird aus dem NOx-Absorber 19 NOx freigesetzt, wenn die Gesamtmenge ΣNOx des absorbierten
NOx einen höchstzulässigen Wert
MAX überschreitet.
Das heißt,
wenn die Gesamtmenge ΣNOx
des absorbierten NOx während
der Niedertemperaturverbrennung den höchstzulässigen Wert MAX überschritten
hat, wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis der Verbrennungskammer 5 vorübergehend
fett gemacht, wodurch NOx aus dem NOx-Absorber 19 freigesetzt
wird. Gemäß der obigen
Beschreibung wird kaum Ruß erzeugt,
wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis während der
Niedertemperaturverbrennung fett gemacht wird.
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Wenn
hingegen die Gesamtmenge ΣNOx des
absorbierten NOx den höchstzulässigen Wert MAX
während
des zweiten Verbrennungsmodus überschritten
hat, wird gemäß 4 und 5 während des
geöffneten
Auslassventils 9 eine zusätzliche Kraftstoffmenge Qa
eingespritzt. Die zusätzliche Kraftstoffmenge
Qa ist so bemessen, dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des
in den NOx-Absorber 19 einströmenden Abgases
fett wird. Mit anderen Worten, nach der Einspritzung der zusätzlichen
Kraftstoffmenge Qa wird NOx aus dem NOx-Absorber 19 freigesetzt.
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19 zeigt
eine Routine zur Verarbeitung einer NOx-Freisetzungsmarkierung, die gesetzt
wird, wenn aus dem NOx-Absorber 19 NOx
freigesetzt wird. Diese Routine wird in Form von Unterbrechungen
in konstanten Zeitintervallen durchgeführt.
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Zuerst
wird in Schritt 100 ermittelt, ob eine Markierung I gesetzt
wurde, welche anzeigt, dass sich der Motor im Betriebsbereich I
befindet. Wenn die Markierung I gesetzt wurde, wenn sich also der Motor
im Betriebsbereich I befindet, geht der Prozess weiter zu Schritt 101,
wo aus der in 18A gezeigten Tabelle die je
Zeiteinheit absorbierte NOx-Menge A
berechnet wird. Dann wird A in Schritt 102 zur Gesamtmenge ΣNOx des absorbierten
NOx addiert. Dann 'wird
in Schritt 103 ermittelt, ob die Gesamtmenge ΣNOx des absorbierten
NOx den höchstzulässigen Wert
MAX überschritten
hat. Wenn ΣNOx > MAX ist, geht der
Prozess weiter zu Schritt 104, wo für eine bestimmte Zeitdauer
die NOx-Freisetzungsmarkierung gesetzt wird. Dann wird ΣNOx in Schritt 105 gleich
null gesetzt.
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Wenn
jedoch in Schritt 100 ermittelt wurde, dass die Markierung
I zurückgesetzt
wurde, dass sich der Motor also im Betriebsbereich I befindet, geht
der Prozess weiter zu Schritt 106, wo aus der in 18B gezeigten Tabelle die je Zeiteinheit absorbierte NOx-Menge
B berechnet wird. Dann wird B in Schritt 107 zur Gesamtmenge ΣNOx des absorbierten
NOx addiert. Dann wird in Schritt 108 ermittelt, ob die
Gesamtmenge ΣNOx
des absorbierten NOx den höchstzulässigen Wert
MAX überschritten
hat. Wenn ΣNOx > MAX ist, geht der
Prozess weiter zu Schritt 109, wo für eine bestimmte Zeitdauer
die NOx-Freisetzungsmarkierung
gesetzt wird. Dann wird ΣNOx
in Schritt 110 gleich null gesetzt.
-
Im
folgenden wird unter Bezug auf 20 die
Betriebssteuerung beschrieben.
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Zuerst
wird in Schritt 200 ermittelt, ob die Markierung I gesetzt
worden ist, welche anzeigt, dass sich der Motor im Betriebsbereich
I befindet. Wenn die Markierung I gesetzt worden ist, wenn sich
also der Motor im Betriebsbereich I befindet, geht der Prozess weiter
zu Schritt 201, um zu ermitteln, ob die Lastanforderung
L die erste Grenzlinie X(N) überschritten
hat. Wenn L ≤ X(N)
ist, geht der Prozess weiter zu Schritt 203, wo die Niedertemperaturverbrennung
durchgeführt
wird.
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In
Schritt 203 wird dann aus der in 15A gezeigten
Tabelle ein Zielöffnungsgrad
ST der Drosselklappe 16 berechnet und der Öffnungsgrad
der Drosselklappe 16 gleich diesem Zielöffnungsgrad ST gesetzt. Dann
wird in Schritt 204 aus der in 15B gezeigten
Tabelle ein Zielöffnungsgrad
SE des AGR-Steuerventils 23 berechnet
und der Öffnungsgrad
des AGR-Steuerventils 23 gleich
diesem Zielöffnungsgrad
SE gesetzt. Dann wird in Schritt 205 ermittelt, ob die
NOx-Freisetzungsmarkierung
gesetzt worden ist. Wenn die NOx-Freisetzungsmarkierung nicht
gesetzt worden ist, geht der Prozess weiter zu Schritt 206,
wo die Kraftstoffeinspritzung so durchgeführt wird, dass das in 14 gezeigte
Luft-Kraftstoff-Verhältnis erreicht
wird. In diesem Augenblick wird die Niedertemperaturverbrennung
mit einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis durchgeführt.
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Wenn
in Schritt 205 hingegen ermittelt wird, dass die NOx-Freisetzungsmarkierung
gesetzt worden ist, geht der Prozess weiter zu Schritt 207,
wo die Kraftstoffeinspritzung so durchgeführt wird, dass das mittlere
Luft-Kraftstoff-Verhältnis in
der Verbrennungskammer 5 fett ist. In diesem Augenblick
wird NOx aus dem NOx-Absorber 19 freigesetzt.
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Wenn
in Schritt 201 hingegen ermittelt wurde, dass L > X(N) ist, geht der
Prozess weiter zu Schritt 202, wo die Markierung I zurückgesetzt
wird. Dann geht der Prozess weiter zu Schritt 210, wo die zweite
Verbrennung durchgeführt
wird.
-
In
Schritt 210 wird aus der in 17A gezeigten
Tabelle ein Zielöffnungsgrad
ST der Drosselklappe 16 berechnet und der Öffnungsgrad
der Drosselklappe 16 gleich diesem Zielöffnungsgrad ST gesetzt. Dann
wird in Schritt 211 wird aus der in 17B gezeigten
Tabelle ein Zielöffnungsgrad
SE des AGR-Steuerventils 23 berechnet
und der Öffnungsgrad
des AGR-Steuerventils 23 gleich
diesem Zielöffnungsgrad
SE gesetzt. Dann wird in Schritt 212 ermittelt, ob die
NOx-Freisetzungsmarkierung
gesetzt worden ist. Wenn die NOx-Freisetzungsmarkierung
gesetzt wurde, geht der Prozess weiter zu Schritt 213,
wo die Kraftstoffeinspritzung so durchgeführt wird, dass das in 16 gezeigte
Luft-Kraftstoff-Verhältnis
erreicht wird. Zu diesem Zeitpunkt wird die zweite Verbrennung mit
einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis durchgeführt.
-
Wenn
in Schritt 212 jedoch ermittelt wurde, dass die NOx-Freisetzungsmarkierung
gesetzt worden ist, geht der Prozess weiter zu Schritt 214,
wo zunächst
die Haupteinspritzung Qm (5) durchgeführt wird,
sodass das in 16 gezeigte Luft-Kraftstoff-Verhältnis erreicht
und folglich der zweite Verbrennungsmodus mit einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis durchgeführt wird.
Dann wird gemäß 4 und 5 eine
zusätzliche
Kraftstoffmenge Qa bei geöffnetem
Auslassventil 9 eingespritzt, sodass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des
in den NOx-Absorber 19 einströmenden Abgases fett wird. Dadurch
kommt es zur Freisetzung von NOx aus dem NOx-Absorber 19.
-
4 zeigt,
dass ein Teil der während
des geöffneten
Auslassventils 9 eingespritzten zusätzlichen Kraftstoffmenge auf
die Rückenfläche des
abgestuften Teils des Auslassventils 9 trifft, von dort
zurückprallt
und in die Auslassöffnung 10 gelangt.
Dadurch kann man erreichen, dass die an einer Innenwandfläche einer
Zylinderbohrung haftende Menge des eingespritzten Kraftstoffs verringert
wird. Somit wird es möglich,
die Entstehung unverbrannter Kohlenwasserstoffe zu unterbinden und
die Verdünnung des
Schmieröls
durch den anhaftenden Kraftstoff zu verhindern.
-
Wenn
die Markierung I zurückgesetzt
war, durchläuft
der Prozess während
des folgenden Prozesszyklus die Schritte 200 bis 208,
in welchem ermittelt wird, ob die Lastanforderung L kleiner als
die zweite Grenzlinie Y(N) ist. Wenn L ≥ Y(N) ist, geht der Prozess weiter
zu Schritt 210, wo die zweite Verbrennung mit einem mageren
Luft-Kraftstoff-Verhältnis durchgeführt wird.
-
Wenn
in Schritt 208 jedoch ermittelt wird, dass L < Y(N) ist, geht
der Prozess weiter zu Schritt 209, wo die Markierung I gesetzt
wird. Dann geht der Prozess weiter zu Schritt 203, wo die
Niedertemperaturverbrennung durchgeführt wird.
-
Bei
der oben erwähnten
Ausführungsart kann
gemäß 21 ein
Katalysator 50 mit Oxidationsfunktion wie beispielsweise
ein Oxidationskatalysator oder ein Dreiwegekatalysator in die Abgasleitung
vor dem NOx-Absorber 19 eingebaut sein.
-
Außerdem ist,
wie in 22 und 23 gezeigt,
in der oberen Fläche
des Kolbens 4 eine im Allgemeinen kugelförmige Aussparung 5b gebildet. Weiterhin
ist in der oberen Fläche
des Kolbens 4 eine Führungsrille 5 gebildet,
welche tangential mit einer inneren Umfangsfläche der Aussparung 5b verbunden
ist und sich unter einem der Auslassventile 9 erstreckt.
Ferner ist das Kraftstoffeinspritzventil 6 zwischen einem
Paar Auslassventilen 9 und um die Innenwandfläche des
Zylinderkopfes herum oberhalb eines äußeren Endteils der Führungsrille 5c angeordnet.
Das Kraftstoffeinspritzventil 6 hat eine Düsenöffnung,
durch welche der Kraftstoff F eingespritzt wird. Der so eingespritzte
Kraftstoff F gelangt durch die Führungsrille 5c und
trifft tangential auf die innere Umfangsfläche des Aussparung 5b.
Zu diesem Zeitpunkt ist die innere Umfangsfläche der Aussparung 5b mit
einem dünnen
Kraftstofffilm bedeckt, der sich nach und nach ausbreitet und die
Verbrennung auslöst.
-
22 und 23 zeigen,
dass sich der Kraftstoffnebel F an der Unterseite des Auslassventils 9 entlang
ausbreitet. Wenn also zusätzlicher Kraftstoff
nach dem Öffnen
des Auslassventils 9 eingespritzt wird, trifft gemäß 24 der
gesamte Kraftstoffnebel F auf die Rückfläche des abgestuften Teils des
Auslassventils 9, prallt von dort zurück und strömt in die Auslassöffnung 10.
Dadurch kommt es kaum dazu, dass der zu sätzlich eingespritzte Kraftstoff
Qa an der Innenwandfläche
der Zylinderbohrung anhaftet.
-
Die
in 5 gezeigte Beziehung zwischen den Anhebungsbeträgen des
Einlass- und des Auslassventils und der Kraftstoffeinspritzung kann
in eine Beziehung gemäß 25 umgesetzt
werden. Wenn in diesem Fall während
des zweiten Verbrennungsmodus NOx aus dem NOx-Absorber 19 freigesetzt werden
soll, wird während
der zweiten Hälfte
eines Arbeitstaktes zusätzlicher
Kraftstoff Qa eingespritzt, was in 25 als
durchgezogene Linie dargestellt ist. Alternativ wird zusätzlicher
Kraftstoff Qa eingespritzt, wenn der Anhebungsbetrag des Auslassventils 9 klein
ist und daher der eingespritzte Kraftstoff nicht auf das Auslassventil 9 trifft.
-
Im
Folgenden wird eine zweite Ausführungsart
der vorliegenden Erfindung beschrieben.
-
26 zeigt
die zweite Ausführungsart
der vorliegenden Erfindung. In 26 und 1 werden gleich
Komponenten durch gleiche Bezugsnummern bezeichnet.
-
Bei
der zweiten Ausführungsart
ist ein Druckausgleichsbehälter 12 über eine
Ansaugleitung und eine Kühlvorrichtung 44 mit
einem Ausgang eines Verdichters 46 oder einer Ladevorrichtung
wie beispielsweise eines Abgasturboladers 45 verbunden. Ein
Eingang des Verdichters 46 ist über eine Ansaugleitung 47 mit
einem Luftfilter 48 verbunden. In die Ansaugleitung 47 ist
eine durch einen Schrittmotor 19 angetriebene Drosselklappe 16 eingebaut.
-
Andererseits
ist der Ausgang 10 über
den Abgaskrümmer 17 und
die Abgasleitung 18 mit einem Eingang einer Abgasturbine 53 des
Abgasturboladers 45 verbunden. Ein Ausgang der Abgastur bine 53 ist über eine
Abgasleitung 54 mit einer katalytischen Umwandlungsvorrichtung 56 verbunden.
Diese enthält
einen Katalysator 55 mit Oxidationsfunktion.
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Eine
Abgasleitung 58, welche mit einem Ausgang der katalytischen
Umwandlungsvorrichtung 56 in Verbindung steht, und die
Luftansaugleitung nach der Drosselklappe 16 sind über die
AGR-Leitung 22 miteinander verbunden. In die AGR-Leitung 22 ist das
durch einen Schrittmotor 60 angetriebene AGR-Steuerventil 23 eingebaut.
-
Ferner
ist oberhalb der Drosselklappe 16 ein Massendurchsatzmeter 67 zum
Messen der Masse der Ansaugluft in die Luftansaugleitung 47 eingebaut. Ein
Ausgangssignal des Massendurchsatzmeter 67 wird über den
entsprechenden A/D-Umsetzer 37 in den Eingang 35 der
ECU 30 eingegeben. Weiterhin wird ein aus einem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 43 ausgegebener
Ausgangsimpuls in den Eingang der ECU 30 eingegeben, der
die Fahrzeuggeschwindigkeit anzeigt.
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Die
Luftansaugleitung 47 nach der Drosselklappe 16 ist über eine
Unterdruckleitung 81 mit einem Bremskraftverstärker 80 verbunden.
Der Bremskraftverstärker 80 ist
gemäß 27 mit
einem Druckkolben 83, einer zu beiden Seiten des Druckkolbens 83 gebildeten
ersten und zweiten Kammer 84 bzw. 85, einem mit
einem Stempel 86 ausgerüsteten
Betätigungsstift 87 und
einem Steuerventil 88 ausgestattet. Am Druckkolben 83 ist
ein Stößel 89 befestigt, welcher
einen Hauptzylinder 70 zur Erzeugung eines Bremsflüssigkeitsdrucks
betätigt.
Ferner steht der Betätigungsstift 87 mit
einem Bremspedal 71 in Verbindung.
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Die
Unterdruckleitung 81 steht mit der ersten Kammer 84 in
Verbindung. In die Unterdruckleitung 81 ist ein Rückschlagventil 82 eingebaut,
welches die Luft nur von der ersten Kam mer in die Luftansaugleitung 47 strömen lässt. Wenn
in der Luftansaugleitung 47 ein Unterdruck erzeugt wird,
welcher größer ist
als der Unterdruck in der ersten Kammer 84, öffnet das Rückschlagventil 82.
Auf diese Weise wird in der ersten Kammer 84 der größtmögliche in
der Luftansaugleitung 47 erzeugte Unterdruck aufrechterhalten.
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27 zeigt,
dass die erste Kammer 84 und die zweite Kammer 85 beim
Loslassen des Bremspedals 71 über ein Paar Verbindungskanäle 72 und 73 miteinander
in Verbindung stehen. Dadurch entstehen in der ersten Kammer 84 und
der zweiten Kammer 85 unterschiedliche Drücke. Wenn
das Bremspedal 71 getreten wird, bewegt sich das Steuerventil 88 gemeinsam
mit dem Betätigungsstift 87 nach links.
Dadurch wird der Verbindungskanal 72 durch das Steuerventil 88 gesperrt.
Damit sich der Stempel 86 vom Steuerventil 88 trennt,
wird die zweite Kammer 85 über einen Atmosphärenverbindungskanal 74 zur
Atmosphäre
hin geöffnet,
sodass die zweite Kammer 85 unter Atmosphärendruck
steht. Folglich kommt es zwischen der ersten Kammer 84 und
der zweiten Kammer 85 zu einem Druckunterschied. Dieser
Druckunterschied verschiebt den Druckkolben 83 nach links.
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Beim
Loslassen des Bremspedals 71 jedoch werden der Atmosphärenverbindungskanal 74 durch den
Stempel 86 verschlossen und die entsprechenden Verbindungskanäle 72 und 73 geöffnet. Dadurch treten
die erste Kammer 84 und die zweite Kammer 85 wieder
in Verbindung miteinander. In den Bremskraftverstärker 80 ist
ein Drucksensor 75 zur Messung eines Absolutdrucks in der
ersten Kammer 84 eingebaut. Ein Ausgangssignal des Drucksensors 75 wird über den
entsprechenden A/D-Umsetzer 37 in den Eingang 35 eingegeben.
-
Dabei
ist zu beachten, dass als Katalysator 55 ein Oxidationskatalysator
oder der NOx-Absorber der ersten Ausführungsart verwendet werden
kann.
-
Mit
zunehmender Lastanforderung muss, wie unter Bezug auf 10 beschrieben
wurde, die AGR-Gasmenge erhöht
werden.
-
Bei
der vorliegenden Ausführungsart
hat jedoch die Gesamtmenge des Gases, das in die Verbrennungskammer 5 eingelassen
werden kann, einen oberen Grenzwert Y, wenn keine Aufladung erfolgt.
Daher kann das Luft-Kraftstoff-Verhältnis in einem Bereich in 10 mit
einer Lastanforderung größer als
L0 nicht stöchiometrisch
bleiben, wenn der Anteil des AGR-Gases nicht entsprechend der zunehmenden
Lastanforderung verringert wird. Mit anderen Worten, wenn man versucht,
in einem Bereich mit einer Lastanforderung größer als L0 ohne Aufladung ein
stöchiometrisches
Luft-Kraftstoff-Verhältnis einzuhalten,
sinkt die AGR-Rate entsprechend der zunehmenden Lastanforderung.
Somit kann man in einem Bereich mit einer Lastanforderung größer als L0
die Temperatur des Kraftstoffs und des ihn umgebenden Gases nicht
mehr unterhalb einer Temperatur halten, bei welcher Ruß erzeugt
wird.
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Die
AGR-Rate kann in einem Bereich mit einer Lastanforderung größer als
L0 auf einem Wert von 55 % oder mehr, z.B. bei 70 %, gehalten werden, wenn
das AGR-Gas gemäß 26 über die RGR-Leitung 22 zu
einer Einlassseite des Laders, und zwar zur Luftansaugleitung 47 des
Abgasturboladers 45 zurückgeführt wird.
Außerdem
kann man die Temperatur des Kraftstoffs und des ihn umgebenden Gases
unterhalb einer Temperatur halten, bei welcher Ruß erzeugt
wird. Wenn man also das RGR-Gas wieder zurückführt, um die AGR-Rate in der
Luftansaugleitung 47 beispielsweise auf 70 % zu bringen,
wird das in den Verdichter 46 eingeleitete Gas komprimiert,
und die AGR-Rate er reicht den Wert von 70 %. Solange der Grenzwert
der Verdichtung durch den Verdichter 46 noch nicht erreicht
ist, kann man die Temperatur des Kraftstoffs und des ihn umgebenden
Gases unterhalb einer Temperatur halten, bei welcher Ruß erzeugt
wird. Dadurch kann man den Betriebsbereich des Motors erweitern,
in welchem die Niedertemperaturverbrennung durchgeführt werden
kann.
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Wenn
die AGR-Rate in einem Bereich mit einer Lastanforderung größer als
L0 auf einen Wert von 55 % oder höher gesetzt wird, ist das AGR-Steuerventil
ganz geöffnet
und die Drosselklappe 16 ein wenig geschlossen.
-
Bei
der oben erwähnten
ersten Ausführungsart
wird anhand der Beziehung zwischen der Lastanforderung und der ersten
Grenzlinie X(N) oder der zweiten Grenzlinie Y(N) ermittelt, ob ein
Wechsel zwischen dem Betriebsbereich I und dem Betriebsbereich II
gemäß 11 erfolgt
ist. Gemäß der vorliegenden
Ausführungsart
wird diese Ermittlung jedoch nicht anhand der Lastanforderung L,
sondern anhand der Drehmomentanforderung TQ vorgenommen.
-
28A zeigt eine Beziehung zwischen der Drehmomentanforderung
TQ, der Lastanforderung L (d.h. dem Auslenkungsbetrag des Gaspedals 40) und
der Motordrehzahl N. Die einzelnen Kurven in 28A sind
Kurven mit konstantem Drehmoment. Die Kurve TQ = 0 zeigt, dass das
Drehmoment gleich null ist. Die anderen Kurven zeigen, dass das
Drehmoment in der Reihenfolge TQ = a, TQ = b, TQ = c und TQ = d
allmählich
ansteigt. Die in 28A gezeigte Drehmomentanforderung
TQ wird zuvor als Funktion des Auslenkungsbetrages L des Gaspedals 20 und
der Motordrehzahl N in Form einer Tabelle in 28B im
ROM 32 gespeichert. Bei der vorliegenden Ausführungsart
wird zuerst aus der in 28B gezeigten
Tabelle eine der Lastanforde rung L und der Motordrehzahl entsprechende
Drehmomentanforderung TQ berechnet. Auf Grundlage der Drehmomentanforderung
TQ wird eine Kraftstoffeinspritzmenge oder Ähnliches berechnet.
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Die
Beziehung zwischen der Drehmomentanforderung TQ und dem Zielwert
des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses
L/K ist mit der in 14 gezeigten Beziehung zwischen
der Lastanforderung L und dem Zielwert des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses
L/K identisch. Das heißt,
dass der Zielwert des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses
L/K im Betriebsbereich I entsprechend der erhöhten Drehmomentanforderung
TQ erhöht
wird.
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Die
Einspritzmenge Q im Betriebsbereich I wird zuvor als Funktion der
Drehmomentanforderung TQ und der Motordrehzahl N in Form einer in 29A gezeigten Tabelle im ROM 32 gespeichert. Auch
der Einspritzstartzeitpunkt θS
wird zuvor in Form einer in 29B gezeigten
Tabelle im ROM 32 gespeichert.
-
Ebenso
wie bei 15A und 15B werden
der Zielöffnungsgrad
STT der Drosselklappe 16 und der Zielöffnungsgrad SE des AGR-Steuerventils 23,
die zum Einstellen des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses
auf den in 14 gezeigten Zielwert erforderlich sind,
zuvor in Form der in 30A und 30B gezeigten
Tabellen im ROM 32 gespeichert.
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Bei
dem in 27 gezeigten Bremskraftverstärker 80 wird
die Bremskraft während
des Bremsvorgangs um so größer, je
größer der
absolute Druckunterschied zwischen der ersten Kammer 84 und
der zweiten Kammer 85 wird. Mit anderen Worten, wenn der
Absolutdruck in der ersten Kammer 84 kleiner und somit
der Unterdruck in dieser Kammer größer wird, nimmt die Bremskraft
während
des Bremsvorgangs zu. Um das Fahrzeug in geeigneter Weise abbremsen
zu können,
wird bei höherer
Fahrzeuggeschwindigkeit eine größere Bremskraft
benötigt.
Vorzugsweise sollte daher der Mindestwert des erforderlichen Unterdrucks
in der ersten Kammer 84 mit zunehmender Fahrzeuggeschwindigkeit
zunehmen. Deshalb wird gemäß der zweiten
Ausführungsart
ein Zielschwellenwert tP des Absolutdrucks in der ersten Kammer 84,
der mit zunehmender Fahrzeuggeschwindigkeit SP abnimmt, zuvor gemäß 31 gespeichert.
Dadurch wird verhindert, dass der Absolutdruck in der ersten Kammer 84 den
Zielschwellenwert tP überschreitet.
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Beim
Durchführen
der in der ersten Ausführungsart
beschriebenen Niedertemperaturverbrennung im Leerlauf werden die
Drosselklappe 16 und das AGR-Steuerventil 23 fast
ganz geschlossen. Zu diesem Zeitpunkt wird in der Luftansaugleitung 47 nach
der Drosselklappe 16 ein Unterdruck erzeugt. Wenn die Drehmomentanforderung
TQ klein ist, obwohl kein Leerlaufbetrieb vorliegt, ist der jeweilige Öffnungsgrad
der Drosselklappe 16 und des AGR-Steuerventils 23 klein,
wie bei dem in 13 gezeigten Fall mit geringer
Lastanforderung L gezeigt ist. Auch in diesem Fall entsteht somit
in der Luftansaugleitung 47 nach der Drosselklappe 16 ein Unterdruck.
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Bei
der zweiten Ausführungsart
wird beim Abbremsen des Fahrzeugs die Kraftstoffeinspritzung unterbrochen
und die Drosselklappe 16 ganz geschlossen. Wenn die Drosselklappe 16 ganz
geschlossen ist, steigt der Unterdruck in der Luftansaugleitung 47 nach
der Drosselklappe 16 und in der Verbrennungskammer 5 so
stark an, dass es problematisch wird. Das heißt, das zwischen dem Kolben 4 und
der Innenwandfläche
der Zylinderbohrung befindliche Schmieröl wird in die Verbrennungskammer 5 eingesaugt.
Um ein solches Problem durch geringfügige Verringerung des Unterdrucks
in der Verbrennungskammer 5 zu vermeiden, wird das AGR-Steuerventil 23 bei
ganz geschlossener Drosselklappe 16 geöffnet und bei einem vorgegebenen Öffnungsgrad belassen.
Zu diesem Zeitpunkt wird ein starker Un terdruck in der Luftansaugleitung 47 nach
der Drosselklappe erzeugt.
-
Auf
diese weise wird bei der vorliegenden Ausführungsart auch bei kleiner
Drehmomentanforderung TQ in der Luftansaugleitung 47 nach
der Drosselklappe 16 ein starker Unterdruck erzeugt. Auch
bei Beschleunigung des Fahrzeugs wird in der Luftansaugleitung 47 nach
der Drosselklappe 16 ein starker Unterdruck erzeugt. Deshalb
ist der Absolutdruck in der ersten Kammer 84 des Bremskraftverstärkers 80 normalerweise
wesentlich niedriger als der in 31 gezeigte
Zielschwellenwert tP. Allerdings kann aus bestimmten Gründen der
Absolutdruck in der ersten Kammer 84 den Zielschwellenwert
tP erreichen oder überschreiten.
-
Wenn
angesichts dessen der Absolutdruck in der ersten Kammer 84 des
Bremskraftverstärkers 80 gemäß der vorliegenden
Erfindung über
den Zielschwellenwert tP angestiegen ist, wird die Drosselklappe 16 oder
das AGR-Steuerventil 23 während der Niedertemperaturverbrennung
allmählich
geöffnet.
Bei geöffneter
Drosselklappe 16 sinkt nämlich der Absolutdruck in der
Luftansaugleitung 47 nach der Drosselklappe 16. Übrigens
sinkt der Absolutdruck in der Luftansaugleitung 47 nach
der Drosselklappe 16 auch, wenn das AGR-Steuerventil 23 geöffnet wird.
Somit kann der Absolutdruck in der ersten Kammer 84 durch Öffnen der
Drosselklappe 16 oder des AGR-Steuerventils 23 verringert
werden.
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Genauer
gesagt, wenn der Absolutdruck in der ersten Kammer 84 des
Bremskraftverstärkers 80 den
Zielschwellenwert tP überschreitet,
wird zuerst die Drosselklappe 16 allmählich geöffnet. Wenn die Drosselklappe 16 geschlossen
wird, wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis allmählich kleiner. Wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis einen
vorgegebenen Wert erreicht hat, wenn es zum Beispiel stöchiometrisch
ist, wird das AGR-Steuerventil 23 allmählich geöffnet.
-
Die
AGR-Rate wirkt sich nämlich
stark auf die Niedertemperaturverbrennung aus. Dabei reagiert die
AGR-Rate nicht so stark auf die Änderung des Öffnungsgrades
der Drosselklappe 16 wie auf die Änderung des Öffnungsgrades
des AGR-Steuerventils 23.
Außerdem
sinkt dann der Absolutdruck in der Luftansaugleitung 47 nach
der Drosselklappe 16 stark. Somit wird die Drosselklappe 16 gemäß der vorliegenden
Ausführungsart
vor dem AGR-Steuerventil 23 geöffnet. Wenn das AGR-Steuerventil 23 geöffnet wird
und die AGR-Rate abnimmt, wird der optimale Einspritzzeitpunkt verzögert. Daher
wird der Einspritzstartzeitpunkt verzögert, wenn das AGR-Steuerventil 23 geschlossen
wird.
-
Im
Folgenden wird unter Bezug auf 32 eine
Routine zur Verarbeitung einer Einspritzstoppmarkierung zum Unterbrechen
der Kraftstoffeinspritzung beschrieben.
-
Zuerst
wird in Schritt 300 ermittelt, ob die Einspritzstoppmarkierung
gesetzt worden ist. Wenn die Einspritzstoppmarkierung nicht gesetzt
worden ist, geht der Prozess weiter zu Schritt 301, wo
ermittelt wird, ob die Lastanforderung L (der Auslenkungsbetrag
des Gaspedals) gleich null ist. Wenn L = 0 ist, geht der Prozess
weiter zu Schritt 302, in welchem ermittelt wird, ob die
Motordrehzahl N einen bestimmten Wert wie beispielsweise 1300 U/min überschreitet.
Wenn N > 1300 U/min
ist, geht der Prozess weiter zu Schritt 303. Das heißt, bei
L = 0 und N > 1300 U/min
wird festgestellt, dass das Fahrzeug verlangsamt wird. Dann geht
der Prozess weiter zu Schritt 303, wo die Einspritzstoppmarkierung
gesetzt wird.
-
Wenn
die Einspritzstoppmarkierung gesetzt worden ist, geht der Prozess
von Schritt 300 weiter zu Schritt 304 und ermittelt
dort, ob die Lastanforderung L gleich null ist. Wenn L = 0 ist,
geht der Prozess weiter zu Schritt 305 und ermittelt dort,
ob die Motordrehzahl N unter einen bestimmten Wert wie beispielsweise
900 U/min gesunken ist. Wenn N < 900 U/min
ist, geht der Prozess weiter zu Schritt 306, wo die Einspritzstoppmarkierung
gesetzt wird. Wird in Schritt 304 hingegen festgestellt,
dass L = 0 ist, geht der Prozess weiter zu Schritt 306 und
setzt dort die Einspritzstoppmarkierung zurück.
-
Im
Folgenden wird nun die Betriebssteuerung unter Bezug auf 33 und 34 beschrieben.
-
Zuerst
wird in Schritt 400 ermittelt, ob die Markierung I zur
Anzeige des Betriebsbereichs I des Motors gesetzt worden ist. Wenn
die Markierung I gesetzt worden ist, wenn sich also der Motor im
Betriebsbereich I befindet, geht der Prozess weiter zu Schritt 401 und
ermittelt dort, ob die Drehmomentanforderung die erste Grenzlinie
X(N) überschritten
hat. Wenn TQ ≤ X(N)
ist, geht der Prozess weiter zu Schritt 403 und bestimmt
dort, ob die Einspritzstoppmarkierung gesetzt worden ist. wenn die
Einspritzstoppmarkierung nicht gesetzt worden ist, geht der Prozess
weiter zu Schritt 404 und führt die Niedertemperaturverbrennung
durch.
-
In
Schritt 404 wird nämlich
aus der in 30A gezeigten Tabelle ein Zielöffnungsgrad
ST der Drosselklappe 16 berechnet. Dann wird in Schritt 405 aus
der in 30B ein Zielöffnungsgrad des AGR-Steuerventils 23 berechnet.
Dann wird in Schritt 406 aus der in 29A eine
Einspritzmenge Q und aus der in 29B ein
Einspritzstartzeitpunkt θS
berechnet. Dann wird in Schritt 407 anhand einer durch den
Fahrzeugge schwindigkeitssensor 43 ermittelten Fahrzeuggeschwindigkeit
aus der in 31 gezeigten Beziehung ein Zielschwellenwert
tP in der ersten Kammer 84 des Bremskraftverstärkers 80 berechnet. Dann
wird in Schritt 408 ermittelt, ob der durch den Drucksensor 75 gemessene
Absolutdruck P in der ersten Kammer 84 den Zielschwellenwert
tP überschreitet.
Wenn P ≤ tP
ist, geht der Prozess weiter zu Schritt 409 und setzt die
entsprechenden Korrekturwerte ΔST, ΔSE und ΔθS gleich
null.
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Wenn
in Schritt 408 hingegen ermittelt wird, dass P > tP ist, geht der Prozess
weiter zu Schritt 401 und berechnet aus der durch den Massendurchflussmesser 67 gemessenen
Massendurchflussrate der Ansaugluft sowie der Einspritzmenge Q ein
momentanes Luft-Kraftstoff-Verhältnis.
Dann wird in Schritt 411 ermittelt, ob das momentane Luft-Kraftstoff-Verhältnis L/K
größer als
14,6 ist. Wenn das momentane Luft-Kraftstoff-Verhältnis ≥ 14,6 ist,
geht der Prozess weiter zu Schritt 412 und zieht von Korrekturwert ΔST für den Zielöffnungsgrad
der Drosselklappe 16 einen konstanten Wert α ab. Dann
wird in Schritt 413 durch Addieren des Korrekturwertes ΔST zum Zielöffnungsgrad
ST der Drosselklappe r ein endgültiger Zielöffnungsgrad
ST (= ST + ΔST)
berechnet. Daraufhin wird die Drosselklappe 16 allmählich geschlossen,
wenn das momentane Luft-Kraftstoff-Verhältnis > 14,6 ist.
-
Wenn
jedoch das Luft-Kraftstoff-Verhältnis L/K ≤ 14,6 ist,
geht der Prozess weiter zu Schritt 414, um vom Korrekturwert ΔSE für den Zielöffnungsgrad des
AGR-Steuerventils 23 einen konstanten Wert β abzuziehen.
Dann wird in Schritt 415 durch Addieren des Korrekturwertes ΔSE zum Zielöffnungsgrad
SE des AGR-Steuerventils 23 ein endgültiger Zielöffnungsgrad SE (= SE + ΔSE) berechnet.
Dann wird in Schritt 416 vom Zielwert des Einspritzstartzeitpunktes θS ein konstanter
wert γ abge zogen.
Dann wird in Schritt 417 durch Addieren des Korrekturwertes ΔθS zum Zielwert
des Einspritzstartzeitpunktes θS
ein endgültiger
Zielwert des Einspritzstartzeitpunktes θS (= θS + ΔθS) berechnet. Wenn also das
momentane Luft-Kraftstoff-Verhältnis ≤ 14,6 ist,
wird das AGR-Steuerventil 23 allmählich geschlossen und der Einspritzstartzeitpunkt θS allmählich verzögert.
-
Wenn
jedoch in Schritt 410 ermittelt wird, dass TQ > X(N) ist, geht der
Prozess weiter zu Schritt 401, um die Markierung I zu setzten.
Dann geht der Prozess weiter zu Schritt 420, und die zweite
Verbrennung wird durchgeführt.
-
Dort,
in Schritt 420, wird aus der in 30A gezeigten
Tabelle ein Zielöffnungsgrad
ST der Drosselklappe 16 berechnet. Dann wird in Schritt 421 aus der
in 30B gezeigten Tabelle ein Zielöffnungsgrad SE des AGR-Steuerventils 23 berechnet.
Dann wird in schritt 422 aus der in 29A eine
Einspritzmenge Q und aus der in 29B gezeigten
Tabelle ein Einspritzstartzeitpunkt θS berechnet.
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Wenn
die Markierung I zurückgesetzt
worden ist, geht der Prozess im folgenden Zyklus von Schritt 400 weiter
zu Schritt 418 und ermittelt dort, ob das Drehmomentanforderung
TQ die zweite Grenzlinie Y(N) unterschritten hat. Wenn TQ ≥ Y(N) ist,
geht der Prozess weiter zu Schritt 420, um den zweiten Verbrennungsmodus
durchzuführen.
Wenn in Schritt 418 hingegen festgestellt wird, dass TQ < Y(N) ist, geht
der Prozess weiter zu Schritt 419 und setzt dort die Markierung
I. Dann geht der Prozess weiter zu Schritt 403.
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Wenn
in Schritt 403 ermittelt wird, dass die Einspritzstoppmarkierung
gesetzt worden ist, geht der Prozess weiter zu Schritt 423 und
setzt dort die Einspritzmenge Q gleich null. Dann wird in Schritt 424 der
Zielöffnungsgrad
der Drosselklappe 16 gleich null gesetzt. Das bedeutet,
dass die Drosselklappe 16 ganz geschlossen wird. Dann wird
in Schritt 425 der Zielöffnungsgrad
SE des AGR-Steuerventils 23 gleich einem vorgegebenen Öffnungsgrad
SE0 gesetzt.
-
Gemäß der Erfindung
wird ein Verbrennungsmotor (1) bereitgestellt, in welchem
wahlweise ein erster Verbrennungsmodus und ein zweiter Verbrennungsmodus
durchgeführt
wird. Während
des ersten Verbrennungsmodus enthält eine Verbrennungskammer
(5) eine AGR-Gasmenge, die größer ist als eine Menge, bei
welcher eine erzeugte Rußmenge
ihren Maximalwert erreicht, sodass kaum noch Ruß erzeugt wird. Während des
zweiten Verbrennungsmodus enthält
die Verbrennungskammer (5) eine AGR-Gasmenge, die kleiner
ist als diejenige Menge, bei welcher die erzeugte Rußmenge ihren Maximalwert
erreicht. In eine Motorabgasleitung (18) ist ein Schadstoffabsorber,
und zwar vorzugsweise ein NOx-Absorber, eingebaut. Zum Freisetzen
des NOx aus dem NOx-Absorber (19) während des ersten Verbrennungsmodus
wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis
in der Verbrennungskammer (5) fett gemacht. Während des
zweiten Verbrennungsmodus wird jedoch während der zweiten Hälfte eines
Arbeitstaktes oder während
eines Ausstoßtaktes
zusätzlicher Kraftstoff
(K) in die Verbrennungskammer eingespritzt.