DE69927445T2 - Steuerungssystem für eine Brennkraftmaschine - Google Patents

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Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • 1. Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Steuersystem für eine Brennkraftmaschine. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf ein Steuersystem für eine Brennkraftmaschine zum Zuführen von unwirksamem Kraftstoff, der nicht verbrannt wird, in die Brennkammer.
  • 2. Beschreibung des zugehörigen Stands der Technik
  • Es ist eine Technik zum Einstellen des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Abgases aus einer Kraftmaschine unabhängig von einem wirksamen Luft-Kraftstoff-Verhältnis der Kraftmaschine (Luft-/Kraftstoff-Verhältnis der Verbrennung in der Brennkammer) bekannt, bei der unwirksamer Kraftstoff zu der Kraftmaschine zugeführt wird, der keinen Beitrag zu der Verbrennung in der Brennkammer liefert. Zum Beispiel ist ein NOx-Okklusions- und Reduktionskatalysator in dem Auslasskanal der Kraftmaschine angeordnet, der bei einem mageren Luft-/Kraftstoff-Verhältnis betrieben wird, wobei der NOx-Okklusions- und Reduktionskatalysator NOx in dem Abgas absorbiert, wenn das Luft-/Kraftstoff-Verhältnis des einströmenden Abgases mager ist, und wobei er das absorbierte NOx durch Reduktion löst und reinigt, wenn das Luft-/Kraftstoff-Verhältnis in dem Abgas fett wird. In diesem Fall muss das Luft-/Kraftstoff-Verhältnis des in den NOx-Okklusions- und Reduktionskatalysator strömenden Abgases in regelmäßigen Intervallen fett festgelegt werden, und das NOx muss aus dem NOx-Okklusions- und Reduktionskatalysator gelöst werden, so dass der NOx-Okklusions- und Reduktionskatalysator nicht mit NOx gesättigt wird, wenn die Kraftmaschine bei einem mageren Luft-/Kraftstoff-Verhältnis betrieben wird. In einem derartigen Fall erhöht eine Änderung des wirksamen Luft-/Kraftstoff-Verhältnisses der Kraftmaschine von der mageren Seite zu der fetten Seite das Abgabedrehmoment der Kraftmaschine; d.h. eine Änderung des Luft-/Kraftstoff-Verhältnisses ändert das Drehmoment. Beim Zuführen von unwirksamen Kraftstoff, der keinen Beitrag zu der Verbrennung in der Brennkammer der Kraftmaschine leistet, d.h. der nicht in der Brennkammer der Kraftmaschine verbrennt, ist es daher möglich, ausschließlich das Luft-/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases unabhängig von den wirksamen Luft-/Kraftstoff-Verhältnis der Kraftmaschine in vorteilhafter Weise zu ändern. Bei einer Kraftmaschine mit direkteinspritzenden Kraftstoffeinspritzventilen zum direkten Einspritzen des Kraftstoffes in die Zylinder kann der unwirksamer Kraftstoff den Zylindern durch eine sekundäre Kraftstoffeinspritzung bei dem Expansionshub oder bei dem Auslasshub der Zylinder zugeführt werden. Bei einer Kraftmaschine mit Auslassanschluss-Kraftstoffeinspritzventilen zum Einspritzen des Kraftstoffes in den Auslassanschluss der Kraftmaschine kann des Weiteren der unwirksame Kraftstoff in die Auslassanschlüsse durch die Auslassanschlusskraftstoffeinspritzung zugeführt werden.
  • Der in die Zylinder während des Expansionshubs oder des Auslasshubs eingespritzte Kraftstoff oder der in den Auslassanschluss des Zylinders eingespritzte Kraftstoff wird verdampft, ohne dass er verbrannt wird, und er wird zusammen mit dem Abgas ausgelassen. Der zugeführte unwirksame Kraftstoff, der keinen Beitrag zu der Verbrennung in der Kraftmaschine liefert, aber die Menge der nicht verbrannten HC-Komponenten in dem Abgas aus der Kraftmaschine vermehren sich nämlich durch eine Menge des unwirksamen Kraftstoffes, der zugeführt wird, um ein fettes Luft-/Kraftstoff-Verhältnis einzurichten. Durch Zuführen des unwirksamen Kraftstoffes zu der Kraftmaschine ist es daher möglich, das Luft-/Kraftstoff-Verhältnis ausschließlich in dem Abgas aus der Kraftmaschine zu ändern, ohne dass das wirksame Luft-/Kraftstoff-Verhältnis der Kraftmaschine beeinträchtigt wird.
  • Eine Vorrichtung zum Zuführen des unwirksamen Kraftstoffes dieser Bauart ist zum Beispiel in der Japanischen Ungeprüften Patentoffenlegungsschrift (Kokai) JP-6-212961 offenbart.
  • Gemäß der Vorrichtung dieser Offenlegungsschrift ist ein NOx-Okklusions- und Reduktionskatalysator in dem Auslasskanal einer Dieselkraftmaschine angeordnet, um das NOx in dem Abgas zu absorbieren, wenn das Luft-/Kraftstoff-Verhältnis des einströmenden Abgases mager ist, und um das NOx zu lösen, wenn die Sauerstoffkonzentration in dem Abgas verringert wird, das einströmt. Unter normalen Bedingungen wird der Hauptkraftstoff in den Zylinder nahe dem oberen Todpunkt bei der Verdichtung des Zylinders der Kraftmaschine eingespritzt, und wenn das NOx aus dem NOx-Okklusions- und Reduktionskatalysator zu lösen ist, dann wird der sekundäre Kraftstoff während des Expansionshubs oder während des Auslasshubs der Kraftmaschine zusätzlich zum Einspritzen des Hauptkraftstoffes eingespritzt. Der in den Zylinder während des Expansions- oder Auslasshubs eingespritzte Kraftstoff hat keinen Beitrag zu der Verbrennung in dem Zylinder, d.h. er wird nicht in dem Zylinder verbrannt, und er wird dem verbrannten Gas mit einer hohen Temperatur in dem Zylinder ausgesetzt. Daher werden Kohlenwasserstoffe mit großen Molekurgewichten in dem Kraftstoff zu Kohlenwasserstoffen mit kleinen Molekulargewichten zerlegt. Daneben trägt der Kraftstoff, der bei der sekundären Kraftstoffeinspritzung zugeführt wird, nicht zu der Verbrennung bei, aber er wird einfach aus den Zylindern zusammen mit dem Abgas ausgelassen. Durch Zuführen des unwirksamen Kraftstoffes zu der Kraftmaschine ist es daher möglich, den Kraftstoff mit einer relativ großen Menge zum Einrichten eines fetten Luft-/Kraftstoff-Verhältnisses in dem Abgas einzuspritzen, ohne dass der Druck einer Verbrennung in dem Zylinder erhöht wird, und zwar selbst bei einer Dieselkraftmaschine. Gemäß der Vorrichtung der vorstehend genannten Offenlegungsschrift strömt das Abgas mit einem fetten Luft-/Kraftstoff-Verhältnis, das eine große Menge an Kohlenwasserstoffen mit niedrigen Molekulargewichten enthält, die hochaktiv sind, in den NOx-Okklusions- und Reduktionskatalysator in dem Auslasskanal, wenn der sekundäre Kraftstoff eingespritzt wird. Wenn der sekundäre Kraftstoff eingespritzt wird, dann wird daher das NOx, das absorbiert wurde, aus dem NOx-Okklusions- und Reduktionskatalysator gelöst und durch Reduktion mit Kohlenwasserstoffen in dem Abgas gereinigt.
  • Bei einer Kraftmaschine, die die sekundäre Kraftstoffeinspritzung so bewirkt, wie es bei der Vorrichtung der vorstehend genannten Offenlegungsschrift getan wird, wird jedoch der Kraftstoff, der durch die sekundäre Kraftstoffeinspritzung zugeführt wird, während des Auslasshubs nicht vollständig ausgelassen, sondern er verbleibt oft in dem Zylinder. Wenn der Kraftstoff der sekundären Kraftstoffeinspritzung teilweise in dem Zylinder verbleibt, dann verbrennt dieser verbleibende Kraftstoff in dem Zylinder zusätzlich zu jenem Kraftstoff, der durch die Hauptkraftstoffeinspritzung dann zugeführt wird, wenn der Hauptkraftstoff beim nächsten Mal eingespritzt wird. Dementsprechend vermehrt sich eine Kraftstoffmenge, die in der Kraftmaschine verbrannt wird, wodurch ein erhöhtes Drehmoment durch die Verbrennung erzeugt wird. Dies verursacht eine Änderung des abgegebenen Drehmoments der Kraftmaschine.
  • Wenn der unwirksame Kraftstoff der Kraftmaschine durch die Auslassanschlusskraftstoffeinspritzung zugeführt wird, ohne dass dies der sekundären Kraftstoffeinspritzung unterliegt, verbleibt andererseits der Kraftstoff nicht in dem Zylinder. Bei einer Kraftmaschine, die mit einer Abgasrückführungsvorrichtung (EGR) versehen ist, kann jedoch das gleiche Problem auftreten, wenn die Auslassanschlusskraftstoffeinspritzung bewirkt wird.
  • Es ist eine Abgasrückführungsvorrichtung (EGR) im Allgemeinen bekannt, bei der das Abgas von der Kraftmaschine teilweise in die Brennkammer einer Brennkraftmaschine rückgeführt wird, um die Verbrennungstemperatur in der Brennkammer abzusenken, damit die NOx-Menge (Stickoxide) verringert wird, die durch die Verbrennung gebildet wird. Das Abgasrückführungssystem hat ein externes EGR-System, bei dem ein Auslasskanal der Kraftmaschine mit einem Einlasskanal der Kraftmaschine durch einen EGR-Kanal verbunden ist, und die Menge des rückzuführenden Abgases wird durch ein Durchsatzrateneinstellventil (EGR-Ventil) eingestellt, das in dem EGR-Kanal vorgesehen ist, und ein internes EGR-System, durch dass die Durchblasmenge des verbrannten Gases in der Brennkammer, die durch die Ventilüberlappung verursacht wird, dadurch eingestellt wird, dass die Öffnungs-/Schließzeitgebungen des Einlassventils und des Auslassventils der Kraftmaschine geändert werden.
  • Wenn der unwirksame Kraftstoff der Kraftmaschine zugeführt wird, die das EGR (Abgasrückführung) gemäß der vorstehenden Beschreibung verwendet, dann tritt nicht nur dann ein Problem auf, wenn der unwirksame Kraftstoff durch die sekundäre Kraftstoffeinspritzung zugeführt wird, sondern auch dann, wenn der unwirksame Kraftstoff durch die Auslassanschlusseinspritzung zugeführt wird.
  • Wenn der unwirksame Kraftstoff gemäß der vorstehenden Beschreibung zugeführt wird, dann enthält nämlich das Abgas aus der Kraftmaschine relativ große Mengen an unverbranntem Kraftstoff. Wenn das Abgas direkt durch die EGR-Vorrichtung in die Brennkammer der Kraftmaschine rückgeführt wird, dann wird ein Teil des unwirksamen Kraftstoffes, der nicht in der Brennkammer verbrannt werden soll, in die Brennkammer rückgeführt und verbrannt darin. Wenn der unwirksame Kraftstoff zugeführt wird, während die EGR durchgeführt wird, wird daher der Kraftstoff mit einer übermäßigen Menge in die Kraftmaschine zugeführt, und das Luft-/Kraftstoff-Verhältnis bei der Verbrennung wird übermäßig fett, wodurch die Verbrennung in der Brennkammer instabil wird oder das abgegebene Drehmoment der Kraftmaschine aufgrund der Verbrennung von übermäßigen Kraftstoff erhöht wird.
  • EP-0 752 521 A1 offenbart eine Direkteinspritz-Brennkraftmaschine, der von Zeit zu Zeit zusätzlicher Kraftstoff während des Zylinderexpansionshubs zugeführt wird, der aus der Brennkammer in der Form von unverbranntem oder unwirksamen Kraftstoff ausgestoßen wird. Ein EGR-Gaskanal führt Abgas von der Kraftmaschine zurück in die Brennkammer der Kraftmaschine. Um eine übermäßige Verfettung des Luft/Kraftstoff-Gemisches um die Zündkerze zu verhindern, was zu Fehlzündungen führen könnte, wird die EGR-Gasmenge durch Schließen eines EGR-Ventils reduziert.
  • KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Steuersystem für eine Brennkraftmaschine vorzusehen, die nicht nur eine instabile Verbrennung verhindern kann, sondern die auch eine Änderung des abgegebenen Drehmomentes verhindern kann, welche durch die Rückführung des Kraftstoffes in die Brennkammer verursacht würde, und die den Kraftstoffverbrauch reduzieren kann.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Steuersystem für eine Brennkraftmaschine vorgesehen, mit:
    eine Einrichtung zum Zuführen von unwirksamen Kraftstoff, der in der Brennkammer einer Brennkraftmaschine nicht verbrennt;
    einer EGR-Einrichtung zum Rückführen des Abgases aus der Kraftmaschine in die Brennkammer der Kraftmaschine; und
    einer Einrichtung zum Begrenzen der Zufuhr des unwirksamen Kraftstoffes durch die Einrichtung zum Zuführen des unwirksamen Kraftstoffes, wenn das Abgas durch die EGR-Einrichtung rückgeführt wird.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Zufuhr des unwirksamen Kraftstoffes durch die Einrichtung zum Begrenzen des unwirksamen Kraftstoffes begrenzt, wenn die EGR ausgeführt wird. Daher wird der unwirksame Kraftstoff in die Brennkammer der Kraftmaschine zusammen mit dem rückgeführten Abgas rückgeführt. Hierbei beinhaltet das „Begrenzen der Zufuhr des unwirksamen Kraftstoffes" sowohl jenen Fall, bei dem der unwirksame Kraftstoff mit einer verringerten Menge zugeführt wird, als auch jenen Fall, bei dem die Zufuhr des unwirksamen Kraftstoffes vollständig unterbrochen wird.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die vorliegende Erfindung wird aus der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ersichtlich, wobei:
  • 1 zeigt eine schematische Darstellung des allgemeinen Aufbaus einer Brennkraftmaschine für Fahrzeuge;
  • 2 zeigt eine schematische Darstellung des allgemeinen Aufbaus einer Brennkraftmaschine, die die externe EGR für Fahrzeuge ausführt;
  • 3 zeigt ein Flussdiagramm des sekundären Kraftstoffeinspritzbetriebes gemäß einem Beispiel außerhalb des Umfanges der Ansprüche;
  • 4 zeigt eine schematische Ansicht des allgemeinen Rufbaus einer Brennkraftmaschine, die die interne EGR für Fahrzeuge ausführt;
  • 5 zeigt eine Ansicht von Ventilzeitgebungen der Kraftmaschine gemäß der 4;
  • 6 zeigt ein Flussdiagramm des sekundären Kraftstoffeinspritzbetriebes gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
  • 7 zeigt ein Flussdiagramm des sekundären Kraftstoffeinspritzbetriebes gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, das sich aber von jenem der 6 unterscheidet; und
  • 8 zeigt ein Flussdiagramm des sekundären Kraftstoffeinspritzbetriebes gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
  • BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
  • Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele des Steuersystems gemäß der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
  • Die 1 zeigt eine schematische Ansicht des Aufbaus einer Brennkraftmaschine für ein Fahrzeug, auf die die Erfindung nicht angewendet wird.
  • In der 1 bezeichnet das Bezugszeichen 1 eine Brennkraftmaschine für ein Fahrzeug. Bei diesem Beispiel ist die Kraftmaschine 1 eine Vierzylinder-Benzinkraftmaschine mit vier Zylindern #1 bis #4, die mit Kraftstoffeinspritzventilen 111 bis 114 zum direkten Einspritzen von Kraftstoff in die Zylinder ausgestattet ist. Wie dies später beschrieben wird, ist die Brennkraftmaschine 1 von diesem Beispiel eine Magerverbrennungs-Kraftmaschine, die bei einem Luft-/Kraftstoff-Verhältnis betrieben werden kann, dass größer (magererer) als das stöchiometrische Luft-/Kraftstoff-Verhältnis ist.
  • Bei diesem Beispiel sind die Zylinder #1 bis #4 des Weiteren in zwei Zylindergruppen gruppiert, wobei jede Gruppe zwei Zylinder derart aufweist, dass die Zündzeitgebungen aufeinanderfolgend stattfinden (bei dem Beispiel in der 1 ist zum Beispiel die Zündreihenfolge der Zylinder 1-3-4-2, wobei die Zylinder #1 und #4 eine Zylindergruppe bilden und die Zylinder #2 und #3 eine andere Zylindergruppe bilden). Der Auslassanschluss von jedem Zylinder ist mit einem Auslasskrümmer der entsprechenden Zylindergruppe verbunden, und er ist mit einem Auslasskanal der entsprechenden Zylindergruppe verbunden. In der 1 bezeichnet das Bezugszeichen 21a einen Auslasskrümmer zum Verbinden von Auslassanschlüssen der Zylindergruppen #1 und #4 mit einem unabhängigen Auslasskanal 2a, und das Bezugszeichen 21b bezeichnet einen Auslasskrümmer zum Verbinden der Auslassanschlüsse der Zylindergruppen #2 und #4 mit einem unabhängigen Auslasskanal 2b. Bei diesem Beispiel sind Startkatalysatoren (nachfolgend als „SCs" bezeichnet) 5a und 5b, die einen Drei-Wege-Katalysator aufweisen, in den unabhängigen Auslasskanälen 2a und 2b angeordnet. Die unabhängigen Auslasskanäle 2a und 2b treffen in einem gemeinsamen Auslasskanal 2 an der stromabwärtigen Seite der SCs aufeinander.
  • Ein NOx-Okklusions- und Reduktionskatalysator 7, der später beschrieben wird, ist in dem gemeinsamen Auslasskanal 2 angeordnet. In der 1 bezeichnen die Bezugszeichen 29a und 29b Luft-/Kraftstoff-Verhältnissensoren, die an der stromaufwärtigen Seite der Startkatalysatoren 5a und 5b der unabhängigen Auslasskanäle 2a und 2b angeordnet sind, und das Bezugszeichen 31 bezeichnet einen Luft-/Kraftstoff-Verhältnissensor, der an einem Auslass des NOx-Okklusions- und Reduktionskatalysators 7 in dem Auslasskanal 2 angeordnet ist. Die Luft-/Kraftstoff-Verhältnissensoren 29a, 29b sowie 31 sind so genannte lineare Luft-/Kraftstoff-Verhältnissensoren, die elektrische Spannungssignale entsprechend dem Luft-/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases über einen breiten Bereich der Luft-/Kraftstoff-Verhältnisse erzeugen.
  • In der 1 sind des Weiteren Einlassanschlüsse der Zylinder #1 bis #4 der Kraftmaschine 1 mit einem Zwischenbehälter 10a durch den Einlasskrümmer 10b verbunden, wobei der Zwischenbehälter 10a mit einem gemeinsamen Einlasskanal 10 verbunden ist. Bei diesem Beispiel ist des Weiteren ein Drosselventil 15 in dem Einlasskanal 10 eingebaut. Das Drosselventil 15 bei diesem Beispiel ist ein so genanntes elektronisch gesteuertes Drosselventil, das durch einen Aktuator 15a einer geeigneten Form wie zum Beispiel ein Schrittmotor angetrieben wird, um einen Öffnungsgrad auf der Grundlage eines Steuersignals von einer ECU 30 zu definieren, die später beschrieben wird. In der 1 bezeichnet des Weiteren das Bezugszeichen 15b einen Drosselventilöffnungsgradsensor (Drosselsensor) zum Erfassen des Öffnungsgrades des Drosselventils 15.
  • Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die Direktkraftstoffeinspritzventile 111 bis 114 getrennt mit einem Behälter (Common-rail) 110 verbunden, um den Kraftstoff mit einem hohen Druck in der Common-rail 110 in die Zylinder einzuspritzen. In der 1 bezeichnet das Bezugszeichen 130 eine Kraftstoffpumpe mit einer Hochdruckpumpe wie zum Beispiel eine Tauchkolbenpumpe. Die Kraftstoffpumpe 130 führt einen Hochdruckkraftstoff der Common-rail 110 bei einem Zeitpunkt direkt nach dem Einspritzen des Kraftstoffes durch die Kraftstoffeinspritzventile (111 bis 114) zu.
  • In der 1 bezeichnet das Bezugszeichen 200 eine variable Ventilzeitgebungsvorrichtung zum Verändern der Ventilzeitgebungen der Kraftmaschine 1. Bei diesem Beispiel kann die variable Ventilzeitgebungsvorrichtung 200 irgendeine bekannte Bauart sein, sofern sie die Ventilzeitgebungen der Kraftmaschine auf der Grundlage eines Befehlssignals von einer ECU 30 ändern kann, die später beschrieben wird, und sie kann entweder eine sein, die die Öffnungs-/Schließzeitgebungen ausschließlich der Einlassventile und/oder der Auslassventile ändert, oder eine, die den Ventilhub zusätzlich zu den Öffnungs-/Schließzeitgebungen ändert. Die Ventilzeitgebungen können entweder kontinuierlich oder stufenweise geändert werden.
  • In der 1 bezeichnet das Bezugszeichen 30 die ECU (Kraftmaschinensteuereinheit) zum Steuern der Kraftmaschine 1. Die ECU 30 hat einen allgemein bekannten Mikrocomputer mit einem RAM, ROM und einer CPU, die durch einen bidirektionalen Bus miteinander verbunden sind, und sie führt grundsätzliche Steuerbetriebe aus, wie zum Beispiel das Steuern der Hauptkraftstoffeinspritzung und der Zündzeitgebungen. Bei diesem Beispiel bewirkt die ECU 30 des Weiteren eine Änderung der Verbrennung in dem Zylinder zu einem fetten Luft-/Kraftstoff-Verhältnis während eines Regenerationsbetriebes des NOx-Okklusions- und Reduktionskatalysators, der später beschrieben wird, und sie steuert die Sekundärkraftstoffeinspritzung durch Einspritzen des Sekundärkraftstoffes während des Expansions- oder Auslasshubs des entsprechenden Zylinders, um das Luft-/Kraftstoff-Verhältnis des in den NOx-Okklusions- und Reduktionskatalysators strömenden Abgases zu einem fetten Luft-/Kraftstoff-Verhältnis innerhalb einer kurzen Zeitperiode zu ändern.
  • Der Eingabeanschluss der ECU 30 nimmt Signale von den Luft-/Kraftstoff-Sensoren 29a und 29b auf, die die Luft-/Kraftstoff-Verhältnisse des Abgases an dem Einlass der Startkatalysatoren 5a und 5b darstellen, und ein Signal von dem Luft-/Kraftstoff-Verhältnissensor 31, der ein Luft-/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases an dem Auslass des NOx-Okklusions- und Reduktionskatalysators 7 darstellt, ein Signal entsprechend dem Einlassluftdruck der Kraftmaschine von einem Einlassluftdrucksensor 37, der in dem Zwischenbehälter 10a vorgesehen ist, und ein Signal von dem Beschleunigungsvorrichtungsöffnungsgradsensor 33, dass den durch den Fahrer bewirkten Niederdrückungsbetrag des Beschleunigungspedals (Beschleunigungsvorrichtungsöffnungsgrad) darstellt, und ein Pulssignal von einem Drehzahlsensor 35, der nahe der Kurbelwelle (nicht gezeigt) der Kraftmaschine angeordnet ist, und zwar jeweils in vorbestimmten Drehwinkeln der Kurbelwelle der Kraftmaschine. Die ECU 30 berechnet den Drehwinkel der Kurbelwelle aus dem Pulssignal, und sie berechnet die Drehzahl der Kraftmaschine aus der Frequenz der Pulssignale. Des Weiteren nimmt der Eingabeanschluss der ECU 30 ein Signal von einem Kraftstoffdrucksensor 120 auf, der in der Common-rail 110 angeordnet ist, dass den Kraftstoffdruck in der Common-rail 110 darstellt, und ein Signal von dem Drosselventilöffnungsgradsensor 15b, dass den Öffnungsgrad des Drosselventils 15 darstellt.
  • Um die Kraftstoffmengen in den Zylindern zu steuern, und um die Kraftstoffeinspritzzeitgebungen zu steuern, ist der Abgabeanschluss der ECU 30 des Weiteren mit den Kraftstoffeinspritzventilen 111 bis 114 der Zylinder durch eine Kraftstoffeinspritzschaltung (nicht gezeigt) verbunden, und er ist des Weiteren mit dem Aktuator 15b des Drosselventils 15 durch eine Antriebsschaltung (nicht gezeigt) verbunden, um den Öffnungsgrad des Drosselventils 15 zu steuern.
  • Zusätzlich zu den vorstehend erwähnten Steuerungsbetrieben regelt die ECU 30 die Kraftstoffraten, die durch die Kraftstoffpumpe 130 zugeführt wird, und zwar auf der Grundlage des Signals, das den Kraftstoffdruck in der Common-rail 110 darstellt, das von dem Kraftstoffdrucksensor 120 eingegeben wird, so dass der Kraftstoffdruck in der Common-rail auf einen Sollwert eingestellt wird. Der Kraftstoff wird von der Kraftstoffpumpe 130 zu der Common-rail 110 bei einer Zeitgebung zugeführt, direkt nachdem der Kraftstoff durch die Kraftstoffeinspritzventile 111 bis 114 eingespritzt wurde.
  • Der Abgabeanschluss der ECU 30 ist mit der variablen Ventilzeitgebungsvorrichtung 200 durch eine Antriebsschaltung (nicht gezeigt) verbunden, um die Ventilzeitgebungen der Kraftmaschine 1 auf der Grundlage der Kraftmaschinenlastzuständen zu steuern (der Grad der Beschleunigungsvorrichtungsöffnung, die Kraftmaschinendrehzahl).
  • Bei diesem Beispiel wird die Hauptkraftstoffeinspritzung der Kraftmaschine 1, d.h. die Einspritzung des Kraftstoffs zur Verbrennung in dem Zylinder in den folgenden fünf Modi auf der Grundlage der Last gesteuert, die auf die Kraftmaschine ausgeübt wird:
    • 1. Verbrennung mit geschichteter Ladung und magerem Luft-/Kraftstoff-Verhältnis (Kraftstoff wird bei dem Verdichtungshub eingespritzt).
    • 2. Verbrennung eines einheitlichen Gemisches/einer geschichteten Ladung mit magerem Luft-/Kraftstoff-Verhältnis (Kraftstoff wird bei dem Saughub und bei dem Verdichtungshub eingespritzt).
    • 3. Verbrennung eines einheitlichen Gemisches/einer geschichteten Ladung mit magerem Luft-/Kraftstoff-Verhältnis (Kraftstoff wird bei dem Saughub eingespritzt).
    • 4. Verbrennung eines einheitlichen Gemisches mit stöchiometrischen Luft-/Kraftstoff-Verhältnis (Kraftstoff wird bei dem Saughub eingespritzt).
    • 5. Verbrennung eines einheitlichen Gemisches mit fettem Luft-/Kraftstoff-Verhältnis (Kraftstoff wird bei dem Saughub eingespritzt).
  • Die Verbrennung 1. einer geschichteten Ladung mit magerem Luft-/Kraftstoff-Verhältnis wird nämlich in dem Betriebsbereich mit leichter Last der Kraftmaschine 1 durchgeführt. In diesem Zustand wird der Kraftstoff in die Zylinder nur einmal in der letzten Hälfte des Verdichtungshubs des entsprechenden Zylinders eingespritzt, und der eingespritzte Kraftstoff bildet eine Ladung eines brennbaren Gemisches nahe der Zündkerze in den Zylinder. In diesem Betriebszustand ist des Weiteren die eingespritzte Kraftstoffmenge sehr gering, und das Luft-/Kraftstoff-Verhältnis in dem Zylinder insgesamt beträgt ungefähr 25 bis ungefähr 30.
  • Wenn sich die Last von dem vorstehend beschriebenen Zustand 1. erhöht, so dass sie in den Betriebsbereich mit niedriger Last eintritt, dann findet die vorstehend erwähnte Verbrennung 2. eines einheitlichen Gemisches/einer geschichteten Ladung mit magerem Luft-/Kraftstoff-Verhältnis statt. Die in die Zylinder eingespritzte Kraftstoffmenge vermehrt sich bei einer Erhöhung der Last, die auf die Kraftmaschine ausgeübt wird. Bei der vorstehend beschriebenen Verbrennung 1. einer geschichteten Ladung wird der Kraftstoff bei der letzten Hälfte des Verdichtungshubs eingespritzt, wodurch die Einspritzzeit begrenzt ist und der Kraftstoffmenge eine Beschränkung auferlegt ist, um die geschichtete Ladung zu bilden. In diesem Lastbereich wird daher wird daher der Kraftstoff im Voraus bei der ersten Hälfte des Saughubs mit einer Menge zum Ausgleichen der Knappheit des Kraftstoffes eingespritzt, der bei der letzten Hälfte des Verdichtungshubs eingespritzt wurde, um dadurch den Kraftstoff mit einer Sollmenge in den Zylinder zuzuführen. Der in den Zylinder eingespritzte Kraftstoff bei der letzten Hälfte des Saughubs bildet ein sehr mageres und einheitliches Gemisch, bevor es gezündet wird. Bei der letzten Hälfte des Verdichtungshubs wird der Kraftstoff des Weiteren mit diesem sehr mageren und einheitlichen Gemisch eingespritzt, um die Ladung eines zündbaren und brennbaren Gemisches nahe der Zündkerze zu bilden. Während der Zündung beginnt das Verbrennen dieser brennbaren Gemischladung, und die Flamme schreitet zu der umgebenden mageren Gemischladung fort, so dass eine stabile Verbrennung stattfindet. In diesem Zustand ist die bei dem Saughub und dem Verdichtungshub eingespritzte Kraftstoffmenge größer als bei dem Modus 1., aber das Luft-/Kraftstoff-Verhältnis insgesamt ist noch mager (zum Beispiel ein Luft-/Kraftstoff-Verhältnis von ungefähr 20 bis ungefähr 30).
  • Wenn sich die Last auf die Kraftmaschine weiter erhöht, dann wird die Kraftmaschine 1 mit der Verbrennung 3. eines einheitlichen Gemisches mit magerem Luft-/Kraftstoff-Verhältnis betrieben. In diesem Zustand wird der Kraftstoff auf schließlich einmal in der ersten Hälfte des Saughubs eingespritzt, und die eingespritzte Kraftstoffmenge wird größer als jene bei dem Modus 2. Das in dem Zylinder in diesem Zustand gebildete einheitliche Luft-/Kraftstoff-Gemisch hat ein mageres Luft-/Kraftstoff-Verhältnis (zum Beispiel ein Luft-/Kraftstoff-Verhältnis von ungefähr 15 bis ungefähr 25) relativ nahe an dem stöchiometrischen Luft-/Kraftstoff-Verhältnis.
  • Wenn sich die Last auf die Kraftmaschine weiter erhöht, so dass sie in den Betriebsbereich mit hoher Last der Kraftmaschine eintritt, dann wird die Kraftstoffmenge größer als jene bei dem Modus 3., und die Kraftmaschine wird bei dem Betrieb 4. mit einem einheitlichen Gemisch und dem stöchiometrischen Luft-/Kraftstoff-Verhältnis betrieben. In diesem Zustand ist ein einheitliches Gemisch mit dem stöchiometrischen Luft-/Kraftstoff-Verhältnis in dem Zylinder ausgebildet, und die Abgabe der Kraftmaschine erhöht sich. Wenn die Last auf die Kraftmaschine weiter erhöht wird, so dass sie in den Volllastbetrieb der Kraftmaschine eintritt, wird die Kraftstoffeinspritzmenge weiter vermehrt, so dass sie jene des Modus 4. übersteigt, und die Kraftmaschine wird bei dem Betrieb 5. mit einem einheitlichen Gemisch und dem fetten Luft-/Kraftstoff-Verhältnis betrieben. In diesem Zustand wird das in dem Zylinder gebildete einheitliche Gemisch zu einem fetten Luft-/Kraftstoff-Verhältnis (zum Beispiel ein Luft-/Kraftstoff-Verhältnis von ungefähr 12 bis ungefähr 14).
  • Bei diesem Beispiel wurden die optimalen Betriebsmodi 1. bis 5. auf der Grundlage des Beschleunigungsvorrichtungsöffnungsgrades (Betrag des durch den Fahrer niedergedrückten Beschleunigungspedals) und der Drehzahl der Kraftmaschine empirisch festgelegt, und ein Kennfeld unter Verwendung des Beschleunigungsvorrichtungsöffnungsgrades und der Kraftmaschinendrehzahl ist in dem ROM der ECU 30 gespeichert. Wenn die Kraftmaschine 1 in Betrieb ist, dann bestimmt die ECU 30, welcher der vorstehend beschriebenen Betriebsmodi 1. bis 5. auf der Grundlage des durch den Beschleunigungsvorrichtungsöffnungsgradsensors 37 erfassten Beschleunigungsvorrichtungsöffnungsgrades und der Drehzahl der Kraftmaschine ausgewählt wird, und sie bestimmt die Kraftstoffeinspritzmenge, die Zeitgebung für die Kraftstoffeinspritzung, die Anzahl der Einspritzungen und den Drosselventilöffnungsgrad auf der Grundlage der entsprechenden Modi.
  • Wenn irgendeiner der Modi 1. bis 3. (Verbrennung mit magerem Luft-/Kraftstoff-Verhältnis) ausgewählt ist, dann bestimmt die ECU 30 die Kraftstoffeinspritzmenge aus dem Beschleunigungsvorrichtungsöffnungsgrad und der Drehzahl der Kraftmaschine auf der Grundlage eines Kennfeldes, das für jeden der Modi 1. bis 3. im Voraus vorbereitet wurde. Wenn die Modi 4. oder 5. (stöchiometrisches Luft-/Kraftstoff-Verhältnis oder fettes Luft-/Kraftstoff-Verhältnis einer Verbrennung eines einheitlichen Gemisches) ausgewählt ist, dann legt die ECU 30 die Kraftstoffeinspritzmenge auf der Grundlage des durch den Einlassluftdrucksensor 37 erfassten Einlassluftdruckes und der Drehzahl der Kraftmaschine unter Verwendung eines Kennfeldes fest, das für jeden der Modi 4. und 5. im Voraus vorbereitet wurde.
  • Wenn der Modus 4. (Verbrennung eines einheitlichen Gemisches bei stöchiometrischen Luft-/Kraftstoff-Verhältnis) ausgewählt wird, dann steuert die ECU 30 das Luft-/Kraftstoff-Verhältnis durch Korrigieren der Kraftstoffeinspritzmenge, die vorher durch eine Regelung auf der Grundlage der Abgaben von den Luft-/Kraftstoff-Verhältnissensoren 29a und 29b berechnet wurde, so dass das Luft-/Kraftstoff-Verhältnis des durch die Kraftmaschine ausgelassenen Abgases zu dem stöchiometrischen Luft-/Kraftstoff-Verhältnis wird.
  • Die Startkatalysatoren (SCs) 5a und 5b sind durch Drei-Wege-Katalysatoren unter Verwendung eines wabenförmigen Substrates aus Kordierit oder dergleichen gebildet, dass eine dünne Beschichtung aus Aluminium an der Oberfläche des Substrats gebildet, und sie tragen eine Edelmetallkatalysatorkomponente zum Beispiel Platin Pt, Palladium Pd oder Rhodium Rh auf der Aluminiumlage. Der Drei-Wege-Katalysator beseitigt hocheffizient die drei Komponenten, d.h. HC, CO und NOx nahe dem stöchiometrischen Luft-/Kraftstoff-Verhältnis. Der Drei-Wege-Katalysator zeigt eine verminderte Fähigkeit zum Reduzieren von NOx, wenn das Luft-/Kraftstoff-Verhältnis des einströmenden Abgases größer als das stöchiometrische Luft-/Kraftstoff-Verhältnis wird. Wenn die Kraftmaschine 1 bei einem mageren Luft-/Kraftstoff-Verhältnis betrieben wird, dann kann der Drei-Wege-Katalysator daher das NOx in dem Abgas nicht auf ein ausreichendes Maß beseitigen.
  • Bei diesem Beispiel bewirken die Startkatalysatoren (SCs) 5a und 5b hauptsächlich eine Reinigung des Abgases, wenn die Kraftmaschine 1 bei einem fetten Luft-/Kraftstoff-Verhältnis unmittelbar nach einem Kaltstart betrieben wird, und eine Reinigung des Abgases, wenn die Kraftmaschine 1 bei dem stöchiometrischen Luft-/Kraftstoff-Verhältnis bei normalen Betriebsbedingungen betrieben wird. Daher sind die Startkatalysatoren (SCs) 5a und 5b in den Auslasskanälen 2a und 2b an Positionen nahe der Kraftmaschine 1 angeordnet, und sie haben eine relativ kleine Kapazität, um ihre Wärmekapazität zu verringern, so dass sie auf ihre Aktivierungstemperatur innerhalb einer kurzen Zeitperiode nach dem Start der Kraftmaschine erwärmt werden können, um ihre katalytische Aktivität zu starten.
  • Als Nächstes wird nachfolgend der NOx-Okklusions- und Reduktionskatalysator 7 gemäß diesem Beispiel beschrieben. Der NOx-Okklusions- und Reduktionskatalysator 7 gemäß diesem Beispiel verwendet Aluminium als ein Substrat zum Tragen zumindest einer Komponente, die aus Alkalimetallen wie zum Beispiel Kalium K, Natrium Na, Lithium Li und Cäsium Cs ausgewählt ist, alkalische Erdmetalle wie zum Beispiel Barium Ba und Kalzium Ca, sowie Seltenerdmetalle wie zum Beispiel Lanthan La, Cerium Cer und Yttrium Y sowie ein Edelmetall wie zum Beispiel Platin Pt. Der NOx-Okklusions- und Reduktionskatalysator zeigt die Wirkung zum Absorbieren und Lösen von NOx, d.h. er absorbiert NOx (Stickoxide) in dem Abgas in der Form von Stickstoffsäureionen NO3 -, wenn das Luft-/Kraftstoff-Verhältnis des einströmenden Abgases mager ist, und er löst den absorbierten NOx, wenn das Luft-/Kraftstoff-Verhältnis des einströmenden Abgases kleiner ist als das stöchiometrische Luft-/Kraftstoff-Verhältnis (fettes Luft-/Kraftstoff-Verhältnis).
  • Der Mechanismus zum Absorbieren und Lösen von NOx wird als Nächstes unter Bezugnahme auf den Fall beschrieben, bei dem Platin Pt und Barium Ba verwendet werden. Der gleiche Mechanismus wird jedoch auch dann gebildet, wenn ein anderes Edelmetall, ein anderes Alkalimetall, ein anderes Alkalierdmetall und ein anderes Seltenerdmetall verwendet werden.
  • Wenn die Sauerstoffkonzentration in dem Abgas erhöht wird, das einströmt (d.h. wenn das Luft-/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases zu einem mageren Luft-/Kraftstoff-Verhältnis wird), dann haftet Sauerstoff in der Form von O2 - oder O2- an dem Platin Pt, wodurch NOx in dem Abgas mit O2 - oder O2- an dem Platin Pt reagiert, wodurch NO2 gebildet wird. NO2 in dem Abgas und somit gebildetes NO2 werden weiter an dem Platin Pt oxidiert, durch das Absorptionsmittel absorbiert, in dem sie an das Bariumoxid BaO gefügt werden, und sie werden in der Form von Stickstoffsäureionen NO3 - in dem Absorptionsmittel diffundiert. Bei einer mageren Atmosphäre wird daher NOx in dem Abgas in der Form von Nitraten durch das NOx-Absorptionsmittel absorbiert.
  • Wenn sich die Sauerstoffkonzentration in dem Abgas stark verringert, das einströmt (d.h. wenn das Luft-/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases kleiner (noch fetter) als das stöchiometrische Luft-/Kraftstoff-Verhältnis wird), dann wird NO2 mit einer verringerten Menge an dem Platin Pt gebildet, und die Reaktion schreitet in der Rückwärtsrichtung fort, wodurch das Lösen von Stickstoffsäureionen NO3 - in dem Absorptionsmittel in der Form von NO2 aus dem Absorptionsmittel zugelassen wird. In diesem Fall bewirken die Reduktionskomponenten wie zum Beispiel CO und dergleichen sowie die Komponenten wie zum Beispiel HC, CO2 und dergleichen in dem Abgas eine Reduktion von NO2 an dem Platin Pt.
  • Bei diesem Beispiel wird die Kraftmaschine 1 bei einem mageren Luft-/Kraftstoff-Verhältnis meistens in den Lastbereichen außer des Hochlastbetriebes betrieben, und der NOx-Okklusions- und Reduktionskatalysator absorbiert NOx in dem einströmenden Abgas. Wenn die Kraftmaschine 1 bei einem fetten Luft-/Kraftstoff-Verhältnis betrieben wird, dann löst und reinigt der NOx-Okklusions- und Reduktionskatalysator 7 das absorbierte NOx durch Reduktion. Wenn das NOx in größeren Mengen durch den NOx-Okklusions- und Reduktionskatalysator 7 während des Betriebes bei einem mageren Luft-/Kraftstoff-Verhältnis absorbiert wird, wird daher ein Fettimpulsbetrieb durchgeführt, um das Luft-/Kraftstoff-Verhältnis der Kraftmaschine von einem mageren Luft-/Kraftstoff-Verhältnis zu einem fetten Luft-/Kraftstoff-Verhältnis für eine kurze Zeitperiode zu ändern, um das NOx aus dem NOx-Okklusions- und Reduktionskatalysator zu lösen und um das NOx durch Reduktion zu reinigen (um den NOx-Okklusions- und Reduktionskatalysator zu regenerieren).
  • Es ist jedoch bekannt, dass das ungereinigte NOx aus dem NOx-Okklusions- und Reduktionskatalysator gelöst wird, wenn der Fettimpulsbetrieb für die Kraftmaschine 1 bewirkt wird, nachdem das magere Luft-/Kraftstoff-Verhältnis zu dem fetten Luft-/Kraftstoff-Verhältnis gewechselt ist. Dies trägt dazu bei, dass die Komponenten HC und CO in dem Abgas kaum zugeführt werden, wenn die Kraftmaschine von dem Betrieb mit magerem Luft-/Kraftstoff-Verhältnis zu dem Betrieb mit fettem Luft-/Kraftstoff-Verhältnis wechselt. Das Luft-/Kraftstoff-Verhältnis in dem Abgas ändert sich nämlich kontinuierlich, wenn es sich von der mageren Seite zu der fetten Seite ändert. Dabei ist der Fettigkeitsgrad nicht sehr hoch, obwohl das Luft-/Kraftstoff-Verhältnis fett sein kann, und ein Bereich, in dem die Menge des HC und des CO in dem Abgas relativ klein ist, muss durchschritten werden. In diesem Bereich, in dem die Komponenten von HC und CO kaum in dem Abgas zugeführt werden, wird daher nicht angenommen, dass das gesamte NOx reduziert wird, das aus dem NOx-Okklusions- und Reduktionskatalysator gelöst wird.
  • Bei diesem Beispiel wird daher der Sekundärkraftstoff während des Expansions- oder Auslasshubs nach der Haupteinspritzung eingespritzt, wenn das NOx aus dem NOx-Okklusions- und Reduktionskatalysator gelöst werden soll, um das Luft-/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases auf ein beträchtlich festes Luft-/Kraftstoff-Verhältnis schnell zu ändern, so dass das nichtgereinigte NOx aus dem NOx-Okklusions- und Reduktionskatalysator nicht gelöst wird. Nachdem der in den Zylinder eingespritzte Hauptkraftstoff verbrannt ist, wird der Kraftstoff bei dem Expansions- oder dem Auslasshub eingespritzt und verbleibt unverbrannt, und er gelangt mit dem verbrannten Gas mit einer hohen Temperatur in Kontakt, und er wird verdampft, umso Kohlenwasserstoffe mit niedrigen Molekulargewichten zu bilden. Daneben trägt der durch die sekundäre Kraftstoffeinspritzung zugeführte Kraftstoff nicht zu der Verbrennung in dem Zylinder bei. Daher wird das abgegebene Drehmoment von der Kraftmaschine nicht erhöht, auch wenn der Kraftstoff mit einer relativ großen Menge durch die sekundäre Kraftstoffeinspritzung zugeführt wird. Wenn der Sekundärkraftstoff eingespritzt wird, wenn das NOx von dem NOx-Okklusions- und Reduktionskatalysator zu lösen ist, kann daher das Luft-/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases schnell auf einen niedrigen Wert heruntergeändert werden, ohne dass eine Änderung des abgegebenen Drehmoments von der Kraftmaschine verursacht wird. Es ist daher möglich, das Abgas mit einem sehr fetten Grad zu dem NOx-Okklusions- und Reduktionskatalysator zuzuführen, ohne dass ein Bereich von mittleren Luft-/Kraftstoff-Verhältnissen durchschritten wird. Dies verhindert das Lösen des nichtgereinigten NOx aus dem NOx-Okklusions- und Reduktionskatalysator in einer frühen Zeitperiode des NOx-Lösevorganges. Das NOx kann aus dem NOx-Okklusions- und Reduktionskatalysator gelöst werden, was ausschließlich der sekundären Kraftstoffeinspritzung unterliegt oder durch die sekundäre Kraftstoffeinspritzung bei der anfänglichen Zeitperiode ausschließlich des Fettimpulsbetriebes während der Durchführung des normalen Fettimpulsbetriebes bewirkt werden, indem die Menge der Hauptkraftstoffeinspritzung vermehrt wird, wodurch sich das Luft-/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases schnell auf ein fettes Luft-/Kraftstoff-Verhältnis ändert.
  • Wenn jedoch der durch die Sekundärkraftstoffeinspritzung zugeführte Kraftstoff teilweise in dem Zylinder verbleibt, dann kann eine Änderung des abgegebenen Drehmomentes von der Kraftmaschine auftreten. Wie dies vorstehend beschrieben ist, berechnet die ECU 30 die erforderliche Kraftstoffmenge auf der Grundlage der Kraftmaschinenlastzustände (Beschleunigungsvorrichtungsöffnungsgrad, Drehzahl), und sie führt den Kraftstoff in die Zylinder durch die Hauptkraftstoffeinspritzung zu. Wenn der Kraftstoff aufgrund der sekundären Kraftstoffeinspritzung in den Zylindern verbleibt, dann verbrannt daher dieser verbleibende Kraftstoff in den Zylindern zusätzlich zu dem Kraftstoff, der durch die Hauptkraftstoffeinspritzung bei dem nächsten Zyklus zugeführt wird; d.h. das abgegebene Drehmoment von der Kraftmaschine erhöht sich aufgrund der Verbrennung des Kraftstoffes mit einer Menge, die größer ist als die erforderliche Menge, und das Drehmoment ändert sich.
  • Als Nächstes wird nachfolgend ein Beispiel einer Brennkraftmaschine beschrieben, auf die die vorliegende Erfindung angewendet wird.
  • Die 2 zeigt schematisch den Aufbau von diesem Beispiel, und sie ist ähnlich zu der 1. In der 2 bezeichnen dieselben Bezugszeichen wie in der 1 die gleichen Bauelemente.
  • Das Beispiel in der 2 unterscheidet sich von dem Beispiel in der 1 hinsichtlich einer Abgasrückführungsvorrichtung zum Rückführen eines Teiles des Abgases der Kraftmaschine in das Kraftmaschinenlufteinlasssystem. Auch wenn dies nicht in der 2 angegeben ist, ist die Kraftmaschine 1 von diesem Beispiel auch mit der Common-rail 110, dem Drosselventil 15 etc. wie bei dem Beispiel gemäß der 1 ausgestattet.
  • Bei diesem Beispiel ist die stromaufwärtige Seite des SC 5b des Auslasskanals 2b der Zylinder #2 und #3 mit dem Zwischenbehälter 10a des Kraftmaschineneinlasskanals 10 durch einen EGR-Kanal 43 verbunden, wie dies in der 2 gezeigt ist. Des Weiteren ist ein EGR-Ventil 41 mit einem Durchsatzratensteuerventil in dem EGR-Kanal 43 vorgesehen, um die Durchsatzrate des aus dem Auslasskanal 2b in den Einlasskanal 10 durch den EGR-Kanal rückgeführten Abgases zu steuern. Das EGR-Ventil 41 ist mit einem Aktuator 41a einer geeigneten Form wie zum Beispiel ein Schrittmotor, ein Unterdruckaktuator etc. ausgestattet, der als Reaktion auf ein Steuersignal von der ECU 30 betrieben wird, und sein Öffnungsgrad wird auf der Grundlage des Steuersignals von der ECU 30 bestimmt.
  • Bei diesem Beispiel ändert die ECU 30 ebenfalls den Kraftstoffeinspritzmodus der Direkteinspritzventile 111 bis 114 in der gleichen Art und Weise wie das Ausführungsbeispiel in der 1, und sie betreibt die Kraftmaschine in irgendeiner der nachfolgend beschriebenen fünf Modi auf der Grundlage der Kraftmaschinenbetriebszustände.
    • 1. Verbrennung einer geschichteten Ladung und magerem Luft-/Kraftstoff-Verhältnis (Kraftstoff wird bei dem Verdichtungshub eingespritzt).
    • 2. Verbrennung eines einheitlichen Gemisches/einer geschichteten Ladung mit magerem Luft-/Kraftstoff-Verhältnis (Kraftstoff wird bei dem Saughub und bei dem Verdichtungshub eingespritzt).
    • 3. Verbrennung eines einheitlichen Gemisches/einer geschichteten Ladung mit magerem Luft-/Kraftstoff-Verhältnis (Kraftstoff wird bei dem Saughub eingespritzt).
    • 4. Verbrennung eines einheitlichen Gemisches mit stöchiometrischen Luft-/Kraftstoff-Verhältnis (Kraftstoff wird bei dem Saughub eingespritzt).
    • 5. Verbrennung eines einheitlichen Gemisches mit fettem Luft-/Kraftstoff-Verhältnis (Kraftstoff wird bei dem Saughub eingespritzt).
  • Bei diesem Beispiel steuert die ECU 30 des Weiteren das EGR-Ventil 41 derart, dass ein Teil des Abgases in den Einlasskanal 10 aus dem Auslasskanal 2b auf der Grundlage der Kraftmaschinenbetriebszustände rückgeführt wird. Anders gesagt führt dieses Beispiel die externe EGR aus. Um die EGR-Menge zu steuern, ist der Abgabeanschluss der ECU 30 mit dem Aktuator 41a des EGR-Ventils durch eine Antriebsschaltung (nicht gezeigt) verbunden, um den Öffnungsgrad des EGR-Ventils 41 zu steuern.
  • Bei diesem Beispiel führt die ECU 30 ebenfalls je nach Bedarf die sekundäre Kraftstoffeinspritzung aus den Direktkraftstoffeinspritzventilen 111 bis 114 bei den jeweiligen Zylindern während des Expansionshubs oder des Auslasshubs aus, während die Kraftmaschine in Betrieb ist, um das Luft-/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases aus der Kraftmaschine unabhängig von dem wirksamen Luft-/Kraftstoff-Verhältnis der Kraftmaschine zu ändern.
  • Wenn bei diesem Beispiel die durch den NOx-Okklusions- und Reduktionskatalysator 7 absorbierte NOx-Menge während des Betriebs bei einem mageren Luft-/Kraftstoff-Verhältnis vermehrt wird, dann wird der unwirksame Kraftstoff, der nicht in dem Zylinder verbrennt, der Kraftmaschine derart zugeführt, dass das Abgas aus der Kraftmaschine zu einem fetten Luft-/Kraftstoff-Verhältnis wird, wodurch das NOx aus dem NOx-Okklusions- und Reduktionskatalysator gelöst wird, und das NOx durch Reduktion gereinigt wird (um den NOx-Okklusions- und Reduktionskatalysator zu regenerieren).
  • Bei diesem Beispiel erhöht oder verringert die ECU 30 den Wert eines NOx-Zählers, um die NOx-Menge zu schätzen, die durch den NOx-Okklusions- und Reduktionskatalysator 7 absorbiert und gehalten wird. Die durch den NOx-Okklusions- und Reduktionskatalysator 7 pro Zeiteinheit absorbierte NOx-Menge ändert sich proportional zu der NOx-Menge in dem Abgas, welches in den NOx-Okklusions- und Reduktionskatalysator pro Zeiteinheit hineinströmt, d.h. sie ändert sich proportional zu der NOx-Menge, die durch die Kraftmaschine 1 pro Zeiteinheit erzeugt wird. Andererseits wird die durch die Kraftmaschine pro Zeiteinheit erzeugte NOx-Menge durch die zu der Kraftmaschine geförderte Kraftstoffmenge, das Luft-/Kraftstoff-Verhältnis, der Durchsatzrate des Abgases etc. bestimmt. Wenn die Betriebszustände der Kraftmaschine bestimmt sind, dann ist es daher möglich, die durch den NOx-Okklusions- und Reduktionskatalysator absorbierte NOx-Menge zu erfahren. Gemäß diesem Beispiel werden die Kraftmaschinenbetriebszustände (Beschleunigungsvorrichtungsöffnungsgrad, Kraftmaschinendrehzahl, eingelassene Luftmenge, Lufteinlassdruck, Luft-/Kraftstoff-Verhältnis, Menge des geförderten Kraftstoffes etc.) geändert, um die durch die Kraftmaschine pro Zeiteinheit erzeugte NOx-Menge zu messen, und die durch den NOx-Okklusions- und Reduktionskatalysator 7 pro Zeiteinheit absorbierte NOx-Menge wird in dem ROM der ECU 30 in der Form einer Tabelle mit nummerischen Werten gespeichert, zum Beispiel unter Verwendung der Last auf der Kraftmaschine (Kraftstoffeinspritzmenge) und der Kraftmaschinendrehzahl als Parameter. Die ECU 30 berechnet die durch den NOx-Okklusions- und Reduktionskatalysator pro Zeiteinheit absorbierte NOx-Menge jeweils nach einer vorbestimmten Zeitperiode (jeweils nach einer Zeiteinheit) unter Verwendung der Last auf der Kraftmaschine (Kraftstoffeinspritzmenge) und der Kraftmaschinendrehzahl, und sie erhöht den Wert des NOx-Zählers durch die absorbierte NOx-Menge. Daher gibt der Wert des NOx-Zählers immer die durch den NOx-Okklusions- und Reduktionskatalysator 7 absorbierte NOx-Menge an. Wenn der Wert des NOx-Zählers einen vorbestimmten Wert überschreitet, während die Kraftmaschine bei einem mageren Luft-/Kraftstoff-Verhältnis betrieben wird, dann führt die ECU 30 der Kraftmaschine jenen Kraftstoff zu, der nicht in der Brennkammer verbrennt, um das Luft-/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases der Kraftmaschine zu einem fetten Luft-/Kraftstoff-Verhältnis zu ändern. Daher strömt das Abgas mit einem fetten Luft-/Kraftstoff-Verhältnis in den NOx-Okklusions- und Reduktionskatalysator ungeachtet des wirksamen Luft-/Kraftstoff-Verhältnisses der Kraftmaschine. Daher wird das absorbierte NOx aus dem NOx-Okklusions- und Reduktionskatalysator gelöst und durch Reduktion gereinigt. Die Zeit zum Aufrechterhalten des fetten Luft-/Kraftstoff-Verhältnisses des Abgases durch Zuführen des unwirksamen Kraftstoffes wird auf der Grundlage der Art und des Volumens des NOx-Okklusions- und Reduktionskatalysators experimentell bestimmt. Der Wert des NOx-Zählers wird auf 0 zurückgesetzt, nachdem das NOx aus dem NOx-Okklusions- und Reduktionskatalysator gelöst ist und durch Reduktion bei der Zufuhr des unwirksamen Kraftstoffes gereinigt wird. Beim Zuführen des unwirksamen Kraftstoffes auf der Grundlage der durch den NOx-Okklusions- und Reduktionskatalysator 7 absorbierten NOx-Menge wird gemäß der vorstehenden Beschreibung der NOx-Okklusions- und Reduktionskatalysator 7 angemessen regeneriert, und er wird nicht durch das absorbierte NOx gesättigt.
  • Wie dies vorstehend beschrieben ist, wird der unwirksame Kraftstoff durch zwei Verfahren zugeführt, d.h. ein Verfahren, bei dem der Sekundärkraftstoff aus den Direktkraftstoffeinspritzventil in den Zylinder bei dem Expansionshub oder bei dem Auslasshub des Zylinders eingespritzt wird, und ein Verfahren, bei dem der Kraftstoff in den Auslassanschluss eingespritzt wird. Bei diesem Beispiel mit den Direktkraftstoffeinspritzventilen 111 bis 114 wird der unwirksame Kraftstoff zu der Kraftmaschine durch die sekundäre Kraftstoffeinspritzung zugeführt. Die vorliegende Erfindung kann jedoch in ähnlicher Weise auch auf jene Kraftmaschine angewendet werden, die mit den Auslassanschluss-Kraftstoffeinspritzventilen ausgestattet ist und bei der der unwirksame Kraftstoff durch die Auslassanschluss-Kraftstoffeinspritzung zugeführt wird.
  • Wenn der unwirksame Kraftstoff zu der Kraftmaschine durch die sekundäre Kraftstoffeinspritzung (oder durch die Auslassanschluss-Kraftstoffeinspritzung) gemäß der vorstehenden Beschreibung zugeführt wird, dann enthält das Abgas der Kraftmaschine relativ große Mengen an nichtverbranntem Kraftstoff, die als der unwirksame Kraftstoff zugeführt werden. Wenn der unwirksame Kraftstoff zugeführt wird, während die EGR ausgeführt wird, wird daher das Abgas, das relativ große Mengen an nichtverbranntem Kraftstoff enthält, in den Einlasskanal 10 durch den EGR-Kanal 43 rückgeführt, und der nichtverbrannte Kraftstoff wird in die Brennkammer in den Zylinder zugeführt und in der Brennkammer verbrannt. Wie dies vorstehend beschrieben ist, wird jedoch die Kraftstoffeinspritzmenge in die Kraftmaschine (nachfolgend als die Hauptkraftstoffeinspritzmenge bezeichnet, um sie gegenüber dem unwirksamen Kraftstoff zu unterscheiden) auf einen optimalen Wert durch die ECU 30 auf der Grundlage der Kraftmaschinenbetriebszustände gesteuert. Wenn der nichtverbrannte Kraftstoff, der der Brennkammer zusammen mit dem rückgeführten Abgas zugeführt wird und verbrennt, wird daher die Menge des der Kraftmaschine zugeführten Kraftstoffes übermäßig, und das Luft-/Kraftstoff-Verhältnis wird zu fett, was eine instabile Verbrennung verursacht, oder das fette Luft-/Kraftstoff-Verhältnis bei der Verbrennung bewirkt die Erzeugung einer erhöhten Abgabe der Kraftmaschine, was zu einer Änderung des abgegebenen Drehmoments der Kraftmaschine führt.
  • Wenn der Sekundärkraftstoff gemäß diesem Beispiel eingespritzt wird, wird daher die EGR zum Lösen des vorstehend genannten Problemes beschränkt, die EGR wird nämlich beschränkt (zum Beispiel unterbrochen), wodurch kein Abgas, das den nichtverbrannten Kraftstoff enthält, in die Brennkammer der Kraftmaschine rückgeführt wird. Daher ändert sich das Luft-/Kraftstoff-Verhältnis der Verbrennung in der Brennkammer proportional zu der Hauptkraftstoffeinspritzmenge, und es wird verhindert, dass das Luft-/Kraftstoff-Verhältnis fetter als ein optimaler Wert wird.
  • Die 3 zeigt ein Flussdiagramm des Betriebes der sekundären Kraftstoffeinspritzung gemäß einem Beispiel, das außerhalb des Umfanges der Ansprüche liegt. Dieser Betrieb wird durch eine Routine durchgeführt, die durch die ECU 30 jeweils in vorbestimmten Intervallen ausgeführt wird (zum Beispiel jeweils bei vorbestimmten Kurbelwellendrehwinkeln).
  • Wenn der Betrieb gemäß der 3 startet, dann wird bei einem Schritt 1001 bestimmt, ob die sekundäre Kraftstoffeinspritzung nun erforderlich ist. Bei diesem Beispiel fordert die ECU 30 die sekundäre Kraftstoffeinspritzung für eine vorbestimmte Zeitperiode nur dann, wenn der Wert des NOx-Zählers CNOX des NOx-Okklusions- und Reduktionskatalysators 7 größer als ein vorbestimmter Wert wird.
  • Wenn die sekundäre Kraftstoffeinspritzung bei dem Schritt 1001 gefordert wird, dann werden bei einem Schritt 1003 der Beschleunigungsvorrichtungsöffnungsgrad ACCP, die Kraftmaschinendrehzahl NE und der Kraftmaschineneinlassluftdruck PM gelesen, und der gegenwärtige Betriebsmodus (1. bis 5.) wird aus ACCP und NE bestimmt. Des Weiteren wird die gegenwärtige Hauptkraftstoffeinspritzmenge gINJ der Kraftmaschine aus der Tabelle mit den nummerischen Werten berechnet, die für jeden der Betriebsmodi auf der Grundlage von ACCP und NE (Modi 1. bis 3.) oder auf der Grundlage von PM und NE (Modi 4. und 5.) vorbereitet wurde.
  • Bei einem Schritt 1007 wird die EGR unterbrochen. Bei diesem Beispiel wird die EGR dadurch unterbrochen, dass das EGR-Ventil 41 vollständig geschlossen wird. Bei einem Schritt 1009 wird bestimmt, ob die EGR durch den vorstehend beschriebenen Betrieb unterbrochen ist (d.h. ob das EGR-Ventil 41 vollständig geschlossen ist). Die Schritte 1011 und 1013 werden nicht ausgeführt, bis die EGR unterbrochen ist.
  • Wenn die EGR bei dem Schritt 1009 unterbrochen ist, dann wird die sekundäre Kraftstoffeinspritzmenge qEX bei dem Schritt 1011 berechnet. Die sekundäre Kraftstoffeinspritzmenge qEx wird auf der Grundlage der Hauptkraftstoffeinspritzmenge qINJ und des wirksamen Luft-/Kraftstoff-Verhältnisses der Kraftmaschine so berechnet, dass das Luft-/Kraftstoff-Verhältnis des in den NOx-Okklusions- und Reduktionskatalysator 7 strömenden Abgases zu einem vorbestimmten fetten Luft-/Kraftstoff-Verhältnis wird. Bei dem Schritt 1013 wird der Sekundärkraftstoff in alle Zylinder bei dem Expansionshub oder bei dem Auslasshub eingespritzt. Wenn die sekundäre Kraftstoffeinspritzung bei dem Schritt 1001 nicht gefordert wird, dann wird der Betrieb unmittelbar beendet, ohne dass der Sekundärkraftstoff eingespritzt wird. In diesem Fall darf die EGR fortgesetzt werden, die aktiviert wurde.
  • Bei diesem Beispiel wird die EGR dann unterbrochen, wenn der Sekundärkraftstoff eingespritzt wird, um die Rückführung des nichtverbrannten Kraftstoffes in die Brennkammer der Kraftmaschine zu verhindern, und um den Verlust der Stabilität und die Änderung des abgegebenen Drehmomentes bei der Verbrennung zu verhindern. Bei diesem Beispiel wird die EGR dann vollständig unterbrochen, wenn der Sekundärkraftstoff eingespritzt wird. Bei dem tatsächlichen Betrieb treten jedoch auch dann keine Probleme auf, wenn der nichtverbrannte Kraftstoff in die Brennkammer mit einem gewissen Maße rückgeführt wird, es sei denn, die Verbrennung wird instabil und das abgegebene Drehmoment ändert sich. Daher kann eine maximale EGR-Menge im Voraus anhand von Experimenten herausgefunden werden, die auch dann kein Problem verursacht, wenn die EGR ausgeführt wird, wobei der Sekundärkraftstoff eingespritzt wird, und die EGR-Menge kann auf einen Wert verringert werden, der nicht größer als der vorstehend genannte maximale Wert ist, wenn der Sekundärkraftstoff eingespritzt wird.
  • Das vorstehend beschriebene Beispiel behandelt den Fall des externen EGR-Systems. Jedoch kann der gleiche Steuerungsbetrieb auf den Fall des internen EGR-Systems ebenfalls angewendet werden.
  • Die 4 zeigt eine schematische Darstellung des Aufbaus eines Beispieles, dass außerhalb des Umfanges der Ansprüche liegt, welches das interne EGR-System verwendet. In der 4 bezeichnen dieselben Bezugszeichen hinsichtlich den 1 und 2 ähnliche Bauelemente zu den 1 und 2.
  • Das Beispiel in der 4 ist weder mit dem EGR-Kanal 43 noch mit dem EGR-Ventil 41 gemäß der 2 versehen. Stattdessen wird die interne EGR unter Verwendung einer variablen Ventilzeitgebungsvorrichtung 200 zum Ändern der Ventilzeitgebungen der Kraftmaschine 1 gesteuert. Bei diesem Beispiel kann irgendeine bekannte variable Ventilzeitgebungsvorrichtung 200 verwendet werden, sofern sie die Ventilzeitgebungen der Kraftmaschine 1 auf der Grundlage von Steuersignalen von der ECU 30 verändern kann. Zum Beispiel kann irgendeine zum Verändern der Öffnungs-/Schließzeitgebungen der Einlassventile und/oder der Auslassventile verwendet werden, oder es kann eine zum Verändern der Öffnungs-/Schließzeitgebungen und außerdem des Ventilhubs verwendet werden. Die Ventilzeitgebungen können entweder kontinuierlich oder stufenweise verändert werden.
  • Die 5 zeigt eine Darstellung der Ventilzeitgebungen der Kraftmaschine 1. Die 12 zeigt schematisch Darstellungen von allgemeinen Öffnungs-/Schließzeitgebungen eines Einlassventils und eines Auslassventils, und bei der die Öffnungs-/Schließzeitgebungen des Einlassventils durch einen gleichen Betrag geändert werden. In der 5 ist TDC der obere Todpunkt des Kolbens, BDC ist der untere Todpunkt, IO und IC sind die Ventilöffnungszeitgebung und die Ventilschließzeitgebung des Einlassventils, und EO und EC sind die Ventilöffnungszeitgebung und die Ventilschließzeitgebung des Auslassventils. Wie dies in der 5 gezeigt ist, wird das Einlassventil vor dem oberen Todpunkt (TDC) bei dem Auslasshub geöffnet, und es wird nach dem unteren Todpunkt (BDC) bei dem Saughub geschlossen. Das Auslassventil wird vor dem unteren Todpunkt (BDC) bei dem Verbrennungshub geöffnet, und es wird nach dem oberen Todpunkt (TDC) bei dem Auslasshub geschlossen. Bei dem Auslasshub, der in der 5 gezeigt ist, wurde die Ventilzeitgebung so festgelegt, dass das Einlassventil geöffnet wird (IO), bevor das Auslassventil geschlossen wird (EC), und somit ist eine Zeitperiode vorhanden, in der sowohl das Einlassventil als auch das Auslassventil geöffnet sind (OL in der 5). Bei diesem Beispiel wird die Länge (Winkel) der Zeitperiode OL als Ventilüberlappungsbetrag bezeichnet. Bei diesem Beispiel, das später beschrieben wird, kann die Einlassventilzeitgebung (Ventilöffnungszeitgebung) von einer Zeitgebung, die durch IO0 (am stärksten verzögerte Zeitgebung) dargestellt ist, zu einer Zeitgebung eingestellt werden, die durch IO1 (am stärksten vorgerückte Zeitgebung) dargestellt ist, wie dies in der 5 gezeigt ist. Bei diesem Beispiel ist des Weiteren der Kurbelwellendrehwinkel von der am stärksten verzögerten Ventilzeitgebungsposition (IO0) zu der gegenwärtigen Position (IO) als ein Ventilzeitgebungswert VT definiert. Bei diesem Beispiel, wie dies aus der 5 verständlich wird, ist die Zeitgebung zum Schließen des Auslassventils fixiert, und somit stimmen der Ventilzeitgebungswert VT und der Ventilüberlappungsbetrag OL miteinander in einer 1:1-Beziehung überein.
  • Im Allgemeinen verlängert sich die Zeit, in der das Einlassventil während des Auslasshubs geöffnet bleibt, bei einem Anstieg des Ventilüberlappungsbetrags OL der Einlass- und Auslassventile (bei einer Vergrößerung der Einlassventilzeitgebung VT). Daher strömt das verbrannte Gas (Abgas) nach der Verbrennung in dem Zylinder in umgekehrter Richtung in den Einlassanschluss durch das Einlassventil, das geöffnet ist, und es wird erneut in den Zylinder während des Saughubs rückgeführt. Daher vermehrt sich die Abgasmenge (EGR-Gasmenge), die in die Brennkammer der Kraftmaschine rückgeführt wird, bei einer Vergrößerung des Ventilüberlappungsbetrages OL. Gemäß diesem Beispiel stellt die ECU 30 daher die in die Brennkammer der Kraftmaschine rückgeführte Abgasmenge durch Steuern der Einlassventilzeitgebung (d.h. des Ventilüberlappungsbetrages OL) ein, anstatt dass sie den Öffnungsgrad des EGR-Ventils 41 in der 2 steuert.
  • Wenn der Sekundärkraftstoff in die Zylinder während des Expansionshubs oder des Auslasshubs eingespritzt wird, dann strömt der unwirksame Kraftstoff, der zum Teil eingespritzt wird, in umgekehrter Richtung in den Einlassanschluss zusammen mit dem verbrannten Gas während der Überlappungszeitperiode, und er wird in die Brennkammer während des Saughubs rückgeführt, was das gleiche Problem wie bei der externen EGR hervorruft. In diesem Fall unterbricht die ECU 30 daher die EGR (sie legt den Überlappungsbetrag OL auf 0 fest), wenn der Sekundärkraftstoff eingespritzt wird, so dass die Verbrennung nicht an Stabilität verliert und das abgegebene Drehmoment nicht durch die Rückführung des nichtverbrannten Kraftstoffes geändert wird.
  • Der Betrieb ist in diesem Fall gleich wie bei dem Flussdiagramm in der 3. Jedoch wird der Betrieb zum Unterbrechen der EGR bei dem Schritt 1007 ausgeführt, indem die Einlassventilzeitgebung VT verzögert wird und indem der Ventilüberlappungsbetrag auf 0 festgelegt wird.
  • In diesem Fall kann die EGR-Menge ebenfalls auf ein derartiges Maß verringert werden, dass kein Problem in der Praxis auftritt, wenn der Sekundärkraftstoff eingespritzt wird, und zwar anstatt die EGR zu unterbrechen.
  • (1) Erstes Ausführungsbeispiel
  • Nachfolgend wird ein erstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben.
  • Bei den vorstehend beschriebenen Beispielen wird die EGR dann unterbrochen, wenn der Sekundärkraftstoff eingespritzt wird. Bei dem nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiel wird jedoch die Einspritzung des Sekundärkraftstoffes dann unterbunden, wenn die EGR ausgeführt wird. Da kein Sekundärkraftstoff eingespritzt wird, wenn die EGR ausgeführt wird, ist nichtverbrannter Kraftstoff in dem Abgas enthalten, das in die Brennkammer der Kraftmaschine rückgeführt wird. Ähnlich wie bei den vorstehend beschriebenen Beispielen tritt daher kein Problem auf, dass durch die Rückführung des nichtverbrannten Kraftstoffes in die Brennkammer hervorgerufen werden würde.
  • Die 6 zeigt ein Flussdiagramm des Betriebes der sekundären Kraftstoffeinspritzung, wenn die sekundäre Kraftstoffeinspritzung während der Ausführung der EGR bei der Kraftmaschine mit dem externen EGR-System gemäß der 2 unterbunden wird. Dieser Betrieb wird durch eine Routine durchgeführt, die durch die ECU 30 in vorbestimmten Intervallen ausgeführt wird (zum Beispiel in vorbestimmten Kurbelwellendrehwinkeln).
  • Bei der Kraftmaschine gemäß der 2 ist der EGR-Kanal 43 mit dem Auslasskanal 2b der Zylinder #2 und #3 der Kraftmaschine verbunden. Wenn die EGR ausgeführt wird, kann daher die sekundäre Kraftstoffeinspritzung für die Zylinder #2 und #3 unterbunden werden, um das Mischen des nichtverbrannten Kraftstoffes mit dem rückgeführten Abgas zu verhindern. Bei diesem Betrieb wird daher der Sekundärkraftstoff nicht in die Zylinder #2 und #3 eingespritzt, wenn die EGR ausgeführt wird, und der Sekundärkraftstoff wird ausschließlich in die Zylinder #1 und #4 eingespritzt.
  • Wenn der Betrieb gemäß der 6 startet, dann wird bei einem Schritt 1301 bestimmt, ob die sekundäre Kraftstoffeinspritzung nun gefordert wird. Wenn die sekundäre Kraftstoffeinspritzung gefordert wird, dann werden bei einem nächsten Schritt 1303 der Beschleunigungsvorrichtungsöffnungsgrad ACCP, die Kraftmaschinendrehzahl NE und der Kraftmaschineneinlassluftdruck PM gelesen, und die gegenwärtige Hauptkraftstoffeinspritzmenge qINJ wird berechnet. Die Vorgänge bei den Schritten 1301 bis 1305 sind gleich den Vorgängen bei den Schritten 1001 bis 1005 in der 3.
  • Als Nächstes wird bei einem Schritt 1307 bestimmt, ob die EGR nun durchzuführen ist. Wenn die EGR durchzuführen ist, dann wird die Menge qEX des rückgeführten Abgases bei einem Schritt 1309 auf der Grundlage der Hauptkraftstoffeinspritzmenge qINJ und der Drehzahl NE berechnet. Dann wird bei einem Schritt 1311 die sekundäre Kraftstoffeinspritzmenge qEX auf der Grundlage der EGR-Menge QEX und der Hauptkraftstoffeinspritzmenge qINJ berechnet. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird die sekundäre Kraftstoffeinspritzmenge qEX im Voraus auf der Grundlage der Hauptkraftstoffeinspritzmenge qINJ und der Menge QEX des rückgeführten Abgases so festgelegt, dass das Luft-/Kraftstoff-Verhältnis des in den NOx-Okklusions- und Reduktionskatalysator 7 strömenden Abgases zu einem vorbestimmten fetten Luft-/Kraftstoff-Verhältnis wird. Wenn die EGR jedoch nicht durchzuführen ist, dann wird kein sekundärer Kraftstoff in die Zylinder #2 und #3 eingespritzt. Daher muss das Luft-/Kraftstoff-Verhältnis des in den NOx-Okklusions- und Reduktionskatalysator 7 strömenden Abgases auf ein vorbestimmtes fettes Luft-/Kraftstoff-Verhältnis aufrechterhalten werden, indem der Sekundärkraftstoff ausschließlich in die Zylinder #1 und #4 eingespritzt wird. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird die sekundäre Kraftstoffeinspritzmenge qEX im Voraus auf der Grundlage der Hauptkraftstoffeinspritzmenge qINJ und der Menge QEX des rückgeführten Abgases (auf der Grundlage des Luft-/Kraftstoff-Verhältnisses für die Verbrennung in dem Zylinder, die durch qEX und QEX bestimmt ist) für jenen Fall festgelegt, wenn der Sekundärkraftstoff ausschließlich in die Zylinder #1 und #4 eingespritzt wird, und sie wird als eine Tabelle mit nummerischen Werten unter Verwendung von qINJ und QEX als Parameter in dem ROM der ECU 30 gespeichert. Bei einem Schritt 1311 wird daher die sekundäre Kraftstoffeinspritzmenge qEX aus qINJ und QEX auf der Grundlage der Tabelle mit den nummerischen Werten berechnet. Bei einem Schritt 1313 wird der Sekundärkraftstoff bei dem Expansionshub oder bei dem Auslasshub der Zylinder #1 und #4 eingespritzt.
  • Wenn die EGR bei dem Schritt 1307 nicht durchgeführt wird, dann schreitet der Betrieb zu einen Schritt 1315 weiter, bei dem die sekundäre Kraftstoffeinspritzmenge qEX berechnet wird. Da die EGR nicht durchgeführt wird, wird hierbei der Sekundärkraftstoff in alle Zylinder eingespritzt, und die sekundäre Kraftstoffeinspritzmenge qEX wird auf der Grundlage der Hauptkraftstoffeinspritzmenge qINJ und des wirksamen Luft-/Kraftstoff-Verhältnisses der Kraftmaschine wie bei dem Schritt 1011 in der 3 berechnet. Bei einem Schritt 1317 wird der Sekundärkraftstoff in alle Zylinder einschließlich der Zylinder #2 und #3 bei dem Expansionshub oder bei dem Auslasshub eingespritzt. Wenn die sekundäre Kraftstoffeinspritzung bei dem Schritt 1301 nicht gefordert wird, dann wird der Sekundärkraftstoff nicht eingespritzt, und der Betrieb wird unmittelbar beendet.
  • Wenn die EGR ausgeführt wird, wie dies vorstehend beschrieben ist, dann wird die sekundäre Kraftstoffeinspritzung unterbunden, um das Mischen des nichtverbrannten Kraftstoffes in der Brennkammer der Kraftmaschine vollständig zu verhindern. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird die sekundäre Kraftstoffeinspritzung vollständig unterbunden, wenn die EGR durchgeführt wird. Jedoch treten bei dem tatsächlichen Betrieb die Probleme auch dann nicht auf, wenn der nichtverbrannte Kraftstoff in die Brennkammern eintritt, sofern die Menge des nichtverbrannten Kraftstoffes ausreichend klein ist, so dass kein Stabilitätsverlust der Verbrennung verursacht wird oder keine Änderung des Drehmoments verursacht wird. Daher kann eine maximale sekundäre Kraftstoffeinspritzmenge durch Experimente derart im Voraus festgelegt werden, dass kein Stabilitätsverlust der Verbrennung verursacht wird oder dass keine Änderung des Drehmoments verursacht wird, wenn die EGR durchgeführt wird, und die sekundäre Kraftstoffeinspritzmenge für die Zylinder #2 und #3 kann auf einen Wert verringert werden, der kleiner ist als die maximale Menge, wenn die EGR durchgeführt wird.
  • Die 7 zeigt ein Flussdiagramm zum Beschreiben des Betriebs der sekundären Kraftstoffeinspritzung, wenn die sekundäre Kraftstoffeinspritzung bei der Kraftmaschine mit dem internen EGR-System gemäß der 4 unterbunden wird, während die EGR durchgeführt wird. Dieser Betrieb wird durch eine Routine durchgeführt, die durch die ECU 30 jeweils in vorbestimmten Intervallen ausgeführt wird (z.B. jeweils in vorbestimmten Kurbelwellendrehwinkeln).
  • Wenn der Betrieb gemäß der 4 startet, dann wird bei Schritten 1401 bis 1405 bestimmt, ob die sekundäre Kraftstoffeinspritzung gefordert wird (Schritt 1401), und ACCP, NE und PM werden gelesen (1403), und die Hauptkraftstoffeinspritzmenge qINJ wird berechnet (Schritt 1405). Die Vorgänge bei den Schritten 1401 bis 1405 sind gleich wie bei den Schritten 1301 bis 1305 in der 6. Bei einem Schritt 1407 wird bestimmt, ob die EGR nun durchgeführt wird, und zwar auf der Grundlage des Kraftmaschinenventilüberlappungsbetrags OL. Wenn OL = 0 gilt (kein überlappen), dann wird die interne EGR nun nicht durchgeführt, und der Betrieb schreitet zu einen Schritt 1409 weiter, bei dem die sekundäre Kraftstoffeinspritzmenge qEX berechnet wird. Bei einem Schritt 1411 wird der Sekundärkraftstoff in alle Zylinder bei dem Expansionshub oder bei dem Auslasshub eingespritzt. Vorgänge bei den Schritten 1409 und 1411 sind gleich wie bei den Schritten 1315 und 1317 in der 6. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird andererseits der Sekundärkraftstoff in keinen der Zylinder eingespritzt, wenn die EGR bei dem Schritt 1407 durchgeführt wird. Die sekundäre Kraftstoffeinspritzung wird nämlich für alle Zylinder unterbunden, und es wird die Rückführung des nichtverbrannten Kraftstoffes in die Brennkammern verhindert.
  • Bei diesem Ausführungsbeispiel kann der Sekundärkraftstoff ebenfalls eingespritzt werden, aber in einer derart kleinen Menge, dass kein Problem verursacht wird, und zwar anstelle der Unterbindung der sekundären Kraftstoffeinspritzung in die Zylinder, während die EGR durchgeführt wird.
  • (2) Zweites Ausführungsbeispiel
  • Als Nächstes wird nachfolgend ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben. Bei den Ausführungsbeispielen in den 6 und 7 wird die sekundäre Kraftstoffeinspritzung beschränkt, während die EGR durchgeführt wird, um das Rückführen des nichtverbrannten Kraftstoffes in die Brennkammern zu verhindern. Jedoch erschwert bei dem internen EGR-System in der 4 insbesondere die Beschränkung der sekundären Kraftstoffeinspritzung ziemlich das Lösen von NOx aus dem NOx-Okklusions- und Reduktionskatalysator 7. Wenn die sekundäre Kraftstoffeinspritzung beschränkt wird, wann immer auch die EGR durchgeführt wird, verringert sich daher die Frequenz des Betriebes zum Lösen von NOx aus dem NOx-Okklusions- und Reduktionskatalysator, und der NOx-Okklusions- und Reduktionskatalysator hat die Neigung, dass er durch NOx gesättigt wird, welches er absorbiert hat. Bei einem nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiel wird daher die sekundäre Kraftstoffeinspritzung unterbunden, auch wenn die sekundäre Kraftstoffeinspritzung wie bei dem Ausführungsbeispiel in der 7 gefordert wird, wenn die Menge des rückgeführten Abgases größer ist als ein vorbestimmter Wert, während die EGR durchgeführt wird. Wenn die Menge des rückgeführten Abgases kleiner ist als der vorbestimmte Wert, dann wird jedoch im Gegensatz zu dem vorstehend beschriebenen Betrieb der Sekundärkraftstoff eingespritzt, während die EGR unterbrochen wird. Wenn die EGR unterbrochen wird, dann vermehrt sich die aus der Kraftmaschine ausgelassene NOx-Menge. Jedoch vermehrt sich die Menge der NOx-Emissionen nicht so stark, auch wenn die EGR unterbrochen wird, wenn die Menge des rückgeführten Abgases relativ klein ist, bevor die EGR unterbrochen wird. Wenn die Menge des rückgeführten Abgases relativ klein ist, dann ist es daher insgesamt vorteilhaft, die Frequenz zum Lösen von NOx durch Einspritzen des Sekundärkraftstoffes zu erhöhen, während die EGR unterbrochen wird. Da bei diesem Ausführungsbeispiel die Kraftmaschine mit dem internen EGR-System versehen ist, wie dies in der 4 gezeigt ist, wird die sekundäre Kraftstoffeinspritzung unterbunden, wenn die Menge des rückgeführten Abgases durch die EGR größer als ein vorbestimmter Wert ist, aber umgekehrt wird der Sekundärkraftstoff eingespritzt, während die EGR unterbrochen wird, wenn die Menge des rückgeführten Abgases kleiner ist als der vorbestimmte Wert. Dadurch ist es möglich, den Stabilitätsverlust der Verbrennung und die Änderung des abgegebenen Drehmoments von der Kraftmaschine zu verhindern, und zwar aufgrund der Rückführung des nichtverbrannten Kraftstoffes in die Brennkammern, während eine hohe Frequenz zum Ausführen des Betriebes zum Lösen von NOx aus dem NOx-Okklusions- und Reduktionskatalysator aufrechterhalten wird.
  • Die 8 zeigt ein Flussdiagramm des Betriebes der sekundären Kraftstoffeinspritzung gemäß dem Ausführungsbeispiel. Dieser Betrieb wird durch eine Routine durchgeführt, die durch die ECU 30 jeweils in vorbestimmten Intervallen ausgeführt wird (z.B. jeweils in vorbestimmten Kurbelwellendrehwinkeln).
  • Bei dem Betrieb gemäß der 8 wird bei einem Schritt 1501 bestimmt, ob die sekundäre Kraftstoffeinspritzung nun gefordert wird. Bei Schritten 1503 und 1505 wird die Hauptkraftstoffeinspritzmenge qINJ auf der Grundlage von ACCP, NE und PM berechnet. Die Betriebe bei den Schritten 1501 bis 1505 sind gleich wie bei den Schritten 1001 bis 1005 in der 3.
  • Nachdem die Hauptkraftstoffeinspritzmenge qINJ bei dem Schritt 1505 berechnet wurde, wird bei einem Schritt 1507 auf der Grundlage des Ventilüberlappungsbetrages OL bestimmt, ob die Menge des rückgeführten Abgases aufgrund der EGR nun größer als die vorbestimmte Menge ist. Wie dies bereits beschrieben ist, vermehrt sich die Menge des in die Brennkammer aufgrund der EGR rückgeführten Abgases bei einer Vergrößerung des Ventilüberlappungsbetrages OL. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird daher bestimmt, dass die Menge des rückgeführten Abgases aufgrund der EGR nun größer ist als der vorbestimmte Wert, wenn der Ventilüberlappungsbetrag OL größer ist als ein vorbestimmter Wert α.
  • Wenn die sekundäre Kraftstoffeinspritzung bei dem Schritt 1501 nicht gefordert wird und wenn der Ventilüberlappungsbetrag OL größer ist als der vorbestimmte Wert α bei dem Schritt 1507, dann wird der Betrieb in einfacher Weise beendet, ohne dass die Vorgänge bei einem Schritt 1509 und nachfolgenden Schritten ausgeführt werden. Wenn nämlich das Abgas in großen Mengen in die Brennkammer rückgeführt wird, dann wird der Sekundärkraftstoff nicht eingespritzt, auch wenn die sekundäre Kraftstoffeinspritzung gefordert wird.
  • Wenn andererseits der Ventilüberlappungsbetrag OL kleiner als α bei dem Schritt 1505 ist, d.h. wenn das Abgas in kleinen Mengen durch die EGR rückgeführt wird, dann schreitet der Betrieb zu dem Schritt 1509, um den Unterbrechungsbetrieb durchzuführen (d.h. um OL = 0 durch Verzögern der Einlassventilzeitgebung VT zu erreichen). Nachdem die Unterbrechung der EGR bei einem Schritt 1511 bestätigt wurde, d.h. wenn OL = 0 gilt, dann wird bei einem Schritt 1513 die sekundäre Kraftstoffeinspritzmenge qEX berechnet, und bei einem Schritt 1515 wird der Sekundärkraftstoff in alle Zylinder bei dem Expansionshub oder bei dem Auslasshub eingespritzt. Die Vorgänge bei den Schritten 1513 und 1515 sind gleich wie bei den Schritten 1011 und 1013 in der 3.
  • Wenn der Ventilüberlappungsbetrag OL größer als der vorbestimmte Wert α ist, dann wird daher die sekundäre Kraftstoffeinspritzung unterbunden, und die EGR wird fortgesetzt. Wenn der Ventilüberlappungsbetrag OL kleiner als der vorbestimmte Wert α ist, dann wird die EGR unterbrochen, und der Sekundärkraftstoff wird eingespritzt. Daher erhöht sich die Frequenz zum Einspritzen des Sekundärkraftstoffes (Frequenz zum Lösen von NOx aus dem NOx-Okklusions- und Reduktionskatalysator erhöht sich), und eine Sättigung des NOx-Okklusions- und Reduktionskatalysators wird verhindert.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung, wie sie vorstehend beschrieben ist, verliert die Verbrennung bei der Kraftmaschine nicht an Stabilität, und das abgegebene Drehmoment ändert sich nicht, auch wenn der unwirksame Kraftstoff der Kraftmaschine zugeführt wird, der in der Brennkammer nicht verbrennt, der aber zusammen mit dem Abgas ausgelassen wird.

Claims (2)

  1. Steuersystem für eine Brennkraftmaschine, mit: einer Einrichtung (111 bis 114) zum Zuführen von unwirksamen Kraftstoff, der in der Brennkammer der Kraftmaschine (1) nicht verbrennt; und einer EGR-Einrichtung zum Rückführen des Abgases von der Kraftmaschine in die Brennkammer der Kraftmaschine, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (30) zum Beschränken der Zufuhr des unwirksamen Kraftstoffes durch die Einrichtung (111 bis 114) zum Zuführen des unwirksamen Kraftstoffes, wenn das Abgas durch die EGR-Einrichtung rückgeführt wird.
  2. Steuersystem für eine Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 1, wobei die Einrichtung (30) zum Beschränken der Zufuhr des unwirksamen Kraftstoffes den unwirksamen Kraftstoff beschränkt, der durch die Einrichtung (111 bis 114) zum Zuführen des unwirksamen Kraftstoffes zugeführt wird, wenn die Durchsatzrate des Abgases, das durch die EGR-Einrichtung rückgeführt wird, größer als ein vorbestimmter Wert ist.
DE69927445T 1998-07-22 1999-07-21 Steuerungssystem für eine Brennkraftmaschine Expired - Lifetime DE69927445T2 (de)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP20677598A JP3624702B2 (ja) 1998-07-22 1998-07-22 内燃機関の制御装置
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