DE19755348A1 - Abgastemperatur-Anstiegssystem für einen Zylinder-Inneneinspritzungs-Innenverbrennungsmotor - Google Patents

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG Technisches Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Zylinder- Inneneinspritzungs-Innenverbrennungsmotor, der ausgebildet ist, um Kraftstoff direkt in eine Brennkammer einzuspritzen, und bewirkt, daß der eingespritzte Kraftstoff für eine Schicht- Verbrennung funkengezündet wird, und betrifft insbesondere ein System zum Anheben der Abgastemperatur, um dadurch die sofortige Aktivierung einer Abgas-Reinigungsvorrichtung eines Zylinder- Inneneinspritzungs-Innenverbrennungsmotors zu ermöglichen, wenn der Motor fortwährend einen mageren Verbrennungsbetrieb durchführt.

Beschreibung des dazugehörigen Standes der Technik

Für Funkenzündungs-Fahrzeug-Innenverbrennungsmotoren wurden verschiedene Zylinder-Inneneinspritzungs-Benzinmotoren vorgesch­ lagen, die Kraftstoff direkt in eine Brennkammer einspritzen, und zwar ganz anders als in den herkömmlichen Ansaugrohr- Einspritzmotoren, in denen Kraftstoff in ein Ansaugrohr einge­ spritzt und in eine Brennkammer überführt wird. Ein Zylinder- Inneneinspritzmotor ist für gewöhnlich angeordnet, um Kraftstoff aus einem Kraftstoff-Einspritzventil in einen Hohlraum einzuspritzen, der im oberen Teil eines Kolbens des Motors ausgebildet ist, um zu einem Zündungs-Zeitpunkt um eine Zündkerze herum ein Luft-Kraftstoffgemisch lokal zu erzeugen, das ein Luft-Kraftstoffverhältnis aufweist, das in der Nähe des stöchiometrischen Luft-Kraftstoffverhältnis ist, um dadurch eine ordnungsgemäße Verbrennung eines mageren Luft-Kraftstoffgemischs zu ermöglichen, dessen in Bezug auf die Gesamtheit der Brennkammer beobachtetes mittleres Luft-Kraftstoffverhältnis mager ist, um die Emission schädlicher Abgasbestandteile zu verringern und um den Kraftstoffverbrauch zu verbessern. Wenn der Motor einen derartigen Mager-Verbrennungsbetrieb im gesamten Betriebsbereich durchführt, kann jedoch in einigen Betriebsbereichen eine unzureichende Motorleistung auftreten. Um dies zu verhindern, ist der Einspritzmotor ausgebildet, um abhängig von den Betriebsbedingungen des Motors den Einspritzmodus zwischen einem Kompressionshub-Einspritzmodus und einem Ansaughub-Einspritzmodus zu schalten.

Wenn sich der Motor in einem Niedriglast-Betriebsbereich befindet, wird der Kompressionshub-Einspritzmodus gewählt, in dem Kraftstoff hauptsächlich während des Kompressionshub eingespritzt wird. In diesem Modus bleibt der größte Teil des Kraftstoffs, der während des Kompressionshubs in Richtung des Kolbenhohlraums gespritzt wird, aufgrund der Bewegung eines Tumblestroms von Ansaugluft, die während des Ansaughubs in die Brennkammer gesaugt wird, im Hohlraum. Selbst wenn daher eine geringe Kraftstoffmenge eingespritzt wird, um das mittlere Luft- Kraftstoffverhältnis groß zu machen, wird zum Zündungs- Zeitpunkt, wenn sich der Kolben der Zündkerze nähert, im Hohlraum um eine Zündkerze herum ein Luft-Kraftstoffgemisch gebildet, das über ein Luft-Kraftstoffverhältnis verfügt, das dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoffverhältnis ähnelt. Daher wird die Entzündung des Luft-Kraftstoffgemischs durch einen Funken möglich. Dies erlaubt, daß dem Zylinder im Kompressionshub-Einspritzmodus eine große Menge von Ansaugluft zugeführt wird, so daß der Pumpverlust vermindert und der Kraftstoffverbrauch stark verbessert wird.

Sobald sich der Motor in einem mittleren- bzw. hochlastigen Betriebsbereich befindet, wird Kraftstoff hauptsächlich während des Ansaughubs eingespritzt, um in der Brennkammer ein Gemisch mit einem einheitlichen Luft-Kraftstoffverhältnis zu bilden. In diesem Fall kann eine große Menge von Kraftstoff verbrannt werden, ohne daß infolge des Vorliegens eines überreichen Gemischs um die Zündkerze herum eine Fehlzündung bewirkt wird, wodurch die Motorleistung gesichert werden kann, die zum Zeitpunkt der Beschleunigung oder des Fahrens bei hoher Geschwindigkeit erforderlich ist.

Zum Zeitpunkt des Kaltstartens des Motors oder während eines niedriglastigen Motorbetriebs bei einer niedrigen Umgebungs-Lufttemperatur kann ein Zylinder-Inneneinspritzungs- Innenverbrennungsmotor viel Zeit benötigen, um einen Katalysator einer Abgas-Reinigungsvorrichtung zu aktivieren, die im Auslaßkanal des Motors angeordnet ist. Wenn der Motor im Kompressions-Magermodus betrieben wird, wo eine große Menge von Ansaugluft in einen Zylinder gegeben wird, ist die Durchflußmenge des Abgases groß, weshalb die Abgastemperatur dazu neigt, niedrig zu sein. Entsprechend kann der Katalysator versagen, seine aktivierte Temperatur bei zuhalten, wenn der Motor im Kompressions-Magermodus betrieben wird, selbst wenn der Katalysator einmal die Aktivierungstemperatur erreicht hat. Um diese Schwierigkeiten auszulöschen, werden verschiedene Verfahren vorgeschlagen, um die Abgastemperatur anzuheben, damit eine schnelle Aktivierung des Katalysators bewirkt wird.

Beispielsweise betreibt ein im JP-A-4-183922 vorgeschla­ gener Zylinder-Inneneinspritzungs-Innenverbrennungsmotor während des Kompressionshubs des Motors ein Kraftstoff-Einspritzventil, um einen Haupt-Kraftstoff in eine Brennkammer einzuspritzen, und betätigt darüber hinaus eine Zündkerze, um den Haupt-Kraftstoff zu zünden. Danach wird das Kraftstoff-Einspritzventil erneut während des Verbrennungshubs oder während eines frühen Stadiums des Auslaßhubs, in dem das Ansaugventil geschlossen gehalten wird, betrieben, um dadurch zusätzlichen Kraftstoff in die Brennkammer einzuspritzen, und die Zündkerze wird erneut betätigt, um den zusätzlichen Kraftstoff zu zünden. Jedoch erfordert das vorgeschlagene System eine komplizierte Zündungs- Steuerlogik und es kann für die zweite Zündung nicht genug Energie erzeugen.

Diesbezüglich schlägt JP-A-8-100638 ein Verfahren vor, das es erlaubt, zusätzlichen Kraftstoff zu verbrennen, ohne die Funkenzündung zu verwenden. Im vorgeschlagenen Verfahren wird während des Kompressionshubs eines Motors ein Haupt-Kraftstoff eingespritzt, eine Zündkerze betätigt, um den Haupt-Kraftstoff zu zünden, und ein zusätzlicher Kraftstoff während des Verbrennungshubs eingespritzt. Eine durch die Zündung des Haupt- Kraftstoffs erzeugte Flamme, die beim Zündbetrieb der Zündkerze in Gang gesetzt wird, breitet sich zum zusätzlichen Kraftstoff hin aus, und bewirkt, daß derselbe verbrannt wird. Durch dieses Verfahren kann der zusätzliche Kraftstoff ohne das Erfordernis der Neubetätigung der Zündkerze verbrannt werden, und die Verbrennung des zusätzlichen Kraftstoffs bewirkt, daß die Abgastemperatur steigt, wodurch die Zeit verkürzt wird, die erforderlich ist, um den Katalysator zu aktivieren.

Gemäß dem oben vorgeschlagenen Verfahren muß jedoch der zusätzliche Kraftstoff in jener Zeitspanne eingespritzt werden, in der der zusätzliche Kraftstoff durch die sich während der Hauptverbrennung ausbreitende Flamme entzündet werden kann. Tatsächlich wird in dem oben vorgeschlagenen Verfahren der Einspritzungs-Zeitpunkt des zusätzlichen Kraftstoffs auf einen Wert eingestellt, der von beispielsweise 10° bis 80° ATDC (ATDC = nach dem oberen Totpunkt), Ausgedrückt als Kurbelwinkel, reicht. Wenn der zusätzliche Kraftstoff jedoch derart während eines frühen Stadiums des Verbrennungshubs eingespritzt wird, wird ein Teil der zum Zeitpunkt der Verbrennung des zusätzlichen Kraftstoffs erzeugten Wärmeenergie für die Verbrennungsarbeit verbraucht, so daß ein beabsichtigter Anstieg der Abgastempera­ tur nicht im ausreichenden Maße erreicht werden kann. Darüber hinaus muß eine Menge zusätzlichen Kraftstoffs angehoben werden, um die Abgastemperatur genügend zu erhöhen, was wiederum bewirkt, daß der Kraftstoffverbrauch noch schlechter wird.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Abgas­ temperatur-Anstiegssystem für einen Zylinder-Inneneinspritzungs- Innenverbrennungsmotor bereit zustellen, wobei das System in der Lage ist, die Abgastemperatur wirksam anzuheben, während der Kraftstoffverbrauch auf ein Minimum eingedämmt wird.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Abgastemperatur- Anstiegssystem für einen Zylinder-Inneneinspritzungs-Innenver­ brennungsmotor bereitgestellt, in dem aus einem Kraftstoff- Einspritzventil direkt in eine Brennkammer eingespritzter Kraftstoff für eine Schicht-Verbrennung funkengezündet wird. Das Abgastemperatur-Anstiegssystem umfaßt: ein Kraftstoffeinsprit­ zungs-Steuermittel zur Steuerung des Kraftstoff-Einspritzven­ tils, um bei einem verzögerten Kraftstoff-Einspritzungs- Zeitpunkt in einem Kompressionshub des Motors Kraftstoff in einer solchen Menge einzuspritzen, um zusammen mit Luft in der Brennkammer um die Zündkerze herum lokal ein überreiches Luft- Kraftstoffgemisch zu bilden, wenn sich der Motor in einer Betriebsbedingung befindet, in der es erforderlich ist, daß die Abgastemperatur steigt; und ein Motor-Regelmittel, um ein Motor- Stellparameter so zu regeln, daß der bei dem verzögerten Kraft­ stoff-Einspritzungs-Zeitpunkt eingespritzte und funkengezündete Kraftstoff um die Zündkerze herum unzureichend verbrannt wird und daraufhin in der Brennkammer mit zusätzlichem Sauerstoff vermischt wird, um verbrannt zu werden, während er von einem Gasdurchfluß in der Brennkammer beeinflußt wird, sobald eine Steuerung des Kraftstoff-Einspritzventils vom Kraftstoffein­ spritzungs-Steuermittel durchgeführt wird.

Sobald sich der Motor in der Betriebsbedingung befindet, in der der Anstieg der Abgastemperatur benötigt wird, wird gemäß der vorliegenden Erfindung bei einem verzögerten Kraftstoff- Einspritzungs-Zeitpunkt in einem Kompressionshub eine gewünschte Kraftstoffmenge eingespritzt. Zusammen mit der Luft im Zylinder erzeugt der eingespritzte Kraftstoff ein überreiches Luft- Kraftstoffgemisch um die Zündkerze herum. Das überreiche Gemisch wird zum der Einspritzungs-Zeitpunkt in der Nähe des oberen Totpunktes im Kompressionshub gezündet. Der Kraftstoff wird aufgrund des für die vollständige Kraftstoffverbrennung erforderlichen Mangels an Luft und der unzureichenden Kraftstoff-Zerstäubung, die durch den verzögerten Kraftstoff- Einspritzungs-Zeitpunkt verursacht wird, um die Zündkerze herum nicht vollständig verbrannt. Solchermaßen wird ein Teil des eingespritzten Kraftstoffs unvollständig verbrannt, um unvollständig verbrannte Materialien wie beispielsweise Kohlenwasserstoff und Kohlenmonoxid zu erzeugen. Wenn der Verbrennungshub einsetzt, bewegt sich ein Kolben nach unten, und es wird bewirkt, daß sich die unvollständig verbrannten Materialien in der Brennkammer verteilen. Zu diesem Zeitpunkt werden die unvollständig verbrannten Materialien einer Hoch- Temperaturumgebung ausgesetzt und erwerben eine beträchtlich hohe Aktivierungsenergie. Auf diese Art und Weise wird den unvollständig verbrannte Materialien erlaubt, an Stellen, die von der Zündkerze entfernt liegen, mit dem in der Brennkammer vorhandenen Sauerstoff adäquat zu reagieren, so daß sie erneut verbrannt werden. Die Wieder-Verbrennung findet moderat statt, weshalb die durch die Wieder-Verbrennung erzeugte Energie für einen Anstieg in der Abgastemperatur verwendet wird, ohne für die Verbrennungsarbeit im Motor verschwendet zu werden, wodurch ein Katalysator einer Abgas-Reinigungsvorrichtung sofort erhitzt wird, um schnell aktiviert zu werden.

Das Abgastemperatur-Anstiegssystem der vorliegenden Erfin­ dung ähnelt in Funktion und Wirkung einem sekundären Luftsystem zum Anheben der Abgastemperatur. Das sekundäre Luftsystem führt sekundäre Luft aus einer Luftpumpe in einen Auslaßkanal, in dem unverbrannte Materialien wie beispielsweise Kohlenwasserstoff und Kohlenmonoxid vorhanden sind, um dadurch zu bewirken, daß die unverbrannten Materialien bei einer Umgebungstemperatur von annähernd 450°C erneut verbrannt werden. Verglichen mit dem sekundären Luftsystem ist die vorliegende Erfindung darin von Vorteil, daß sie keine zusätzlichen Vorrichtungen wie beispielsweise eine Luftpumpe benötigt, so daß sie preiswerter ist.

In der vorliegenden Erfindung bewirkt vorzugsweise das Motor-Regelmittel, daß der Einspritzungs-Zeitpunkt während der Durchführung der Steuerung des Kraftstoff-Einspritzventils durch das Kraftstoffeinspritzungs-Steuermittel in Bezug auf den Zeitpunkt während eines Motorbetriebs, in dem der Abgastempera­ turanstieg nicht benötigt wird, verzögert wird.

In Zusammenhang mit dieser bevorzugten Anordnung kann die Abgastemperatur wirkungsvoller angehoben werden.

Vorzugsweise steuert das Kraftstoffeinspritzungs-Steuermit­ tel das Kraftstoff-Einspritzventil derart, daß ein Teil des Kraftstoffs früher eingespritzt wird, d. h. vor der Einspritzung des Kraftstoffs, die zum verzögerten Kraftstoff-Einspritzungs- Zeitpunkt im Kompressionshub stattfindet, und zwar zu einem Zeitpunkt in einem Bereich, der von einem Frühstadium eines Ansaughubs bis hin zu einem Frühstadium des Kompressionshubs reicht. Dieser Ansaug- bzw. Kompressionshub gehört demselben Betriebszyklus des Motors an.

In Zusammenhang mit dieser bevorzugten Anordnung wird ein Teil des einzuspritzenden Kraftstoffs früher der Brennkammer zugeführt, um darin einheitlich ein äußerst mageres Luft- Kraftstoffgemisch zu bilden, wobei ein Haupt-Kraftstoff, d. h. das meiste des einzuspritzenden Kraftstoffs, im Kompressionshub eingespritzt und funkengezündet wird, um entzündet zu werden. Eine im Verlauf der Verbrennung des Haupt-Kraftstoffs erzeugte Flamme breitet sich nicht bis zum äußerst mageren Gemisch aus, das durch den früher zugeführen Kraftstoff gebildet wird, so daß das äußerst magere Gemisch unverbrannt gehalten wird. Dann wird das äußerst magere Gemisch vom Kolben zusammengedrückt, der sich nach oben bewegt, und einer Hitze ausgesetzt, die im Verlauf der Verbrennung des Haupt-Kraftstoffs erzeugt wird, so daß im äußerst mageren Gemisch eine sogenannte kühle Flammenreaktion stattfindet, um reaktive chemische Substanzen (Kühl-Flammen-Reaktionsprodukte) wie beispielsweise Peroxid, Formaldehyd und Hydroxid zu erzeugen. Sobald sich während des Verbrennungshubs unvollständig verbrannte Materialien in der Brennkammer verteilen und mit zusätzlichem Sauerstoff reagieren, der getrennt von der Zündkerze vorliegt, um erneut verbrannt zu werden, dienen die Kühl-Flammen-Reaktionsprodukte als Entzün­ dungsauslöser, um die Wieder-Verbrennung der unvollständig verbrannte Materialien weiter zu fördern. Als Ergebnis steigt die Abgastemperatur, wodurch die schnelle Aktivierung des Katalysators der Abgas-Reinigungsvorrichtung erzielt wird.

Vorzugsweise wird eine früher einzuspritzende Kraftstoff­ menge auf einen Wert eingestellt, der von 10% bis 40% einer Gesamtmenge des einzuspritzenden Kraftstoffs pro Betriebszyklus pro Zylinder des Motors variiert.

In Zusammenhang mit der bevorzugten Anordnung werden 10 bis 40% der Gesamtmenge des einzuspritzenden Kraftstoffs pro Betriebszyklus pro Zylinder früher eingespritzt, um es zu ermöglichen, eine solche Menge von Kühl-Flammen-Reaktionsproduk­ ten zu erzeugen, die auf geeignete Weise als Entzündungsauslöser dienen, die die Wieder-Verbrennung der unvollständig verbrannten Materialien fördern, wodurch die Abgastemperatur adäquat angehoben wird, während die Erzeugung einer derartig übertrieben großen Menge von Kühl-Flammen-Reaktionsprodukten verhindert wird, die es erlauben würde, daß die durch die Wieder- Verbrennung der unvollständig verbrannten Materialien erzeugte Energie für die Verbrennungsarbeit im Motor verschwendet wird.

Vorzugsweise umfaßt das Abgastemperatur-Anstiegssystem darüber hinaus ein Luftmengen-Einstellmittel zur Einstellung einer in die Brennkammer eingeführten Luftmenge. Das Kraftstoff­ einspritzungs-Steuermittel steuert das Kraftstoff-Einspritzven­ til, um mit der Zunahme der durch das Luftmengen-Einstellmittel eingestellten eingeführten Luft eine Menge des eingespritzten Kraftstoffs zu erhöhen.

In Zusammenhang mit dieser Anordnung steigt die Luftmenge, die in die Brennkammer eingeführt wird, und die Menge des im Kompressionshub eingespritzten Kraftstoffs wächst mit dem Anstieg der eingeführten Luftmenge, wodurch die Wirkung des Anstiegs der Abgastemperatur weiter verbessert wird.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist eine schematische Ansicht eines Motors, der mit einem Abgastemperatur-Anstiegssystem gemäß einer ersten Ausfüh­ rungsform der vorliegenden Erfindung ausgestattet ist;

Fig. 2 ist eine Ansicht, die ein Kennfeld zeigt, aus dem zum Zeitpunkt eines gewöhnlichen Motorbetriebs ein Kraftstoff­ einspritzungs-Steuerbereich bestimmt wird;

Fig. 3 ist ein Flußdiagramm, das eine Hauptroutine für die Abgastemperatur-Anstiegssteuerung zeigt, die durch das in Fig. gezeigte Abgastemperatur-Anstiegssystem durchgeführt wird;

Fig. 4 ist ein Flußdiagramm, das detailliert die in Fig. 3 gezeigte Abgastemperatur-Anstiegs-Steuerroutine zeigt;

Fig. 5 ist eine Ansicht, die die Abfolge von einem Kraft­ stoffeinspritzungsvorgang bis zu einem Verbrennungsvorgang zeigt, die beobachtet wird, wenn die Abgastemperatur-Anstiegs­ steuerung der ersten Ausführungsform durchgeführt wird;

Fig. 6 ist ein Graph, der als Funktion eines Kurbelwinkels eine Hitze-Erzeugungsrate vornehmlich im Verbrennungshub zeigt, die beobachtet wird, wenn die Abgastemperatur-Anstiegssteuerung der ersten Ausführungsform durchgeführt wird;

Fig. 7 ist ein Flußdiagramm, das eine Abgastemperatur- Anstiegs-Steuerroutine gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 8 ist ein Graph, der die Abgastemperatur Tex zeigt, die beobachtet wird, wenn die Abgastemperatur-Anstiegssteuerung als Funktion des Verhältnisses einer Kraftstoffmenge, die früher im Ansaughub eingespritzt wird, zu einer gesamten Kraftstoffein­ spritzmenge durchgeführt wird.

Fig. 9 ist ein Graph, der eine Menge des aus einer Auslaß­ öffnung abgegebenen unverbrannten Kohlenwasserstoffs zeigt, die beobachtet wird, wenn die Abgastemperatur-Anstiegssteuerung der zweiten Ausführungsform als Funktion des Verhältnisses einer früher im Ansaughub eingespritzten Kraftstoffmenge zu einer gesamte Kraftstoffeinspritzmenge durchgeführt wird;

Fig. 10 ist eine Ansicht, die die Abfolge von einem früheren Kraftstoffeinspritzungsvorgang bis hin zu einem Haupt- Kraftstoffeinspritzungsvorgang zeigt, die beobachtet wird, wenn die frühere Kraftstoffeinspritzung der zweiten Ausführungsform im Ansaughub durchgeführt wird;

Fig. 11 ist ein Graph, der als Funktion des Kurbelwinkels die Hitze-Erzeugungsrate vornehmlich im Verbrennungshub zeigt, die beobachtet wird, wenn die Abgas-Anstiegssteuerung der zweiten Ausführungsform durchgeführt wird;

Fig. 12 ist ein Graph, der die Abgastemperaturen Tex zeigt, die jeweils während einer gewöhnlichen Kraftstoffeinspritzungs- Steuerung, einer einstufigen Kraftstoffeinspritzung der ersten Ausführungsform und einer zweistufigen Kraftstoffeinspritzung der zweiten Ausführungsform beobachtet werden; und

Fig. 13 ist ein Graph, der die Abgabemengen des unverbrann­ ten Kohlenwasserstoffs THC zeigt, die jeweils während der ge­ wöhnlichen Kraftstoffeinspritzungs-Steuerung, in der einstufigen Kraftstoffeinspritzung und in der zweistufigen Kraftstoffein­ spritzung beobachtet werden.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG

Mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen werden ein Abgastemperatur-Anstiegssystem gemäß einer ersten Ausführungs­ form der vorliegenden Erfindung und ein Zylinder-Inneneinsprit­ zungs-Benzinmotor, der mit diesem System ausgestattet ist, detailliert beschrieben.

In Fig. 1 bezeichnet Bezugsziffer 1 einen Funkenzündungs- Zylinder-Inneneinspritzungs-Reihen-Vierzylinder-Fahrzeug-Bezin­ motor (hiernach einfach als Motor bezeichnet) . Der Motor 1 ist ein Motor mit vier Zyklen, von denen ein Betriebszyklus aus einem Ansaug-, Kompressions-, Verbrennungs- und Auslaßhub besteht, und der über Brennkammern 1a, ein Ansaugsystem, ein Auslaßgas-Rückführungs-(EGR)-System 10 und dergleichen verfügt, die ausschließlich für die Zylinder-Inneneinspritzung ausgebil­ det sind.

Ein Zylinderkopf des Motors 1 ist mit einem elektromagneti­ schen Kraftstoff-Einspritzventil 8 und einer Zündkerze 35 für jeden Zylinder ausgestattet, so daß Kraftstoff aus dem Kraftstoff-Einspritzventil 8 direkt in die betreffende Brennkammer 1a eingespritzt werden kann. Ein halbkugelförmiger Hohlraum (Fig. 10 und 11) ist in der oberen Fläche eines Kolbens ausgebildet, der im Zylinder für eine Wechselbewegung darin angeordnet ist. Der Hohlraum befindet sich an einer Stelle, an die ein Kraftstoffstrahl gelangen kann, wenn der Kraftstoff zu einem Zeitpunkt vom Kraftstoff-Einspritzventil 8 eingespritzt wird, zu dem der Kolben eine Wechselbewegungsstelle davon erreicht, die in der Nähe des oberen Totpunktes in einem Kompressionshub liegt. Das theoretische Kompressionsverhältnis des Motors 1 wird auf einen Wert eingestellt (in dieser Ausführungsform annähernd 12), der größer ist als der eines Ansaugrohr-Einspritzmotors. Ein DOHC-Vierventil-System wird als Ventil-Antriebsmechanismus verwendet. Eine Nockenwelle an der Ansaugseite und eine Nockenwelle an der Auslaßseite für das jeweilige Antreiben eines Ansaugventils 9 und eines Auslaßventils 10 werden drehbar an einem oberen Abschnitt des Zylinderkopfes 2 gehalten.

Der Zylinderkopf ist mit Ansaugöffnungen 2a ausgebildet, von denen sich jede zwischen den Nockenwellen im wesentlichen gerade erstreckt. Ein Ansaugluftstrom, der die Ansaugöffnung 2a durchgedrungen ist, kann in der Brennkammer 1a einen umgekehrten Tumblestrom erzeugen. Die Auslaßöffnungen 3a erstrecken sich im wesentlichen in die horizontale Richtung, wie im Fall derjenigen von gewöhnlichen Motoren. Eine EGR-Öffnung großen Durchmessers (nicht gezeigt) divergiert schräg aus der betreffenden Auslaß­ öffnung.

In Fig. 1 bezeichnet die Bezugsziffer 19 einen Wasser- Temperatursensor zur Erfassung einer Kühlwassertemperatur Tw; 21 einen Kurbelwinkelsensor zum Ausgeben eines Kurbelwinkelsignals SGT bei vorbestimmten Kurbelstellungen (in dieser bestimmten Ausführungsform 5° BTDC (before top dead centre = vor dem oberen Totpunkt) und 75° BTDC) für jeden Zylinder; und 34 eine Zündspule, damit die Zündkerze 35 mit Hochspannung versorgt wird. Eine der Nockenwellen, die sich halb so schnell wie die Kurbelwellen drehen, wird mit einem Zylinder-Erkennungs-Sensor (nicht gezeigt) ausgestattet, um ein Zylinder-Erkennungssignal SGC aus zugeben, wodurch der Zylinder, für den das Kurbelwinkel­ signal SGT ausgegeben wird, auf der Grundlage des Sensorsignals SGC erkannt wird.

Die Ansaugöffnungen 2a sind über ein Ansaugrohr 2, das einen Ausgleichsbehälter 2b einschließt, mit einer Ansaugleitung 6 verbunden, die mit einem Luftfilter 6a, einem Drosselkörper 6b und einem Schrittmotor-Leerlaufdrehzahl-Steuerventil (hiernach als Leerlauf-Steuerventil bezeichnet) 16 ausgestattet wird. Die Ansaugleitung 6 wird des weiteren mit einer Bypassleitung 50a großen Durchmessers bereitgestellt, durch die Ansaugluft in das Ansaugrohr 2 eingeführt wird, indem der Drosselkörper 6b umgan­ gen wird, und in der ein großes Linear-Magnet-Luft-Bypassventil (ABV-Ventil (Luftmengen-Einstellmittel)) 50 angeordnet ist. Die Luft-Bypassleitung 50a verfügt über eine Durchflußfläche, die im wesentlichen wie die der Ansaugleitung 6 ist, so daß eine Ansaugluftmenge, die für einen niedrigen oder mittleren Drehzahlbereich des Motors 1 benötigt wird, durch die Leitung 50a strömen kann, wenn das ABV-Ventil 50 ganz geöffnet ist. Das Leerlauf-Steuerventil 16 verfügt über eine Durchflußfläche, die kleiner als die des ABV-Ventils 50 ist, und wird verwendet, um die Ansaugluftmenge fein einzustellen.

Der Drosselkörper 6b wird mit einem schmetterlingsartigen Drosselventil 7 zum Öffnen und Schließen der darin ausgebildeten Ansaugöffnung, einem Drossel-Stellungssensor 14 zum Erfassen des Drosselöffnungsgrades θth als ein Beschleunigungs-Öffnungsgrad, und einem Leerlaufschalter 15 zum Erfassen eines vollständig geschlossenen Zustands des Drosselventils ausgestattet. Ein Ansaugluft-Temperatursensor 12 und ein Umgebungsdrucksensor 13 zur Erfassung der Ansaugluftdichte werden im Luftfilter 6a angeordnet. Diese Sensoren geben Ausgabesignale ab, die jeweils den Umgebungsdruck Pa und die Ansauglufttemperatur Ta anzeigen. In der Nähe des Einlasses der Ansaugleitung 6 wird ein Karman­ wirbelartiger Luftstromsensor 11 angeordnet, der ein Wirbel- Auftrittsignal ausgibt, das proportional zur volumetrischen Fließrate Qa pro Ansaughub ist.

Die zuvor erwähnten EGR-Öffnungen sind alle über eine EGR- Leitung 10b großen Durchmessers, in der ein Schrittmotor-artiges EGR-Ventil 10a bereitgestellt ist, mit der stromabwärtigen Seite des Drosselventils 7 und mit der stromaufwärtigen Seite des Ansaugrohrs 2 verbunden.

Die Auslaßöffnungen 3a sind mit einem Auslaßrohr 3 verbunden, das mit einem O₂-Sensor 17 ausgestattet wird. Eine Auslaßleitung (Auslaßkanal) 3b, der mit einem Katalysator 9 für die Abgasreinigung, einem Schalldämpfer (nicht gezeigt) und dergleichen ausgestattet ist, wird mit dem Auslaßrohr 3 verbunden. Der O₂-Sensor 17 erfaßt die Sauerstoffkonzentration im Abgas und gibt ein Erfassungssignal aus. An der stromabwärtigen Seite des Katalysators 9 wird ein Katalysator-Temperatursensor 26 zum Erfassen der Temperatur Tcc des Katalysators bzw. seiner Nähe (hiernach als Katalysator-Temperatur bezeichnet) zur Verfügung gestellt. Das von der Brennkammer 1a an das Auslaßrohr 3 abgegebene Abgas dringt in den Katalysator 9, in dem drei schädliche Abgasbestandteile CO, HC und NOx gereinigt werden, und wird dann durch den Schalldämpfer gedämpft, um in die Luft entweichen zu können.

Der Katalysator 9, der aus einer Kombination aus einem mageren NOx-Katalysator 9a und einem Dreiwege-Katalysator 9b besteht, ist für den Motor 1 geeignet, der ausgebildet ist, um den Kraftstoff-Sparbetrieb durchzuführen, während das Luft- Kraftstoffverhältnis in Bezug auf die Kraftstoff-Magerseite (Magerseite) gesteuert wird. Der Dreiwege-Katalysator 9b befreit das Abgas von CO, HC und NOx, sobald der Motor bei dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoffverhältnis läuft. Der magere NOx-Katalysator 9a befreit das Abgas von NOx, das durch den Dreiwege-Katalysator 9b nicht ausreichend gereinigt werden kann, sobald der Motor mit einem mageren Luft-Kraftstoffgemisch läuft. Der Dreiwege-Katalysator 9b ist an der stromabwärtigen Seite des mageren NOx-Katalysators 9a positioniert, weshalb die Reinigung des NOx im mageren NOx-Katalysator 9a vom Dreiwege-Katalysator 9b nicht unterbrochen wird, und CO und HC, die im mageren NOx- Katalysator 9a nicht genügend gereinigt werden können, können sicherlich im Dreiwege-Katalysator 9b gereinigt werden. Übrigens ist es, wenn der magere NOx-Katalysator über eine Dreiwege- Funktion verfügt, möglich, nur den mageren NOx-Katalysator bereitzustellen.

Ein Kraftstofftank, nicht gezeigt, wird an der Rückfront einer Fahrzeugkarosserie angeordnet. Die Kraftstoffversorgung aus dem Kraftstofftank zu den Kraftstoff-Einspritzventilen 8 wird durch ein Kraftstoff-Versorgungssystem (nicht gezeigt) durchgeführt. Kraftstoff, der im Kraftstofftank lagert, wird nämlich mittels einer von einem elektrischen Motor betriebenen Niederdruck-Kraftstoffpumpe angesaugt und über eine Niederdruck- Zuführungsleitung an den Motor 1 abgegeben. Der in Richtung des Motors 1 abgegebene Kraftstoff wird durch eine Hochdruck- Zuführungsleitung und eine Abgabeleitung mittels einer Hochdruck-Kraftstoffpumpe, die am Zylinderkopf angebracht ist, in jedes Kraftstoff-Einspritzventil 8 gespeist.

Eine ECU (elektronische Steuereinheit) 23 wird in einer Fahrgastzelle des Fahrzeugs bereitgestellt und umfaßt eine E/A- Einheit, Speichereinheiten (ROM, RAM, BURAM, etc.), die verwendet werden, um Steuerprogramme, ein Steuerkennfeld und dergleichen zu speichern, eine Zentralverarbeitungseinheit (CPU), einen Timer und dergleichen. Die ECU 23 leitet eine Gesamtsteuerung des Motors 1.

Verschiedene Schalter zum Erfassen der Betriebszustände einer Klimaanlage, Servolenkungsvorrichtung, eines automatischen Getriebes und dergleichen, die Lasten an den Motor 1 anlegen, wenn sie betrieben werden, sind jeweils mit der Eingabeseite der ECU 23 verbunden, die von diesen Schaltern jeweilige Erfassungs­ signale empfängt. Zusätzlich zu den oben erwähnten verschiedenen Sensoren und Schaltern, sind viele Schalter und Sensoren (nicht gezeigt) mit der Eingabeseite der ECU 23 verbunden, wobei ihre Abgabeseite mit Warnlichtern, mit verschiedenen Vorrichtungen und dergleichen verbunden ist.

In Übereinstimmung mit den von den betreffenden Sensoren und Schaltern zugeführten Eingabesignalen bestimmt die ECU 23 den Kraftstoff-Einspritzmodus, die Kraftstoff-Einspritzmenge, die Kraftstoff-Einspritzungs-Beendigungszeit, den Zündungs- Zeitpunkt, die EGR-Gas-Einführungsmenge und dergleichen, und steuert daraufhin die Kraftstoff-Einspritzventile 8, die Zündspule 34, das EGR-Ventil 10a und dergleichen.

Als nächstes wird eine gewöhnliche Steuerung des Motors 1 kurz erklärt, die im Fall wirkt, da eine später beschriebene Abgastemperatur-Anstiegssteuerung nicht durchgeführt wird.

Beim Starten des Motors, der sich in einem Kaltzustand befindet, wählt die ECU 23 den Ansaughub-Einspritzmodus und steuert die Kraftstoffeinspritzung, um ein ziemlich reiches Luft-Kraftstoffverhältnis zu erhalten. Der Grund, dies zu tun, ist der, daß, da die Verdampfungsrate des Kraftstoffs niedrig ist, wenn sich der Motor in einem Kaltzustand befindet, eine Fehlzündung und Emission unverbrannter Kraftstoffbestandteile unvermeidlich ist, wenn die Kraftstoffeinspritzung im Kompres­ sionsLiubs-Einspritzmodus durchgeführt wird. Darüber hinaus schließt die ECU 23 das ABV-Ventil 50 während des Motorstarts. In diesem Fall wird Ansaugluft durch Zwischenräume zwischen dem Drosselventil 7 und der äußeren Wand der Ansaugleitung 6 und durch den Bypasskanal, in dem das Leerlauf-Steuerventil 16 angeordnet ist, in die Brennkammer 1a geführt. Damit werden das Leerlauf-Steuerventil 16 und das ABV-Ventil 50 einheitlich von der ECU 23 gesteuert, und ihre Ventilöffnungsgrade werden gemäß einer Einführungsmenge von in den Motor zuzuspeisender Ansaug­ luft (Bypassluft) bestimmt, indem das Drosselventil 7 umgangen wird.

Nach dem Motorstart und bis zum Zeitpunkt, da die Kühlwassertemperatur Tw auf einen festgelegten Wert steigt, wählt die ECU 23, wie im Fall des Motorstarts, den Ansaughub- Einspritzmodus für die Kraftstoffeinspritzung, und hält das ABV- Ventii 50 geschlossen. Darüber hinaus wird die Leerlauf- Drehzahlsteuerung, wie im Fall eines Ansaugrohr-Einspritzmotors, durch die Einstellung des Öffnungsgrades des Leerlauf- Steuerventils 16 in Übereinstimmung mit der Motorlast durchge­ führt, die in Zusammenhang mit einer Veränderung im Betriebszu­ stand der Hilfsgeräte, wie beispielsweise der Klimaanlage, zu- oder abnimmt. Das ABV-Ventil 50 wird, falls nötig, auch geöffnet. Wenn der O₂-Sensor 17 seine Aktivierungstemperatur erreicht, startet die ECU 23 die Luft-Kraftstoffverhältnis- Rückkopplungssteuerung gemäß der Ausgabespannung des O₂-Sensors, so daß die schädlichen Gasbestandteile durch den Katalysator 9 gereinigt werden.

Wie oben erklärt wird, wenn sich der Motor in einem Kaltzustand befindet, die Kraftstoff-Einspritzsteuerung auf eine Weise durchgeführt, die der für den Ansaugrohr-Einspritzmotor ähnelt. Die Steuerreaktion und Steuergenauigkeit im Zylinder­ inneneinspritzmotor 1 sind hoch, was kein Anhaften von Kraftstofftröpfchen an den Innenwandflächen der Ansaugöffnungen zur Folge hat.

Nach Abschluß des Aufwärmens des Motors 1 bestimmt die ECU 23 auf der Grundlage der Motordrehzahl Ne und des Soll-Effektiv- Zylinderdrucks (Sollast) Pe, der durch die Drosselöffnung θth oder dergleichen bestimmt wird, einen Kraftstoffeinspritzungs- Steuerbereich zum gegenwärtigen Zeitpunkt aus Kraftstoffein­ spritzungs-Steuerkennfeld der Fig. 2. Daraufhin werden ein Kraftstoff-Einspritzmodus und eine Kraftstoff-Einspritzmenge bestimmt, die für den vorliegenden Steuerbereich geeignet sind, und das Kraftstoff-Einspritzventil 8 wird betrieben. Zusätzlich wird eine Steuerung der Öffnungsgrade des ABV-Ventils 50 und des EGR-Ventils 10a durchgeführt.

Wenn sich der Motor beispielsweise in einem niedriglastigen Bereich bei niedriger Drehzahl befindet, z. B. zum Zeitpunkt des Leerlaufbetriebs, wird der Motor in dem durch den schraffierten Abschnitt in der Fig. 2 gezeigten Kompressionshub-Mager- Einspritzbereich betrieben. In diesem Fall wählt die ECU 23 den Kompressionshub-Einspritzmodus, steuert die Öffnungsgrade des ABV-Ventils 50 und EGR-Ventils 10a gemäß dem Betriebszustand des Motors, und steuert die Kraftstoffeinspritzung derart, um eine solche Kraftstoffmenge einzuspritzen, die das Luft-Kraftstoff­ verhältnis mager macht (in der vorliegenden Ausführungsform annähernd 20 bis 40) . Die Ansaugluft, die vor der Kraftstoffein­ spritzung durch die Ansaugöffnung 2a in die Brennkammer gesaugt wird, bildet einen umgekehrten Tumblestrom. Durch die Bewegung des umgekehrten Tumblestroms wird der Kraftstoffstrahl in dem im Kolben ausgebildeten Hohlraum 1c zurückgehalten. Folglich wird zum Zündungs-Zeitpunkt um die Zündkerze 35 herum ein Luft- Kraftstoffgemisch gebildet, das dem stöchiometrischen Luft- Kraftstoffverhältnis ähnlich ist. Nach Abschluß des Aufwärmens des Motors steigt die Verdampfungsrate des Kraftstoffs. Folglich wird die Entzündung des eingespritzten Kraftstoff selbst dann ermöglicht, wenn das ganze bzw. mittlere Luft-Kraftstoffverhält­ nis äußerst mager gemacht wird (z. B. annähernd 50). Aufgrund des Motorbetriebs bei einem derartigen mageren Luft-Kraftstoffver­ hältnis, wird die Emission von CO und HC sehr gering und die Emission von NOx kann durch die Abgas-Rückführung ebenfalls gering gehalten werden. Überdies wird der Pumpverlust durch die Öffnung des ABV-Ventils 50 und EGR-Ventils 10a zur Versorgung von großen Luft- und Abgasmengen vermindert. Aufgrund der Zusammenwirkung des Motorbetriebs mit dem mageren Luft- Kraftstoffverhältnis und der Verringerung des Pumpverlustes wird der Kraftstoffverbrauch stark verbessert. Eine Leerlaufdrehzahl- Steuerung, die auf die Zu- oder Abnahme der Motorlast reagiert, wird durch den Anstieg oder die Abnahme der Kraftstoff- Einspritzmenge durchgeführt, so daß die Steuerreaktion ebenfalls sehr schnell ausfällt.

Wenn der Motor bei einer niedrigen oder mittleren Drehzahl läuft, wird der Motor im in Fig. 2 gezeigten Ansaughub-Magerbe­ reich oder Stöchio-Rückkopplungsbereich (stöchiometrischer Luft- Kraftstoffverhältnis-Rückkopplungs-Steuerbereich) betrieben. In diesem Fall wählt die ECU 23 den Ansaughub-Einspritzmodus.

Speziell wenn der Betriebszustand des Motors, der durch den mittleren Effektiv-Druck Pe und die Motordrehzahl dargestellt wird, zum Ansaughub-Magerbereich gehört, wird der Ansaughub- Mager-Einspritzmodus gewählt, und der Öffnungsgrad des ABV- Ventils 50 und die Menge der Kraftstoffeinspritzung werden derart gesteuert, daß ein ziemlich mageres Luft-Kraftstoffver­ hältnis (z. B. annähernd 20 bis 23) erhalten wird. Im Ansaughub- Mager-Einspritzmodus bildet die Ansaugluft, die durch die Ansaugöffnung 2a dringt, einen umgekehrten Tumblestrom in der Brennkammer, um einen Wirbeleffekt zu erzeugen. Daher wird durch die Steuerung des Kraftstoffeinspritzungs-Startzeitpunkts und des Kraftstoffeinspritzungs-Beendigungszeitpunkts die Entzündung des Gemischs, das ein solch mageres Luft-Kraftstoffverhältnis aufweist, ermöglicht.

Wenn der Motor im stöchiometrischen Rückkopplungsbereich (S-FB(Feedback)-Bereich) läuft, wird der S-FB-Steuermodus ausgewählt, und das EGR-Ventil 10a wird gesteuert, um geöffnet oder geschlossen zu werden, wobei das ABV-Ventil 50 geschlossen gehalten wird (die Steuerung des EGR-Ventils 10a wird nur durchgeführt, wenn der Motor in einem bestimmten Bereich des S- FB-Bereichs läuft). Zusätzlich wird die Luft-Kraftstoffverhält­ nis-Rückkopplungssteuerung gemäß der Ausgabespannung des O₂ -Sensors 17 durchgeführt. Im S-FB-Bereich wird aus dem Grund, da der Motor bei einem hohen Kompressionsverhältnis läuft, eine größere Motorleistung erhalten, und die schädlichen Abgasbe­ standteile werden durch den Katalysator 9 gereinigt, wobei die Emission von NOx durch die Abgas-Rückführung verringert wird.

Wenn der Motor schnell beschleunigt wird oder bei hoher Geschwindigkeit läuft, wird der in Fig. 2 gezeigte Steuerbereich mit offenem Regelkreis begonnen. Die ECU 23 wählt den Steuer­ modus mit offenem Regelkreis (Ansaughub-Einspritzmodus), schließt das ABV-Ventil 50 und steuert die Kraftstoffeinsprit­ zung gemäß der Drosselöffnung θth, der Motordrehzahl Ne und dergleichen, um ein ziemlich reiches Luft-Kraftstoffverhältnis zu erhalten. Bei dieser Gelegenheit kann aus dem Grund eine hohe Motorleistung erzielt werden, weil das Kompressionsverhältnis groß ist, ein Strom von Ansaugluft bildet den umgekehrten Tumblestrom und der Trägheitseffekt wird erhalten, da sich die Ansaugöffnung 2a in Bezug auf die Brennkammer 1a annähernd senkrecht erstreckt.

Zum Zeitpunkt eines Ausrollens des Fahrzeugs wird, während der Motor bei einer mittleren oder hohen Drehzahl läuft, der in Fig. 2 gezeigte Kraftstoff-Sperrbereich gestartet. Die ECU 23 stoppt die Kraftstoffeinspritzung vollständig, so daß der Kraftstoffverbrauch verbessert wird und die Emission schädlicher Abgasingredienzen abnimmt. Der Kraftstoff-Sperrbetrieb wird sofort gestoppt, wenn die Motordrehzahl Ne niedriger als eine Wiederherstellungsdrehzahl wird oder wenn der Fahrer auf das Gaspedal tritt.

Im folgenden wird die Wirkungsweise des Abgastemperatur- Anstiegssystems mit dem zuvor erwähnten Aufbau erläutert.

Die Hauptroutine für die in der Fig. 3 gezeigten Abgastem­ peratur-Anstiegssteuerung wird von der ECU 23 jedesmal durchge­ führt, wenn ein Kurbelwinkelsignal SGT vom Kurbelwinkelsensor 21 ausgegeben wird, während die oben erwähnte gewöhnliche Motor­ steuerung durchgeführt wird.

Zunächst liest die ECU 23 in Schritt S10 verschiedene Motor-Betriebszustandsgrößen ab, die jeweils durch verschiedene Sensoren erfaßt werden. Die so erfaßten Größen umfassen die Katalysatortemperatur Tcc, die Motor-Kühlwassertemperatur Tw, die Ansaugluft-Fließrate Qa, die Drosselöffnung θth, die Motordrehzahl Ne, den atmosphärischen Druck Pa und die Ansaugluft-Temperatur Ta.

Um zu bestimmen, ob die erste bis vierte Bedingung zur Durchführung der Abgastemperatur-Anstiegssteuerung (hiernach als erste bis vierte Anforderung bezeichnet) erfüllt ist oder nicht, werden als nächstes der Reihe nach die Schritte S12, S18, S20 und S22 durchgeführt.

In Schritt 12 wird eine Bestimmung gemacht, ob der Motor 1 in einem Mager-Verbrennungszustand, worin die Schicht-Verbren­ nung oder die vorgemischte Magerverbrennung durchgeführt wird, läuft oder nicht. Ob der Motor 1 im Mager-Verbrennungs-Betriebs­ bereich (der in Fig. 2 gezeigte Kompressionshub-Mager-Einspritz­ bereich oder Ansaughub-Mager-Einspritzbereich) betrieben wird oder nicht, wird genauer gesagt auf der Grundlage der Motordrehzahl Ne und des Soll-Zylinder-Effektiv-Drucks Pe ermittelt, der aus der Drosselventilöffnung θth und Motordrehzahl Ne bestimmt wird. Es wird auch eine Bestimmung darüber gemacht, ob eine Veränderung in der Drosselventilöffnung θth klein ist oder nicht, so daß sich ein Fahrzeug in einem konstanten Fahrzustand befindet, indem bestimmt wird, ob der Unterschied zwischen der bei Schritt S12 abgelesenen Drosselventilöffnung θth und der im früheren Steuerzyklus abgelesenen einen bestimmten Schwellenwert überschreitet oder nicht.

Der Grund, weshalb es die erste Anforderung erfordert, daß der Motor in einem Mager-Verbrennungszustand läuft und daß eine Veränderung in der Drosselventilöffnung gering ist, ist wie folgt.

Ein mageres Gemisch, dessen Luft-Kraftstoffverhältnis sich im Bereich von ungefähr 20 bis 40 erstreckt, kann, wenn verbrannt, eine geringe Hitzemenge erzeugen. Wenn der Motor in einem Mager-Verbrennungszustand läuft - speziell in einem Schicht-Verbrennungszustand - wird solchermaßen eine durch die Verbrennung erzeugte Hitzemenge gering, so daß die Abgastempera­ tur Tex niedrig wird. In einem derartigen Fall ist es wahr­ scheinlich, daß die Katalysatortemperatur Tcc des Katalysators 9 niedriger ist als eine untere Aktivierungstemperaturgrenze T1 (z. B. 400°C).

Eine Änderung in der Drosselventilöffnung θth in der Anstiegsrichtung deutet auf eine Anforderung für einen beschleunigten Motorbetrieb. Als Reaktion auf die Anforderung zur Beschleunigung wird die Kraftstoffeinspritzmenge angehoben. Daher kann die Abgastemperatur selbst dann steigen, wenn keine Abgastemperatur-Anstiegssteuerung durchgeführt wird. Wenn sich die Drosselventilöffnung θth verkleinert, sobald der Motor bei einer mittleren oder hohen Drehzahl läuft, wird die Kraftstoff- Sperrsteuerung durchgeführt, um die Kraftstoffversorgung an den Motor zu stoppen. Im Kraftstoff-Sperrbereich kann ein verlangsamter Motorbetrieb, der die Absicht des Fahrers zur Verlangsamung erfüllt, nicht durchgeführt werden, wenn Kraftstoff zugeführt wird, um die Abgastemperatur zu heben.

Wenn das Bestimmungsergebnis in Schritt S12 negativ (Nein) ist - d. h. wenn der Motor nicht im Mager-Verbrennungsbereich läuft oder wenn eine wesentliche Veränderung in der Drosselven­ tilöffnung θth bestimmt wird - wird daraufhin bestimmt, daß der Motor mit einem Luft-Kraftstoffverhältnis betrieben wird, das dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoffverhältnis ähnlich ist, und zwar in einem vorgemischten Verbrennungsbereich, der nicht der Schicht-Verbrennungsbereich und der vorgemischte Mager-Verbren­ nungsbereich ist. Wenn die erste Anforderung nicht erfüllt wird und daher die Durchführung der Abgastemperatur-Anstiegssteuerung unnötig wird, rückt auf diese Weise der Ablauf zum Schritt S14 vor, worin die zuvor erwähnte gewöhnliche Steuerung durchgeführt wird. Speziell werden die normale Kraftstoff-Einspritzsteuerung und die normale Zündungs-Zeitpunkt-Steuerung durchgeführt, die den vorliegenden Betriebsbereich des Motors erfüllen. Als nächstes wird in Schritt S16 ein Timer TM, der eine Zeit mißt, die vom Start der Abgastemperatur-Anstiegssteuerung verstrichen ist, auf einer Wert 0 zurückgesetzt.

Wenn das Bestimmungsergebnis in Schritt S12 positiv (Ja) ist - d. h. wenn der Motor im Mager-Verbrennungsbereich (Kompressionshub-Mager-Einspritzbereich bzw. Ansaughub-Mager- Einspritzbereich) läuft und wenn eine Veränderung in der Drosselventilöffnung θth gering ist, um anzuzeigen, daß sich das Fahrzeug in einem konstanten Fahrzustand befindet - wird bestimmt, daß der Motor im Mager-Verbrennungsbereich oder im vorgemischten Mager-Verbrennungsbereich betrieben wird. Wenn auf diese Weise die erste Anforderung erfüllt ist, rückt der Ablauf zum Schritt S18 vor, um zu bestimmen, ob die zweite Anforderung erfüllt ist oder nicht.

In Schritt S18 wird eine Bestimmung darüber gemacht, ob eine durch diesen Timer gemessene Zeit die zuvor erwähnte vorbestimmte Zeitspanne erreicht, deren Neustart veranlaßt wird, wenn der Unterschied zwischen der bei Schritt S10 abgelesenen Drosselventilöffnung θth und der im früheren Steuerzyklus abgelesenen einen bestimmten Schwellenwert überschreitet. Mit anderen Worten: ob die Drosselventilöffnung θth über eine vorbestimmte Zeitspanne im wesentlichen konstant gehalten wird oder nicht, wird in Schritt S18 bestimmt.

Der Grund, weshalb es die zweite Anforderung erfordert, daß die Drosselventilöffnung θth über eine vorbestimmte Zeitspanne konstant gehalten wird, ist wie folgt: Während die Drosselventilöffnung θth unter der Bedingung, daß die erste Anforderung erfüllt ist, konstant gehalten wird, wird der Motorbetrieb Mager-Verbrennungszustand fortgesetzt, worin die Katalysatortemperatur dazu neigt, abzunehmen. Wenn für die vorbestimmte Zeitspanne keine wesentliche Veränderung in der Drosselventilöffnung θth auftritt, ist es solchermaßen klar, daß die Katalysatortemperatur Tcc wahrscheinlich abnimmt.

Wenn das Bestimmungsergebnis in Schritt S18 bzw. die zweite Anforderung nicht erfüllt ist, rückt der Ablauf zum Schritt S14 vor, worin die gewöhnliche Steuerung durchgeführt wird.

Wenn das Bestimmungsergebnis in Schritt S18 positiv ist, und zwar aus dem Grund, da zum Beispiel der Leerlaufbetrieb des Motors im Kompressionshub-Mager-Einspritzbereich über eine vorbestimmte Zeitspanne anhält, wird bestimmt, daß die zweite Anforderung erfüllt ist, weshalb der Strom auf Schritt S20 vorrückt, um eine Bestimmung darüber zu machen, ob die dritte Anforderung erfüllt ist oder nicht.

In Schritt S20 wird bestimmt, ob eine Zeitspanne, die vom Timer TM gemessen wird und die die Zeitdauer anzeigt, für die die Abgastemperatur-Anstiegssteuerung durchgeführt wurde, kürzer als eine vorbestimmte Zeitspanne TM1 ist oder nicht. Der Grund, weshalb es die dritte Anforderung erfordert, daß die Abgastemperatur über ein Zeitdauer anhält, die kürzer als die vorbestimmte Zeitdauer TM1 ist, ist wie folgt: Es ist unnötig, die Abgastemperatur zur Aktivierung des Katalysators anzuheben, wenn die Abgastemperatur-Anstiegssteuerung für eine Zeitspanne durchgeführt wurde, die gleich oder länger als die vorbestimmte Zeitspanne TM1 ist, so daß der Katalysator 9 normalerweise schon aktiviert wurde.

Wenn das Bestimmungsergebnis bei Schritt S20 negativ ist oder wenn die vom Timer TM gemessene Zeitspanne die vorbestimmte Zeitspanne TM1 erreicht, wird dann bestimmt, daß die dritte Anforderung nicht erfüllt ist. In diesem Fall rückt der Ablauf zum Schritt S14 vor, wo die zuvor erwähnte gewöhnliche Steuerung durchgeführt wird.

Wenn andererseits das Bestimmungsergebnis bei Schritt S20 oder die vom Timer TM gemessene Zeitspanne kürzer als die vorbestimmte Zeitspanne TM1 ist, wird daraufhin bestimmt, daß die dritte Anforderung erfüllt ist, woraufhin der Ablauf auf Schritt S22 vorrückt.

In Schritt S22 wird eine Bestimmung darüber gemacht, ob sich der Katalysator 9 in einem aktivierten Zustand befindet, indem bestimmt wird, ob die Katalysatortemperatur Tcc gleich oder höher als die untere Grenze der Aktivierungstemperatur T1 ist (z. B. 400°C).

Wenn das Bestimmungsergebnis bei Schritt S22 positiv ist oder wenn die Katalysatortemperatur Tcc gleich oder höher als die untere Grenze der Aktivierungstemperatur T1 ist (zum Zeitpunkt des Nicht-Erfüllens der vierten Anforderung), ist es nicht erforderlich, die Abgastemperatur-Anstiegssteuerung für die Aktivierung des Katalysators durchzuführen. In diesem Fall rückt der Ablauf zum Schritt S14 vor, wo die gewöhnliche Steuerung durchgeführt wird.

Wenn andererseits das Bestimmungsergebnis in Schritt S22 negativ ist oder wenn die erste bis vierte Anforderung - d. h. die erste bis vierte Bedingung zur Durchführung der Abgastemperatur-Anstiegssteuerung - erfüllt sind, rückt der Ablauf zum Schritt S24 vor, wo die Abgastemperatur- Anstiegssteuerung durchgeführt wird.

In einem Fall, in dem der Motor unmittelbar vor dem Start der Abgastemperatur-Anstiegssteuerung betrieben wird, und zwar im Kompressionshub-Mager-Einspritzmodus, um die Schicht- Ver­ brennung durchzuführen, werden die Kraftstoffeinspritzmenge, der Kraftstoff-Einspritzungs-Zeitpunkt, der Zündungs-Zeitpunkt, etc. auf jene Werte für die Abgas-Anstiegssteuerung geändert, während eine wesentliche Veränderung im Drehmoment der Motorausgabe verhindert wird. In einem Fall, in dem der Motor in einem Ansaughub-Mager-Einspritzmodus betrieben wird, und zwar kurz vor dem Start der Abgastemperatur-Anstiegssteuerung, um die vorge­ mischte Magerverbrennung durchzuführen, werden die Kraftstoff­ einspritzmenge, der Kraftstoff-Einspritzungs-Zeitpunkt, der Zündungs-Zeitpunkt, etc. auf jene Werte für den Kompressionshub- Mager-Einspritzmodus geändert, während eine wesentliche Veränderung im Drehmoment der Motorausgabe verhindert wird. Für gewöhnlich werden die Öffnungsgrade des ABV 50 etc. unverändert gehalten, wenn von der gewöhnlichen Steuerung eine Verschiebung in die Abgastemperatur-Anstiegssteuerung gemacht wird. Genauer gesagt, wird wie für das ABV zu diesem Zeitpunkt keine Steuerung zum Öffnen/Schließen durchgeführt.

In der Abgastemperatur-Anstiegssteuerung in Schritt S24 wird eine in der Fig. 4 gezeigte Abgastemperatur-Anstiegs- Steuerroutine 4 durchgeführt. Unterdessen wird die Kraftstoff­ einspritzung in der Abgastemperatur-Anstiegssteuerung im Kompressionshub durchgeführt, und zwar wie im Fall des Kompressionshub-Mager-Einspritzmodus für die normale Steuerung.

In Schritt S30 stellt die ECU 23, die als Kraftstoff- Einspritz-Steuermittel dient, den Kraftstoff-Einspritzungs- Zeitpunkt derart ein, um in Bezug auf die normale Steuerung verspätet zu sein. Genauer gesagt, wird der Kraftstoffein­ spritzungs-Zeitpunkt von beispielsweise 57°C BTDC, der für den Kompressionshub-Mager-Einspritzmodus in der gewöhnlichen Steuerung geeignet ist, stark auf einen Wert verzögert, der im Bereich von 20° BTDC bis TDC liegt. Vorzugsweise wird der Kraftstoff-Einspritzungs- Zeitpunkt für die Abgastemperatur- Anstiegssteuerung auf einen Wert eingestellt, der in einen Bereich von 15° BTDC bis 5° BTDC fällt.

In Schritt S32 wird die Kraftstoff-Einspritzmenge auf einen solchen Wert eingestellt, um im Hohlraum 1c ein reiches Luft- Kraftstoffgemisch zu bilden. Genauer gesagt, wird in der Abgastemperatur-Anstiegssteuerung im Hohlraum 1c ein reiches Gemisch gebildet, das ein Luft-Kraftstoffverhältnis aufweist, das von 8 bis 10 reicht, und zwar nicht wie im Kompressionshub- Mager-Einspritzmodus für die normale Steuerung, in dem ein Luft- Kraftstoffgemisch im Hohlraum gebildet wird, das über ein Luft- Kraftstoffverhältnis verfügt, das dem stöchiometrischen Luft- Kraftstoffverhältnis ähnlich ist. Außerdem wird die Kraftstoff­ einspritzmenge für die Abgastemperatur-Anstiegssteuerung auf einen solchen Wert eingestellt, um das gesamte oder mittlere Luft-Kraftstoffverhältnis dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff­ verhältnis anzugleichen oder beispielsweise einem etwas mageren Luft-Kraftstoffverhältnis von 14 bis 18 anzugleichen.

In Schritt S34 wird der Zündungs-Zeitpunkt (Motorstellpara­ meter) von der ECU 23, die als Motorsteuermittel dient, auf einen in Bezug auf die normale Steuerung verspäteten Wert eingestellt - wie im Fall des Kraftstoff-Einspritzungs- Zeitpunkts. Das bedeutet, daß der Zündungs-Zeitpunkt, der für den Kompressionshub-Mager-Einspritzmodus in der normalen Steuerung z. B. im Bereich von 200 BTDC bis 250 BTDC liegt, stark auf einen Wert verzögert wird, der abhängig von der Kraftstoff- Einspritzungs-Zeitpunkt im Bereich von 15° BTDC bis 5° BTDC - vorzugsweise im Bereich von 10° BTDC bis TDC - liegt.

Als nächstes wird in Schritt S36 die Kraftstoffeinspritzung auf der Grundlage des auf diese Art und Weise eingestellten Kraftstoff-Einspritzungs- Zeitpunkts und Kraftstoffeinspritzmenge durchgeführt. In Schritt S38 wird die Zündung auf der Grundlage des auf die obige Art und Weise eingestellten Zündungs- Zeitpunkts durchgeführt.

Im folgenden wird die Funktion der Abgastemperatur- Anstiegssteuerung mit Bezug auf Fig. 5 weiter erläutert.

Zunächst wird wie im oberen linken Teil der Fig. 5 vom Kraftstoff-Einspritzventil 8 im Kompressionshub Kraftstoff in einer größeren Menge als gewöhnlich eingespritzt, d. h. in einer Menge, um lokal ein Gemisch zu bilden, das über einen reichen Luft-Kraftstoffverhältnis verfügt, das z. B. von 8 bis 10 reicht. Zum Zeitpunkt der Kraftstoff-Einspritzung, der wie zuvor erwähnt auf einen Wert von 20° BTDC bis TDC verzögert wird, befindet sich der Kolben 1b an einer Stelle, die höher liegt als die durch die gestrichelte Linie dargestellte gewöhnliche Kolben­ stelle.

Dann wird, wie im oberen rechten Teil der Fig. 5 gezeigt, die Zündung bei einem Zeitpunkt durchgeführt, der im Bereich von 15° BTDC bis 50 ATDC liegt.

Für gewöhnlich liegt der Kurbelwinkel-Unterschied zwischen dem Kraftstoff-Einspritzungs-Zeitpunkt (annähernd 57° BTDC) und dem Zündungs-Zeitpunkt (20° BTDC bis 25° BTDC) im Bereich von 32° bis 37°, so daß das meiste des Kraftstoffstrahls beim Zündungs-Zeitpunkt die Zündkerze 35 erreicht. Im Gegensatz dazu beträgt im Falle der Abgastemperatur-Anstiegssteuerung der Kurbelwinkel-Unterschied zwischen dem Kraftstoff-Einspritzungs- Zeitpunkt und dem Zündungs-Zeitpunkt, der abhängig vom Kraft­ stoff-Einspritzungs-Zeitpunkt im Bereich von 150 BTDC bis 50 ATDC liegt, annähernd 5-. Wie im oberen rechten Teil der Fig. 5 gezeigt, erreicht in diesem Fall nur ein führender Teil des Kraftstoffstrahls die Zündkerze 35. Wenn die Zündung zum Zeit­ punkt erfolgt, zu dem der führende Teil des Kraftstoffstrahls die Zündkerze 35 erreicht, wird der Kraftstoffstrahl adäquat entzündet, da um die Zündkerze 35 herum genügend Luft vorliegt, so daß die Verbrennung des Kraftstoffstrahls beginnt. Mit anderen Worten findet die keine nicht adäquate Entzündung aufgrund eines Luftmangels statt - abweichend vom Fall, in dem die Entzündung durchgeführt wird, wenn sich um die Zündkerze 35 herum ein reiches Luft-Kraftstoffgemisch vollständig bildet.

Eine am führenden Teil des Kraftstoffstrahls erzeugte Flamme zu Beginn der Verbrennung bewirkt, daß der Kraftstoffstrahl im Hohlraum 1c eine Heißflammenreaktion mit dem Sauerstoff durchführt. Als Ergebnis verbreitet sich die Flamme, wie im unteren linken Teil der Fig. 5 gezeigt, so daß sich das resultierende Verbrennungsgas auszudehnen beginnt. Zu diesem Zeitpunkt liegt im Hohlraum 1c ein überreiches Gemisch vor, das ein Luft-Kraftstoffverhältnis aufweist, das im Bereich von 8 bis 10 liegt, während für die Verbrennung eines solchen überreichen Gemischs nicht genug Sauerstoff vorliegt. Auf diese Weise wird ein Teil des überreichen Luft-Kraftstoffgemischs unvollständig verbrannt, um unvollständig verbrannte Materialien wie beispielsweise Kohlenwasserstoff und Kohlenmonoxid zu erzeugen.

Wenn sich der Kolben 1b nach unten bewegt, verteilen sich die unvollständig verbrannten Materialien vom Hohlraum 1c weg in die Brennkammer 1a, wie am unteren rechten Teil der Fig. 5 gezeigt.

Da Luft, die im Ansaughub in die Brennkammer 1c gesaugt wird, zu diesem Zeitpunkt an Stellen vorliegt, die sich außerhalb des Hohlraums befinden, reagieren die unvollständig verbrannten Materialien adäquat mit dem in der Luft enthaltenen Sauerstoff, um erneut verbrannt zu werden. Im Verbrennungshub, in dem der Druck innerhalb der Brennkammer 1a abnimmt, findet die Wieder-Verbrennung der unvollständig verbrannten Materialien ziemlich langsam statt, und das meiste der sich ergebenden Energie wird für die Verbrennungsarbeit im Motor nicht verschwendet. Die Wieder-Verbrennung der unvollständig verbrannten Materialien hält gemäßigt an, bis der Auslaßhub einsetzt.

In Fig. 6 werden im Verbrennungshub eine Hitze- Erzeugungsrate, die beobachtet wird, wenn die Abgastemperatur- Anstiegssteuerung durchgeführt wird, und diejenige, die beobachtet wird, wenn die normale Steuerung im Kompressionshub- Mager-Einspritzmodus durchgeführt wird, jeweils Mithilfe einer durchgezogenen Linie und einer strichpunktierten Linie als Funktion eines Kurbelwinkels gezeigt. Wie aus der Fig. 6 ersichtlich, bewirkt die Abgastemperatur-Anstiegssteuerung, daß die Verbrennung langsamer stattfindet als in der gewöhnlichen Steuerung, und erhält die Hitze-Erzeugungsrate bei einem Pegel, das höher ist als der in der gewöhnlichen Steuerung, wodurch es ermöglicht wird, die Abgastemperatur Tex auf einen Wert von T2 - z. B. 800°C - anzuheben, um den Katalysator 9 für seine frühe Aktivierung zu erhitzen.

Unmittelbar nach dem Beginn der Abgastemperatur- Anstiegssteuerung wird der Timer TM, der eine vom Start dieser Steuerung verstrichene Zeitspanne mißt, bei Schritt S26 der Fig. 3 gestartet.

Wenn die durch den Timer TM gemessene Zeitspanne eine vorbestimmte Zeitspanne TM1 erreicht, so daß das Bestimmungs­ ergebnis bei Schritt S20 negativ ist, oder wenn der Katalysator 9 aktiviert wird, so daß das Bestimmungsergebnis bei Schritt S22 positiv ist, wird die Abgastemperatur-Anstiegssteuerung beendet. Daraufhin wird der Timer TM bei Schritt S16 auf einen Wert von 0 zurückgesetzt.

Im folgenden wird ein Abgastemperatur-Anstiegssystem gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erläutert.

Das System der vorliegenden Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, daß eine frühere Kraftstoffeinspritzung, wo ein Teil des einzuspritzenden Kraftstoffs im Ansaughub eingespritzt wird, vor einer Haupt-Kraftstoffeinspritzung durchgeführt wird, worin der verbliebene größte Teil des Kraftstoffs im Kompressionshub eingespritzt wird. Das bedeutet, daß sich die Abgastemperatur-Anstiegssteuerung dieser zweiten Ausführungsform vom System der ersten Ausführungsform, die eine einstufige Kraftstoffeinspritzung durchführt, darin unterscheidet, daß eine zweistufige Kraftstoffeinspritzung durchgeführt wird, die aus der früheren Kraftstoffeinspritzung des Ansaughubs und aus der Haupt--Kraftstoffeinspritzung besteht, dieser jedoch in anderer Hinsicht ähnlich ist. Das bedeutet, daß das System der vorliegenden Ausführungsform auf Motoren des in Fig. 1 gezeigten Typs anwendbar ist und wie im Fall der ersten Ausführungsform die in Fig. 3 gezeigte Hauptroutine für die Abgastemperatur- Anstiegssteuerung durchführt.

Im folgenden wird eine von der ECU des Systems der vorliegenden Ausführungsform durchgeführte Abgastemperatur- Anstiegs-Steuerroutine unter Bezugnahme auf Fig. 7 erläutert.

In den Schritten S40 und S42 wird der Kraftstoff- Einspritzungs-Zeitpunkt für die Haupt-Kraftstoffeinspritzung im Verhältnis zu dem für die normale Steuerung verzögert, um im Hohlraum 1c wie im Fall der ersten Ausführungsform ein reiches Gemisch zu bilden, das ein Luft-Kraftstoffverhältnis im Bereich von 8 bis 10 aufweist.

In Schritt S44 werden der Kraftstoff-Einspritzungs- Zeitpunkt und die Kraftstoffeinspritzmenge für die frühere Kraftstoffeinspritzung eingestellt. Es ist ratsam, den Kraftstoff-Einspritzungs-Zeitpunkt auf einen Wert einzustellen, der in ein frühes Stadium des Ansaughubs fällt - z. B. 320° BTDC - obwohl der Einspritzungs-Zeitpunkt in ein frühes Stadium des Kompressionshubs fallen kann, da die Kraftstoffeinspritzmenge für die frühere Kraftstoffeinspritzung klein ist, weshalb der zuvor eingespritzte Kraftstoff in einer kurzen Zeit zerstäubt wird. Vorzugsweise wird die Kraftstoffeinspritzmenge für die frühere Kraftstoffeinspritzung auf einen Wert eingestellt, der im Bereich von 10% bis zu 40% der gesamten Kraftstoffeinspritz­ menge pro Betriebszyklus des Motors liegt.

Fig. 8 zeigt die Abgastemperatur Tex als Funktion eines Verhältnisses der Kraftstoffeinspritzmenge der früheren Kraft­ stoffeinsprizung bezogen auf die gesamte Kraftstoffeinspritzmen­ ge. Fig. 9 zeigt die Menge unverbrannten Kohlenwasserstoffs, die von der Auslaßöffnung 3a abgelassen wird, und zwar als Funktion des Kraftstoffmengen-Verhältnisses. Wie aus den Fig. 8 und 9 ersichtlich, kann, sobald die Kraftstoffmenge für die frühere Kraftstoffeinspritzung auf einen Wert eingestellt wird, der im Bereich von 10% bis zu 40% der gesamten Kraftstoffeinspritzmenge liegt, die Abgastemperatur Tex auf einen Wert angehoben werden, der höher ist als die Temperatur T2 - z. B. ungefähr 800°C, die vom System der ersten Ausführungsform erreicht wird - während die Emission schädlichen unverbrannten Kohlenwasserstoffs an die Atmosphäre beträchtlich reduziert wird. Solchermaßen wird in dieser Ausführungsform die Kraftstoffmenge für die frühere Kraftstoffeinspritzung auf einen Wert eingestellt, der im Bereich von 10% bis zu 40% der gesamten Kraftstoffeinspritzmenge liegt.

Wie aus den Fig. 8 und 9 verständlich, erreicht die Abgastemperatur Tex ein Maximum und die abgelassene unverbrannte Kohlenwasserstoffmenge wird auf ein Minimum reduziert, wenn das Kraftstoffmengen-Verhältnis nahe bei 20% der gesamten Kraft­ stoffeinspritzmenge liegt. Solchermaßen wird die Kraftstoffmenge für die frühere Kraftstoffeinspritzung vorzugsweise auf einen Wert eingestellt, der annähernd 20% der gesamten Kraftstoffein­ spritzmenge gleicht.

In Schritt S46 wird der Zündungs-Zeitpunkt wie im Fall der ersten Ausführungsform in Bezug auf diejenige für die normale Steuerung verspätet eingestellt.

Als nächstes wird in Schritt S48 die frühere Kraftstoffein­ spritzung durchgeführt.

Im folgenden wird die Funktion der früheren Kraftstoffein­ spritzung auf der Grundlage der Fig. 10 erläutert, die die Bedingungen zeigt, die während des Verlaufs vom Ansaughub bis hin zu einem frühen Stadium des Kompressionshubs beobachtet wird, sofern die frühere Kraftstoffeinspritzung im Ansaughub durchgeführt wird.

Als erstes wird der Kraftstoff in einer Menge von 10% bis 40% der gesamten Kraftstoffeinspritzmenge bei 320° BTDC im Ansaughub eingespritzt, wie im oberen linken Teil von Fig. 10 gezeigt.

Wenn sich der Kolben 1b nach unten bewegt, wird der früher eingespritzte Kraftstoff vom Trägheitsfluß (Tumblestrom) der Ansaugluft transportiert und in der Brennkammer 1a verteilt, wie im oberen rechten Teil der Fig. 10 gezeigt. Danach bewegt sich der Kolben 1b nach oben, um die Gase in der Brennkammer zu komprimieren, damit dadurch eine Kühlflammenreaktion zwischen dem früher eingespritzten Kraftstoff mit Luft verbessert wird, wobei chemisch reaktive Substanzen (Kühlflammen-Reaktionsproduk­ te) wie beispielsweise CHO, H₂O₂ und OH erzeugt werden.

Danach wird, wie im unteren Teil der Fig. 10 gezeigt, ein Haupt-Kraftstoff unter der Bedingung eingespritzt und entzündet (in den Schritten S50 und S52 in Fig. 7), daß die Brennkammer 1a mit Kühlflammen-Reaktionsprodukten gefüllt wird und sich der Kolben 1b an einer nach oben bewegten Stelle befindet. Als Ergebnis wird der Haupt-Kraftstoff entzündet, und im Hohlraum 1c findet eine Heißflammenreaktion zwischen dem Kraftstoffstrahl und dem Sauerstoff statt. Des weiteren wird der Haupt-Kraftstoff verbrannt, während sich eine Heißflamme ausbreitet, wie im unteren Teil der Fig. 10 gezeigt. Ein Teil des Haupt-Kraftstoffs wird unvollständig verbrannt, um unvollständig verbrannte Mate­ rialien wie beispielsweise Kohlenwasserstoff und Kohlenmonoxid zu erzeugen.

Wenn sich folglich der Kolben 1b nach unten bewegt, verteilen sich dann die unvollständig verbrannten Materialien vom Hohlraum 1c weg in die Brennkammer 1a. Zu diesem Zeitpunkt treiben die Kühlflammen-Reaktionsprodukte innerhalb der Brennkammer 1a und dienen als Entzündungsauslöser, die zur Wieder-Verbrennung der unvollständig verbrannten Materialien beitragen, so daß die Wieder-Verbrennung dieser Materialien anhält.

Wie oben erläutert, wird eine zweistufige Kraftstoffein­ spritzung, die aus der im Ansaughub durchgeführten früheren Kraftstoffeinspritzung und der im Kompressionshub durchgeführten Haupt-Kraftstoffeinspritzung besteht, in der vorliegenden Ausführungsform ausgeführt. Die Auswirkung der früheren Kraftstoffeinspritzung wird weiter mit Bezug auf Fig. 11 erläutert.

In Fig. 11 wird eine Hitze-Erzeugungsrate, die beobachtet wird, wenn die zweistufige Kraftstoffeinspritzung der vorliegenden Ausführungsform durchgeführt wird, als Funktion des Kurbeiwinkels durch die gestrichelte Linie dargestellt, und zwar im Vergleich zu der durch die durchgezogene Linie dargestellten Hitze-Erzeugungsrate, die zum Zeitpunkt der einstufigen Kraftstoffeinspritzung der ersten Ausführungsform beobachtet wird, und im Vergleich zu der durch die strichpunktierte Linie dargestellten und zum Zeitpunkt der gewöhnlichen Steuerung beobachteten Hitze-Erzeugungsrate.

Wie aus Fig. 11 ersichtlich, ist die Hitze-Erzeugungsrate (durch die gestrichelte Linie dargestellt) im Verbrennungshub, die durch die zweistufige Kraftstoffeinspritzung der zweiten vorliegenden Ausführungsform erhalten wird, insgesamt größer als die durch die einstufige Kraftstoffeinspritzung der ersten Ausführungsform erhaltene Hitze-Erzeugungsrate (durch die durchgezogene Linie dargestellt). Verglichen mit der ersten Ausführungsform - worin unvollständig verbrannte Materialien nach ihrer Diffusion vom Hohlraum 1c weg, um zu gestatten, daß sie mit Sauerstoff reagieren, erneut verbrannt werden - kann in der vorliegenden Ausführungsform die Wieder-Verbrennung der unvollständig verbrannten Materialien verbessert werden, indem Kühlflammen-Reaktionsprodukte Mithilfe der früheren Kraftstoff­ einspritzung erzeugt werden, die in der Brennkammer 1a als Entzündungsauslöser dienen. Folglich kann die Abgastemperatur Tex über eine Temperatur T2 angehoben werden, die weit über der liegt, die durch die erste Ausführungsform erzielt werden kann.

Fig. 12 zeigt die Abgastemperatur Tex, die durch die zweistufige Kraftstoffeinspritzung gemäß der vorliegenden Ausführungsform erhalten wird, im Vergleich zu den durch die gewöhnliche Steuerung und die einstufigen Kraftstoffeinspritzung der ersten Ausführungsform erhaltenen Abgastemperaturen. Wie aus Fig. 12 ersichtlich, liegt die Abgastemperatur Tex, die Mithilfe der normalen Steuerung erhalten wird, höchstens in der Größenordnung der unteren aktiven Temperaturgrenze T1 - z. B. 400° C. Im Gegensatz dazu kann die erste Ausführungsform die Abgastemperatur Tex auf einen Temperaturwert T2 - z. B. 800°C - anheben und die vorliegende Ausführungsform kann die Abgastemperatur auf einen Wert von T3 - z. B. 900°C - anheben. Auf diese Art und Weise ermöglicht es die Abgastemperatur- Anstiegssteuerung auf der Grundlage der zweistufigen Kraftstoffeinspritzung, den Katalysator 9 für die sofortige Aktivierung schneller zu erhitzen.

Fig. 13 zeigt die Auslaßmengen des unverbrannten Kohlenwasserstoffs, die jeweils im Fall der normalen Steuerung, der einstufigen Kraftstoffeinspritzung und der zweistufigen Kraftstoffeinspritzung beobachtet werden. Wie in Fig. 13 gezeigt, wird die Emission unverbrannten Kohlenwasserstoffs im Vergleich zum Fall, wo die gewöhnliche Steuerung durchgeführt wird, unterdrückt, sobald die einstufige Kraftstoffeinspritzung der ersten Ausführungsform durchgeführt wird, und die Emission wird durch die zweistufige Kraftstoffeinspritzung gemäß der zweiten Ausführungsform weiter unterdrückt. Auf diese Weise ermöglicht es die Abgastemperatur-Anstiegssteuerung der ersten oder zweiten Ausführungsform, die Emission schädliche Substanzen an die Atmosphäre adäquat zu dem Zeitpunkt, wo der Katalysator 9 nicht aktiviert ist, zu verhindern. Vor allem ist die Auswirkung zur Verhinderung der Emission schädlicher Gasbestandteile bemerkenswert, die durch die zweistufige Kraftstoffeinspritzung der zweiten Ausführungsform erzielt wird.

Zusammengefaßt kann das Abgastemperatur-Anstiegssystem der vorliegenden Erfindung, das an Zylinder-Inneneinspritzungs- Benzinmotoren angelegt wird, betrieben werden, um die im Kompressionshub eingespritzte Kraftstoffmenge zu erhöhen, wodurch im Hohlraum 1c ein reiches Luft-Kraftstoffgemisch gebildet wird, wenn sich die katalytische Funktion des Katalysators 9 mit Abnahme in der Katalysator-Temperatur Tcc vermindert, und bewirkt, daß das reiche Gemisch verbrannt wird, um unvollständig verbrannte Materialien zu erzeugen, die moderat mit Sauerstoff reagieren, das in der Luft enthalten ist, die vom Hohlraum 1c entfernt in der Brennkammer 1a vorhanden ist. Als Ergebnis wird die Abgastemperatur Tex angehoben, um höher zu sein als die, die man durch die gewöhnliche Steuerung erhält. Dies ermöglicht es, den Katalysator 9 adäquat zu erhitzen und zu aktivieren, während verhindert wird, daß der Kraftstoffverbrauch steigt und die Hitzeenergie für die Verbrennungsarbeit verschwendet wird. Ein derartig angehobener Kraftstoffverbrauch und eine Hitzeenergieverschwendung sind die Folge, wenn wie im herkömmlichen Stand der Technik ein zusätzlicher Kraftstoff in einem frühen Stadium des Verbrennungshubs eingespritzt und verbrannt wird.

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorher besprochene erste und zweite Ausführungsform beschränkt, sondern kann auf verschiedene Weise modifiziert werden.

In den Ausführungsformen wird eine Verschiebung von der gewöhnlichen Steuerung zur Abgastemperatur-Anstiegssteuerung durchgeführt, ohne ein Ansaugluftmenge-Einstellmittel wie beispielsweise ein ABV 50 betreiben zu müssen, um dadurch eine unveränderte Menge an Ansaugluft beizubehalten.

Alternativ kann zu Beginn der Abgastemperatur- Anstiegssteuerung der Öffnungsgrad des ABV 50 inkremental gesteuert werden, um die Ansaugluftmenge absichtlich zu erhöhen, wobei gleichzeitig die Kraftstoffeinspritzmenge erhöht werden kann, so daß die Abgastemperatur-Anstiegswirkung weiterhin verbessert wird. Bei dieser Gelegenheit ist es ratsam, die Steuerung der Motorstellparameter - wie beispielsweise der Kraftstoff-Einspritz-Zeitpunkt und Zündungs-Zeitpunkt - auf eine solche Weise zu steuern, daß während der Verschiebung von der gewöhnlichen Steuerung in die Abgastemperatur-Anstiegssteuerung keine wesentliche Veränderung im Drehmoment der Motorausgabe verursacht wird. Der Kraftstoff-Einspritzungs-Zeitpunkt, der oben als ein von der ECU gesteuertes Motorstellparameter, das als Motor-Regelmittel dient, aufgegriffen wird, kann als ein Parameter verstanden werden, das von der ECU geregelt wird, die als Kraftstoffeinspritzungs-Steuermittel dient.

Obwohl das Luftmengen-Einstellmittel in der ersten und zweiten Ausführungsform aus dem ABV 50 besteht, kann sich das Luftmengen-Einstellmittel aus einem elektronischen Drosselventil zusammensetzen, das ein elektronisch betriebenes Stellglied aufweist, das die Drosselventilöffnung unabhängig von einer Betätigungsgröße des Gaspedals einstellt, sofern der Motor der Art ist, die über ein derartiges elektronisches Drosselventil verfügt.

In der ersten und zweiten Ausführungsform wurde die vorliegende Erfindung im Zusammenhang mit einem Zylinder- Inneneinspritzungs-Benzinmotor ausgeführt, der aufgebaut ist, um zum Zeitpunkt der Schicht-Verbrennung bzw. Magerverbrennung des eingespritzten Kraftstoffs in der Brennkammer einen Tumblestrom von Ansaugluft zu erzeugen. Jedoch ist die vorliegende Erfindung auch auf Motoren eines Typs anwendbar, die den Kraftstoff aus einem Kraftstoff-Einspritzventil mindestens im Kompressionshub einspritzen und die den eingespritzten Kraftstoff für die Schicht-Verbrennung funkenzünden - wie beispielsweise ein Zylinder-Inneneinspritzungs-Benzinmotor, in dem eine Drallströ­ mung erzeugt wird.

Claims (5)

1. Ein Abgastemperatur-Anstiegssystem für einen Zylinder- Inneneinspritzungs-Innenverbrennungsmotor (1), in dem aus einem Kraftstoff-Einspritzventil (8) direkt in eine Brennkammer (1a) eingespritzter Kraftstoff für die Schicht-Verbrennung funkengezündet wird, gekennzeichnet durch:
ein Kraftstoffeinspritzungs-Steuermittel (23) zur Steuerung des Kraftstoff-Einspritzventils (8) , um bei einem verzögerten Kraftstoff-Einspritzungs-Zeitpunkt in einem Kompressionshub des Motors (1) Kraftstoff in einer solchen Menge einzuspritzen, um zusammen mit Luft in der Brennkammer (1a) um die Zündkerze (35) herum lokal ein überreiches Luft-Kraftstoffgemisch zu bilden, wenn sich der Motor (1) in einer Betriebsbedingung befindet, in der es erforderlich ist, daß die Abgastemperatur steigt; und
ein Motor-Regelmittel (23), um ein Motor-Stellparameter so zu regeln, daß der bei dem verzögerten Kraftstoff-Einspritzungs- Zeitpunkt eingespritzte und funkengezündete Kraftstoff um die Zündkerze (35) herum unzureichend verbrannt wird und daraufhin in der Brennkammer (1a) mit zusätzlichem Sauerstoff vermischt wird, um verbrannt zu werden, während er von einem Gasdurchfluß in der Brennkammer (1a) beeinflußt wird, sobald eine Steuerung des Kraftstoff-Einspritzventils (8) vom Kraftstoffeinspritzungs- Steuermittel (23) durchgeführt wird.

2. Das Abgastemperatur-Anstiegssystem nach Anspruch 1, worin das Motor-Regelmittel (23) bewirkt, daß der Einspritzungs- Zeitpunkt während der Durchführung der Steuerung des Kraftstoff- Einspritzventils (8) durch das Kraftstoffeinspritzungs-Steuer­ mittel (23) in Bezug auf den Zeitpunkt während eines Motorbe­ triebs, in dem der Abgastemperaturanstieg nicht benötigt wird, verzögert wird.

3. Das Abgastemperatur-Anstiegssystem nach Anspruch 1 oder 2, worin das Kraftstoffeinspritzungs-Steuermittel (23) das Kraftstoff-Einspritzventil (8) derart steuert, daß ein Teil des Kraftstoffs früher eingespritzt wird - und zwar vor der Einspritzung des Kraftstoffs, die zum verzögerten Kraftstoff- Einspritzungs-Zeitpunkt im Kompressionshub stattfindet - zu einem Zeitpunkt in einem Bereich, der von einem Frühstadium eines Ansaughubs bis hin zu einem Frühstadium des Kompressions­ hubs reicht, wobei dieser Ansaug- und Kompressionshub zum selben Betriebszyklus des Motors (1) gehört.

4. Die Abgastemperatur-Anstiegssteuerung nach Anspruch 3, worin eine Kraftstoffmenge, die früher eingespritzt werden muß, auf einen Wert eingestellt wird, der von 10% bis zu 40% einer Gesamtmenge an Kraftstoff variiert, der pro Betriebszyklus pro Zylinder des Motors (1) einzuspritzen ist.

5. Das Abgastemperatur-Anstiegssystem nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4, das weiterhin umfaßt:
ein Luftmengen-Einstellmittel (50) zur Einstellung einer Luftmenge, die in die Brennkammer (1a) eingeführt wird;
worin das Kraftstoffeinspritzungs-Steuermittel (23) das Kraftstoff-Einspritzventil (8) derart steuert, um mit Zunahme in der Menge eingeführter Luft, die durch das Luftmengen- Einstellmittel (59) eingestellt wird, eine Menge an eingespritztem Kraftstoff zu erhöhen.