DE60004918T2

DE60004918T2 - Verbrennungssteuerapparat und Verbrennungssteuermethode für Motor

Info

Publication number: DE60004918T2
Application number: DE60004918T
Authority: DE
Inventors: Jun Toyota-shi Harada
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1999-04-28
Filing date: 2000-04-26
Publication date: 2004-07-22
Anticipated expiration: 2020-04-27
Also published as: EP1048835A3; JP3414318B2; KR20000071792A; EP1048835A2; KR100358543B1; JP2000314335A; EP1048835B1; US6257198B1; DE60004918D1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft einen in ein Fahrzeug eingebauten Motor, der mit einer Heizung ausgestattet ist, welche das Kühlmittel des Motors als Wärmequelle verwendet, und insbesondere eine Verbrennungssteuervorrichtung und ein Verbrennungssteuerverfahren für einen Motor mit Schichtladungs-Verbrennung (Schichtverbrennung).
Es ist ein Motor vorgeschlagen worden, der eine Schichtverbrennung, bei welcher Kraftstoff in der Nähe der Zündkerze in den Verbrennungsraum ungleichmäßig eingespritzt wird, und eine Homogenladungs-Verbrennung (homogene Verbrennung) durchführt, bei welcher Kraftstoff gleichmäßig im Verbrennungsraum verteilt wird (siehe zum Beispiel die ungeprüfte japanische Patentanmeldung (KOKAI) Nr. Hei 8-189405).
Im Allgemeinen ist die Temperatur des in Kontakt mit der Innenwand des Verbrennungsraums stehenden Verbrennungsgases während der Schichtverbrennung relativ niedrig, wodurch die über die Innenwand an das Kühlmittel des Motors übertragene Wärmemenge gering ist. Dadurch sind die Kühlverluste geringer als bei der homogenen Verbrennung. Da das Luft-/Kraftstoff-Gemisch bei der Schichtverbrennung magerer ist, wird das Drosselventil entsprechend weiter geöffnet. Dadurch werden die Pumpverluste geringer als bei der homogenen Verbrennung.
Infolge der verringerten Kühl- und Pumpverluste ist der Kraftstoffverbrauch bei der Schichtverbrennung bei etwa derselben Motorleistung deutlich geringer als bei der homogenen Verbrennung.
Ein Motor mit Schichtverbrennung verbraucht zwar weniger Kraftstoff, führt jedoch zu dem folgenden schwerwiegenden Problem, wenn er in einem Fahrzeug mit Wasserkühlung zur Erwärmung des Fahrzeuginnern eingesetzt wird.
Da bei der Schichtverbrennung weniger Wärme an das Kühlmittel übertragen wird, ist die Temperatur des Kühlmittels auch niedriger als bei homogener Verbrennung. Da die Warmwasserheizung dieses Kühlmittel als Wärmequelle verwendet, kann die Wärmeausbeute unzureichend sein.
Insbesondere wenn die Schichtverbrennung in einem Motor mit geringer Last abläuft wie beispielsweise im Leerlauf, wodurch die Menge des eingespritzten Kraftstoffs gemäß der oben erwähnten japanischen Patentschrift relativ verringert wird, nimmt die Menge der im Verbrennungsraum erzeugten Verbrennungswärme ab. Dadurch wird die Wärmeabgabe der Heizung noch geringer.
Darüber hinaus wird in dem Dokument DE 196 50 518 C1 eine Vorrichtung zur Steuerung eines in einem Fahrzeug eingesetzten Motors beschrieben, wobei das Fahrzeug eine Heizung besitzt, welche ein Motorkühlmittel als Wärmequelle verwendet und der Motor in einem Schichtladungs-Verbrennungsmodus betrieben wird, bei dem ein Luft-/Kraftstoff-Gemisch ungleichmäßig in einen Verbrennungsraum eingespritzt wird. Reicht die Heizleistung der Heizung nicht aus (wenn die Außentemperatur niedrig ist und wenn der Motor gestartet wird), regelt eine Steuervorrichtung den Motor so, dass der thermische Wirkungsgrad des Motors den thermischen Wirkungsgrad des Schichtladungs-Verbrennungsmodus unterschreitet (d.h. im homogenen Verbrennungsmodus).
Und schließlich wird in DE 25 41 214 ein Verbrennungsmotor mit einem Hauptverbrennungsraum und einem Vorverbrennungsraum beschrieben, welcher in einem Schichtladungs-Verbrennungsmodus betrieben wird. Während der Vorverbrennungsraum bei kaltem Motor zu kalt ist, um eine geeignete Verteilung des in den Vorverbrennungsraum eingespritzten Kraftstoffs zu ermöglichen, kann der Transport des Kraftstoffs bei heißem Motor für den beabsichtigten Schichtladungsbetrieb zu schnell erfolgen. Es wird vorgeschlagen, die Temperatur des Verbrennungsraums durch den Zeitpunkt der Kraftstoffeinspritzung zu regeln. Die Kraftstoffeinspritzung wird bei höherer Motorlast zeitlich vorgezogen und bei erhöhter Motortemperatur verzögert.
Angesichts der obigen Überlegungen besteht die Aufgabe der Erfindung darin, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Steuerung eines Motors bereitzustellen, welche in einem Schichtladungs-Verbrennungsmodus so eingesetzt werden können, dass der Motor für eine Heizung des Fahrzeugs genügend Wärme bereitstellen kann.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung nach Anspruch 1 und ein Verfahren nach Anspruch 11 gelöst. Vorteilhafte Varianten werden in den anhängigen Ansprüchen beschrieben.
Weitere Aspekte und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen klar, welche die Prinzipien der Erfindung beispielhaft veranschaulichen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Erfindung sowie weitere Aufgaben und Vorteile sind am Besten unter Bezug auf die folgende Beschreibung der hier bevorzugten Ausführungsarten und in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen verständlich, wobei:
1 ein Prinzipschema eines Motors und einer Klimaanlage gemäß einer ersten Ausführungsart der vorliegenden Erfindung ist;
2 ein Ablaufdiagramm einer Betriebsmodus-Einstellungsroutine gemäß der ersten Ausführungsart ist;
3 ein Diagramm zur Darstellung von Betriebskennwerten ist, die zum Einstellen erster und zweiter Entscheidungswerte verwendet werden;
4 ein Zeitdiagramm ist, das eine Änderung der je Zeiteinheit vom Verbrennungsgas zum Kühlmittel des Motors übertragenen Wärmemenge veranschaulicht;
5 ein Ablaufdiagramm ist, das eine Betriebsmodus-Einstellroutine gemäß einer zweiten Ausführungsart veranschaulicht;
6 ein Ablaufdiagramm ist, welches Prozeduren zum Einstellen verschiedener Steuerwerte eines Motors gemäß der zweiten Ausführungsart veranschaulicht;
7 ein Diagramm zur Darstellung von Betriebsdaten ist, die zum Einstellen eines ersten Entscheidungswertes und eines dritten Entscheidungswertes verwendet werden;
8 ein Ablaufdiagramm ist, das eine Betriebsmodus-Einstellroutine gemäß einer dritten Ausführungsart veranschaulicht;
9 ein Diagramm zur Darstellung von Betriebskennwerten ist, die zum Einstellen eines ersten bis dritten Entscheidungswertes verwendet werden;
10 ein Ablaufdiagramm ist, das eine Betriebsmodus-Einstellroutine gemäß einer vierten Ausführungsart veranschaulicht;
11 ein Diagramm zur Darstellung von Betriebskennwerten ist, die zum Einstellen eines ersten und eines zweiten Entscheidungswertes verwendet werden;
12 ein Ablaufdiagramm ist, das Prozeduren zum Einstellen verschiedener Steuerwerte eines Motors gemäß einer fünften Ausführungsart veranschaulicht;
13 ein Diagramm ist, welches den Zusammenhang zwischen der Kühlmitteltemperatur und der Drosselklappenstellung zeigt;
14 ein Diagramm ist, das den Zusammenhang zwischen der Kühlmitteltemperatur und der vom Verbrennungsgas je Zeiteinheit zum Kühlmittel des Motors übertragenen Wärmemenge zeigt;
15 ein Ablaufdiagramm ist, das eine Betriebsmodus-Einstellroutine gemäß einer sechsten Ausführungsart veranschaulicht; und
16 ein Ablaufdiagramm ist, das eine Betriebsmodus-Einstellroutine gemäß einer siebenten Ausführungsart veranschaulicht.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSARTEN
Erste Ausführungsart
Im Folgenden wird eine erste Ausführungsart der vorliegenden Erfindung beschrieben, die für eine Vorrichtung zur Verbrennungssteuerung eines in einem Fahrzeug eingesetzten Benzinmotors mit Zylinder-Kraftstoffeinspritzung geeignet ist.
1 zeigt ein Prinzipschema eines Motors 10, einer Verbrennungssteuervorrichtung für den Motor 10 und einer in ein Fahrzeug 90 eingebauten Klimaanlage 50. Der Motor hat einen Zylinderkopf 11 und einen Zylinderblock 12. Im Zylinderblock 12 sind eine Vielzahl von Zylindern 13 (von denen einer in 1 gezeigt ist) gebildet, in welchen sich Kolben 15 befinden. Jeder Kolben 15 mit dem zugehörigen Zylinder 13 und Zylinderkopf 11 definiert einen Verbrennungsraum 14.
Im Zylinderkopf 11 und im Zylinderblock 12 ist ein Wassermantel 20 gebildet. Eine Wasserpumpe 60 bewirkt die Zirkulation des Kühlmittels des Motors im Wassermantel, wodurch der Zylinderkopf 11 und der Zylinderblock 12 gekühlt werden. Durch die Kühlung des Zylinderkopfs 11 und des Zylinderblocks 12 nimmt das Kühlmittel des Motors Wärme auf, sodass seine Temperatur entsprechend ansteigt.
Im Zylinderkopf 11 ist eine Luftansaugleitung 16 gebildet, die mit dem Verbrennungsraum 14 in Verbindung steht. Ein Drosselventil 17, das die Menge der Ansaugluft regelt, ist in der Luftansaugleitung 16 angeordnet. In der Luftansaugleitung 16 befindet sich nach dem Drosselventil 17 ein Wirbelsteuerventil 18, das die Intensität der durch die Ansaugluft im Verbrennungsraum 14 erzeugten Verwirbelung einstellt. Die Betätigung des Drosselventils 17 und des Wirbelsteuerventils 18 erfolgt jeweils durch einen Drosselklappenmotor 33 und einen Wirbelmotor 34. Der Winkel des Drosselventils 17 (Drosselklappenwinkel TA) und der Winkel des Wirbelsteuerventils 18 (Wirbelklappenwinkel) werden auf Grundlage von Steuersignalen eingestellt, die in den Motor 33 bzw. 34 eingegeben werden.
Einspritzvorrichtungen 32, die Kraftstoff direkt in die jeweiligen Verbrennungsräume 14 einspritzen, sind für die einzelnen Zylinder 13 am Zylinderkopf 11 bereitgestellt. Über (nicht gezeigte) Förderleitungen wird Kraftstoff unter hohem Druck zu den Einspritzvorrichtungen 32 geleitet. Die Menge des eingespritzten Kraftstoffs und der Zeitpunkt des Einspritzvorgangs wird auf Grundlage eines an jede Einspritzvorrichtung 32 gesendeten Steuersignals eingestellt.
Der Zylinderkopf 11 ist mit Zündkerzen 30 ausgestattet, die die Luft-/Kraftstoff-Gemische in den entsprechenden Verbrennungsräumen 14 zünden. Jede Zündkerze 30 ist mit einer Zündvorrichtung 31 verbunden, zu der eine (nicht gezeigte) Zündspule gehört. Der Zündzeitpunkt jeder Zündkerze 30 wird auf Grundlage eines an die Zündvorrichtung 31 gesendeten Steuersignals festgelegt.
Der Drosselklappenwinkel, der Wirbelklappenwinkel, die Einspritzmenge, der Einspritzzeitpunkt und der Zündzeitpunkt, die oben erwähnt wurden, werden durch eine elektronische Steuereinheit (ECU) 80 gesteuert. Diese ECU 80 beinhaltet einen Arbeitsbereich 82 zum Ausführen von Rechenoperationen, einen Speicherbereich 84 zum Speichern verschiedener Programme sowie durch die Programme verwendeter Daten und einen Ausgabebereich 86 zum Ausgeben von Steuersignalen an die Motoren 33 und 34, die Einspritzvorrichtungen 32, die Zündvorrichtungen 31 und anderes, sowie einen Eingabebereich 88, an den Signale von verschiedenen Sensoren gesendet werden.
Einer der Sensoren ist ein Ansaugluftdrucksensor 69, der auf den Druck der Ansaugluft (Ansaugluftdruck PM) anspricht.
Ein Kurbelwellenwinkelsensor 70 und ein Schließwinkelsensor 71 sind in der Nähe der (nicht gezeigten) Kurbelwelle bzw. der (ebenfalls nicht gezeigten) Nockenwelle des Motors 10 angeordnet. Anhand der Erkennungssignale aus diesen Sensoren 70 und 71 werden die Drehzahl der Kurbelwelle (Motordrehzahl NE) und die Drehphase der Kurbelwelle (Kurbelwellenwinkel CA) erkannt.
Der Zylinderblock 12 ist mit einem Kühlmitteltemperatur-Sensor 72 ausgestattet, der auf die Temperatur des Kühlmittels des Motors (Kühlmitteltemperatur THW) anspricht. In der Nähe eines Gaspedals 78 ist ein Gaspedalsensor 73 bereitgestellt, der die Stellung des Pedals 78 (Gaspedalwinkel ACCP) erkennt.
Im Fahrgastraum 92 ist ein Temperatursensor 74 angebracht, der auf die Temperatur im Fahrgastraum 92 (Fahrgastraumtemperatur THC) anspricht. Ein Außenlufttemperatur-Sensor 75, der auf die Temperatur der Außenluft (Außenlufttemperatur THA) anspricht, ist am Fahrzeug so angebracht, dass er sich in Kontakt mit der Außenluft befindet.
Die Sensoren 69 bis 75 sind so mit dem Eingabebereich 88 der ECU 80 verbunden, dass ihre Erkennungssignale zum Eingabebereich 88 gesendet werden. Auf der Grundlage der von den verschiedenen Sensoren einschließlich der oben erwähnten Sensoren 69 bis 75 gesendeten Erkennungssignale führt die ECU 80 verschiedene mit dem Motor 10 zusammenhängende Steueroperationen wie zum Beispiel die Steuerung der Verbrennung aus.
Zum Beispiel wird der Verbrennungsmodus des Motors 10 bei der Steuerung der Verbrennung durch die ECU 80 zwischen der homogenen Verbrennung und der Schichtverbrennung hin- und hergeschaltet.
Wenn der Verbrennungsmodus auf homogene Verbrennung geschaltet wird, wird der Kraftstoff während des Ansaugtaktes eingespritzt. Daher verteilt sich der eingespritzte Kraftstoff bis zum Zündzeitpunkt gleichmäßig im Verbrennungsraum 14, und die Verbrennung findet statt, während die Kraftstoffkonzentration des Luft-/Kraftstoff-Gemisches überall im Verbrennungsraum 14 ungefähr gleich ist. Das Luft-/Kraftstoff-Verhältnis des Luft-/Kraftstoff-Gemisches wird stöchiometrisch (Luft/Kraftstoff = 14,7) eingestellt.
Wenn der Verbrennungsmodus auf Schichtverbrennung umgeschaltet wird, wird der Kraftstoff während des Verdichtungstaktes eingespritzt. Der eingespritzte Kraftstoff ist dadurch zum Zündzeitpunkt ungleichmäßig im Verbrennungsraum 14 verteilt. Der Kraftstoff weist in der Nähe der Zündkerze 30 eine hohe Konzentration auf, und die Verbrennung findet statt, während sich in der Nähe der Zündkerze 30 eine Schicht des Luft-/Kraftstoff-Gemisches mit einer hohen Kraftstoffkonzentration befindet. Das Luft-/Kraftstoff-Verhältnis des Luft-/Kraft stoff-Gemisches (das mittlere Luft-/Kraftstoff-Verhältnis im Verbrennungsraum 14) wird mager und übersteigt das stöchiometrische Luft-/Kraftstoff-Verhältnis.
Geht man von einer konstanten Motorleistung aus, so genügen die Luft-/Kraftstoff-Verhältnisse A/F(n) des Luft-/Kraftstoff-Gemisches, die Drosselklappenwinkel TA(n), die Einspritzzeitpunkte AINJ(n), die tatsächlich in den Verbrennungsraum 14 eingespritzten Kraftstoffmengen (eingespritzte Gesamtmengen) QINJF(n), die Pumpverluste LP(n), die Kühlverluste LC(n) (n = 0 oder 2; wobei n = 0 den Schichtladungs-Verbrennungsmodus (Schichtmodus) und n = 2 den Homogenladungs-Verbrennungsmodus (homogener Modus) kennzeichnet)) im homogenen Modus und im Schichtmodus den durch die folgenden Ungleichungen 1a bis 6a angegebenen Beziehungen. Je größer der Wert AINJ(n) für die Spritzverstellung ist, desto stärker ist der Zündzeitpunkt vorgezogen.
A/F(0) > A/F(2) ... (1a)
TA(0) > TA(2) ... (2a)
AINJ(0) < AINJ(2) ... (3a)
QINJF(0) < QINJF(2) ... (4a)
LP(0) < LP(2) ... (5a)
LC(0) < LC(2) ... (6a)
Wie sich aus den Ungleichungen 5a und 6a ergibt, sind der Pumpverlust und der Kühlverlust bei homogener Verbrennung größer als bei Schichtverbrennung, und der thermische Wirkungsgrad des Motors ist bei homogener Verbrennung niedriger als bei Schichtverbrennung.
Im Folgenden werden die Struktur und die Wirkungsweise der Klimaanlage 50 beschrieben.
Die Klimaanlage 50 regelt die Temperatur innerhalb des Fahrgastraums 92 auf einen vorgegebenen Temperaturwert ein und beinhaltet einen Wärmeaustauscher 51, einen Verdampfer 53 und ein Gebläse 52.
Der Wärmeaustauscher 51, der die in die Klimaanlage 50 einströmende Luft erwärmt, enthält eine Vielzahl von (nicht gezeigten) Rohren, die (nicht gezeigte) Heizrippen aufweisen. Innerhalb der Rohre befindet sich eine Umlaufleitung, durch die das Kühlmittel des Motors zirkuliert. Über die Wasserpumpe 60 sind der (nicht gezeigte) Einlass der Umlaufleitung mit dem Wassermantel 20 des Zylinderkopfs 11 und der (nicht gezeigte) Auslass der Umlaufleitung mit dem Wassermantel 20 des Zylinderblocks 12 verbunden. Dadurch tritt das durch die Wasserpumpe 60 gepumpte Motorkühlmittel über den Zylinderblock 12 und den Zylinderkopf 11 in die Umlaufleitung ein und kehrt von dieser wieder zur Wasserpumpe 60 zurück.
Der Verdampfer 53, der die in die Klimaanlage 50 strömende Luft abkühlt, enthält eine Vielzahl von (nicht gezeigten) Rohren, die (nicht gezeigte) Kühlrippen aufweisen. Innerhalb der Rohre befindet sich eine Umlaufleitung, durch die das Kühlmittel zirkuliert.
Das Gebläse 52 bewirkt das Eintreten von Außenluft oder Innenluft (die Luft im Fahrgastraum 92) über eine Einblasleitung 56 und befördert die temperaturgeregelte Außenluft oder Innenluft als klimatisierte Luft über einen Ausblasstutzen 58 in den Fahrgastraum 92.
In der Einblasleitung 56 befindet sich eine Innenluft/Außenluft-Schaltklappe 59, durch deren Stellung zwischen den beiden Zuständen des Einlassens von Außenluft und von Innenluft geschaltet wird. Die Stellung dieser Klappe 59 wird auf Grundlage der Stellung eines Innenluft/Außenluft-Auswahlschalters 77 durch die ECU 80 gesteuert.
Die durch die Wirkung des Gebläses 52 in die Klimaanlage 50 strömende Luft (Außenluft oder Innenluft) strömt an den einzelnen Rohren des Verdampfers 53 vorbei. In diesem Augenblick absorbieren die Kühlrippen die Wärme aus der Luft und kühlen diese dadurch ab. Ein Teil der an den einzelnen Rohren des Verdampfers 53 vorbeiströmenden Luft strömt ferner an den einzelnen Rohren des Wärmeaustauschers 51 vorbei. Da von den Heizrippen Wärme an die Luft übertragen wird, steigt die Temperatur der Luft an. Die Größe des Temperaturanstiegs hängt von der Kühlmitteltemperatur THW ab und nimmt mit steigender Kühlmitteltemperatur THW zu.
Zwischen dem Wärmeaustauscher 51 und dem Verdampfer 53 befindet sich eine Temperaturregelklappe 57, welche die Menge der durch den Wärmeaustauscher 51 strömenden Luft regelt. Die durch den Wärmeaustauscher 51 strömende Luft ist entsprechend der Stellung der Klappe 57 Teil der zuvor durch den Verdampfer 53 gelangten Luft. Die Stellung der Klappe 57 wird auf der Grundlage der Stellung des Temperaturwahlschalters 76 durch die ECU 80 gesteuert.
Wenn dieser Temperaturwahlschalter 76 zum Beispiel auf die niedrigste Temperatur eingestellt ist, wird die Position der Temperaturregelklappe 57 so eingestellt, dass keine Luft durch den Wärmeaustauscher 51 strömen kann. Dadurch tritt die durch den Verdampfer 53 abgekühlte Luft direkt als klimatisierte Luft in den Fahrgastraum 92 ein. Wenn also der Temperaturwahlschalter 76 auf die niedrigste Temperatur eingestellt ist, beeinflusst der Wärmeaustauscher 51 die Temperatur innerhalb des Fahrgastraums 92 nicht.
Wird die Stellung des Temperaturwahlschalters 76 auf eine höhere Temperatur eingestellt, ändert sich die Stellung der Temperaturregelklappe 57 so, dass durch den Wärmeaustauscher 51 eine größere Luftmenge strömt. Dadurch steigt die Temperatur der klimatisierten Luft, die wiederum die Temperaturanstiegsrate im Fahrgastraum 92 erhöht.
Wenn die Temperatur des Motorkühlmittels niedrig ist, die Temperatur im Fahrgastraum 92 jedoch erhöht werden soll, kann die Klimaanlage 50 nicht genug Wärme erzeugen. Um dies zu vermeiden, wird die vom Verbrennungsgas im Verbrennungsraum 14 an das Motorkühlmittel übertragene Wärmemenge durch Steuerung des Verbrennungszustands des Motors 10 gesteuert.
Im Folgenden wird die Verbrennungssteuerung unter Bezug auf die 2 bis 4 im Einzelnen beschrieben.
2 ist ein Ablaufdiagramm zur Ermittlung, ob der Motor 10 im homogenen oder im Schichtmodus arbeiten soll. Die in diesem Ablaufdiagramm (Betriebsmodus-Einstellroutine) gezeigte Schrittfolge wird bei jedem angegebenen Kurbelwellenwinkel CA durch die ECU 80 als Unterbrechungsroutine wiederholt ausgeführt.
Bei der Ausführung der Betriebsmodus-Einstellroutine werden zuerst die Motordrehzahl NE und der Gaspedalwinkel ACCP ermittelt (Schritt S110) und auf Grundlage dieser beiden Parameter eine Basiseinspritzmenge QINJB berechnet (Schritt S120). Die Basiseinspritzmenge QINJB stellt diejenige Kraftstoffmenge dar, die entsprechend der Motordrehzahl NE und dem Gaspedalwinkel ACCP zur Bereitstellung der erforderlichen Motorleistung benötigt wird, wenn der Motor im Schichtmodus betrieben wird, und ist der Last des Motors 10 (Motorlast) äquivalent.
Als Nächstes werden auf Grundlage der Motordrehzahl NE ein erster Entscheidungswert QINJBa und ein zweiter Entscheidungswert QUNJBb eingestellt (Schritt 5130). Die Entscheidungswerte QINJBa und QINJBb werden zur Festlegung des Betriebsmodus verwendet.
Insbesondere der zweite Entscheidungswert QINJBb stellt denjenigen Schwellenwert dar, auf dessen Grundlage ermittelt wird, ob die Klimaanlage 50 ausreichend Wärme liefern kann. Wenn die Basiseinspritzmenge QINJB gleich dem zweiten Entscheidungswert QINJBb ist oder kleiner, ist die im Verbrennungsraum 14 erzeugte Verbrennungswärme und damit die an das Motorkühlmittel abgegebene Wärmemenge gering. In diesem Fall lautet das Ermittlungsergebnis, dass die Klimaanlage 50 keine ausreichende Wärmemenge liefern kann.
Im Speicherbereich 84 der ECU 80 werden Betriebskennwerte gespeichert, die den Zusammenhang zwischen der Motordrehzahl NE und den Entscheidungswerten QINJBa und QINJBb definieren, und die Entscheidungswerte QINJBa und QINJBb werden auf Grundlage der Betriebskennwerte gewählt.
3 zeigt die Betriebskennwerte in Form eines Diagramms. Dieses Diagramm zeigt, dass bei konstanter Motordrehzahl NE die Entscheidungswerte QINJBa und QINJBb stets der Beziehung QINJBa(NE) > QINJBb(NE) genügen.
Nach der Wahl der Entscheidungswerte QINJBa und QINJBb werden die Entscheidungswerte QINJBa und QINJBb mit der Basiseinspritzmenge QINJB verglichen (Schritt S140 und Schritt S150).
Wird ermittelt, dass die Basiseinspritzmenge QINJB gleich dem ersten Entscheidungswert QINJBa ist oder größer (JA in Schritt S140), wird als Betriebsmodus des Motors 10 der homogene Modus gewählt und ein Betriebsmodus-Anweisungswert FMODE auf zwei gesetzt (Schritt S180). Der Betriebsmodus-Anweisungswert FMODE dient in einer anderen Routine zu Ermittlung der einzelnen Steuerwerte für den Motor 10, die dem gewählten Betriebsmodus entsprechen.
Wird ermittelt, dass die Basiseinspritzmenge QINJB kleiner als der erste Entscheidungswert QINJBa und größer als der zweite Entscheidungswert QINJBb ist (NEIN in Schritt 5140 und NEIN in Schritt S150), wird als Betriebsmodus der Schichtmodus gewählt und der Betriebsmodus-Anweisungswert FMODE auf Null gesetzt (Schritt S160).
Wird ermittelt, dass die Basiseinspritzmenge QINJB gleich dem zweiten Entscheidungswert QINJBb oder kleiner ist (NEIN in Schritt S140 und JA in Schritt S150), bedeutet dies, dass die Klimaanlage 50 nicht ausreichend Wärme liefern kann, und als Betriebsmodus wird der homogene Modus gewählt (Schritt S180).
Durch den Vergleich der Basiseinspritzmenge QINJB mit den einzelnen Entscheidungswerten QINJBa und QINJBb kann man als Betriebsmodus des Motors 10 auch bei konstanter Motordrehzahl NE je nach Basiseinspritzmenge QINJB oder Motorlast unterschiedliche Modi wählen.
Auch wenn beispielsweise wie in 3 gezeigt die Motordrehzahl NE auf einem vorgegebenen Wert verbleibt, wird als Betriebsmodus der homogene Modus gewählt, wenn die Basiseinspritzmenge QINJB einen vorgegebenen Wert QINJB1 (QINJB1 > QINJBa(NE1)) aufweist, und wird als Betriebsmodus der Schichtmodus gewählt, wenn die Basiseinspritzmenge QINJB einen vorgegebenen Wert QINJB2 (QINJBb(NE1) < QINJB2 < QINJBa(NE1)) aufweist.
Ferner wird als Betriebsmodus der homogene Modus gewählt, wenn die Basiseinspritzmenge QINJB auf einen vorgegebenen Wert QINJB3 (QINJB3 < QINJBb(NE1)) fällt.
Wenn in der oben beschriebenen Weise als Betriebsmodus des Motors 10 entweder die homogene oder die Schichtverbrennung gewählt wird, wird diese Routine vorübergehend unterbrochen.
In einer gesonderten Routine stellt die ECU 80 für den Motor 10 verschiedene Steuerwerte ein, die den auf der Grundlage des Betriebsmodus-Anweisungswertes FMODE gewählten Betriebsmodus unterstützen. In diesem Augenblick stellt die ECU 80 die verschiedenen Steuerwerte ein, um unabhängig vom gewählten Betriebsmodus (Verbrennungsmodus) eine der Basiseinspritzmenge QINJB (Motorlast) entsprechende vorgegebene Motorleistung zu gewährleisten. Deshalb ist eine Gesamteinspritzmenge QINJF im homogenen Modus immer größer als im Schichtmodus, d.h. größer als die Basiseinspritzmenge QINJB.
Als Betriebsmodus wird wie oben beschrieben der homogene Modus im Bereich hoher Motorlast gewählt, wo die Basiseinspritzmenge QINJB groß ist. Obwohl im Bereich niedriger Motorlast, wo die Basiseinspritzmenge QINJB klein ist, als Betriebsmodus prinzipiell der Schichtmodus gewählt wird, geht der Betriebsmodus wieder in den homogenen Modus zurück, wenn die Basiseinspritzmenge QINJB wie zum Beispiel beim Leerlauf einen Minimalwert erreicht.
4 ist ein Zeitdiagramm, das eine Änderung der je Zeiteinheit vom Verbrennungsgas an das Motorkühlmittel abgegebenen Wärmemenge (die Menge der übertragenen Wärme) darstellt, wenn sich der Betriebszustand des Motors (die Motordrehzahl NE und die Basiseinspritzmenge QINJB) in 3 nacheinander von Punkt A über Punkt B bis Punkt C ändert.
Dieses Diagramm zeigt, dass die übertragene Wärmemenge während der Änderung des Betriebszustandes der Motors von Punkt A in 3 bis Punkt B (Zeitspanne vom Zeitpunkt ta bis zum Zeitpunkt tb) allmählich abnimmt, während die eingespritzte Kraftstoffmenge abnimmt .
Wenn der Betriebszustand durch Punkt B dargestellt ist (Basiseinspritzmenge QINJB = zweiter Entscheidungswert QINJBb) und der Betriebsmodus später von Schichtverbrennung auf homogene Verbrennung umgeschaltet wird (Zeitpunkt tb), nehmen die Pumpverluste und die Kühlverluste zu, und der thermische Wirkungsgrad des Motors ab. Dadurch sinkt die Menge der in Motorleistung umgewandelten Verbrennungswärme. Deshalb wird im homogenen Modus mehr Kraftstoff benötigt als im Schichtmodus, und die erhöhten Kühlverluste erhöhen den Anteil der an das Motorkühlmittel übertragenen Verbrennungswärme. Dadurch steigt die übertragene Wärmemenge am Zeitpunkt tb kurzzeitig an.
Während des Übergangs des Betriebszustands in 3 von Punkt B zu Punkt C (Zeitspanne vom Zeitpunkt tb bis zum Zeitpunkt ta) nimmt die übertragene Wärmemenge zwar entsprechend der verringerten Kraftstoffeinspritzmenge ab, ist jedoch stets größer als die im Schichtmodus übertragene Wärmemenge (die übertragene Wärmemenge für diesen Fall ist in 4 durch eine lang/kurz-gestrichelte Linie dargestellt). Dadurch wird der Temperaturanstieg des Motorkühlmittels beschleunigt, um sicherzustellen, dass die Klimaanlage 50 ausreichend Wärme erzeugen kann.
Diese Ausführungsart weist die folgenden Vorteile auf.

(1) Wenn ermittelt wird, dass die Klimaanlage 50 nicht ausreichend Wärme erzeugen kann, wird der Verbrennungsmodus so eingestellt, dass der thermische Wirkungsgrad des Motors geringer wird als beim Schichtmodus. Daher wird mehr Kraftstoff als im Schichtmodus benötigt, und die vom Verbrennungsgas im Verbrennungsraum 14 an das Motorkühlmittel übertragene Wärmemenge nimmt zu. Dadurch wird der Temperaturanstieg des Motorkühlmittels beschleunigt, sodass die Klimaanlage 50 mehr Wärme bereitstellen kann.
(2) Da als Betriebsmodus der homogene Modus gewählt wurde, bewirken die erhöhten Kühlverluste eine Erhöhung der Temperatur des Verbrennungsgases, das die Innenwand des Verbrennungsraums 14 berührt, über die Temperatur des Schichtmodus. Somit wird mehr Verbrennungswärme an das Motorkühlmittel übertragen und die Klimaanlage 50 kann ausreichend Wärme bereitstellen.
(3) Ferner wird die Motorlast (die Basiseinspritzmenge QINJB), welche eng mit der zum Motorkühlmittel übertragenen Wärmemenge korreliert, mit einem vorgegebenen Entscheidungswert (zweiter Entscheidungswert QINJBb) verglichen. Wenn die Motorlast gleich dem Entscheidungswert oder kleiner ist, bedeutet das, dass die Klimaanlage 50 keine ausreichende Wärmemenge zu liefern in der Lage ist.

Zweite Ausführungsart
Die Beschreibung der zweiten Ausführungsart konzentriert sich vor allem auf die Unterschiede gegenüber der ersten Ausführungsart. Obwohl bei der ersten Ausführungsart als Betriebsmodus der Schichtmodus gewählt wird, wenn ermittelt wurde, dass die Klimaanlage nicht in der Lage ist, eine ausreichende Wärmemenge bereitzustellen, wird bei der zweiten Ausführungsart als Betriebsmodus ein semigeschichteter Verbrennungsmodus (semigeschichteter Modus) gewählt, um sicherzustellen, dass die Klimaanlage 50 ausreichend Wärme bereitstellt.
Zunächst wird die semigeschichtete Verbrennung im Vergleich zur Schichtverbrennung und zur homogenen Verbrennung erörtert. Wenn der Verbrennungsmodus zur semigeschichteten Verbrennung wechselt, wird ebenso wie bei der Schichtverbrennung beim Verdichtungstakt Kraftstoff eingespritzt. Der eingespritzte Kraftstoff verteilt sich daher ungleichmäßig im Verbrennungsraum 14 und weist zum Zeitpunkt der Zündung in der Nähe der Zündkerze 30 eine hohe Konzentration auf.
Bei der semigeschichteten Verbrennung ist jedoch der Drosselklappenwinkel TA kleiner und der Zeitpunkt der Kraftstoffeinspritzung gegenüber der Schichtverbrennung wird vorgezogen. Dadurch nimmt die Menge der Ansaugluft ab und der in den Verbrennungsraum 14 eingespritzte Kraftstoff wird gleichmäßiger verteilt.
Dadurch ist die Differenz zwischen der Kraftstoffkonzentration der Schicht des Luft-/Kraftstoff-Gemischs an der Zündkerze 30 und der Schicht des Luft-/Kraftstoff-Gemischs an anderen Stellen bei der semigeschichteten Verbrennung kleiner als bei der Schichtverbrennung. Anders gesagt, beim semigeschichteten Modus ist die Schichtbildung weniger ausgeprägt als beim Schichtmodus.
Nimmt man die Motorleistung als konstant an, so genügen die Luft-/Kraftstoff-Verhältnisse A/F(n) des Luft-/Kraftstoff-Gemischs, die Drosselklappenwinkel TA(n), die Einspritzzeiten AINJ(n), die eingespritzten Kraftstoffmengen QINJF(n), die Pumpverluste LP(n), die Kühlverluste LC(n) (n = 0, 1 oder 2; n = 0 kennzeichnet den Schichtmodus, n = 1 den semigeschichteten Modus und n = 2 den homogenen Modus) beim semigeschichteten Modus, beim Schichtmodus und beim homogenen Modus den durch die folgenden Ungleichungen 1b bis 6b angegebenen Beziehungen. Je größer der Wert AINJ(n) für den Einspritzzeitpunkt ist, desto stärker ist das Einspritzen vorgezogen.
A/F(0) > A/F(1) > A/F(2) ... (1b)
TA(0) > TA(1) > TA(2) ... (2b)
AINJ(0) < AINJ(1) < AINJ(2) ... (3b)
QINJF(0) < QINJF(1) < QINJF(2) ... (4b)
LP(0) < LP(1) < LP(2) ... (5b)
LC(0) < LC(1) < LC(2) ... (6b)
Aus den Ungleichungen 5b und 6b ergibt sich, dass die Pumpverluste und die Kühlverluste bei der semigeschichteten Verbrennung größer als bei der Schichtverbrennung, aber geringer als bei der homogenen Verbrennung sind. Der thermische Wirkungsgrad des Motors ist daher bei der semigeschichteten Verbrennung niedriger als bei der Schichtverbrennung, aber höher als bei der homogenen Verbrennung.
Im Folgenden werden unter Bezug auf die 5 bis 7 die Einzelheiten der Verbrennungssteuerung der vorliegenden Ausführungsart beschrieben. 5 ist ein Ablaufdiagramm, das die Betriebsmodus-Einstellroutine gemäß der vorliegenden Ausführungsart veranschaulicht. Da die Schritte im Ablaufdiagramm von 5 dieselben Bezugsnummern wie die bereits beschriebenen entsprechenden Schritte im Ablaufdiagramm von 2 haben, werden diese nicht noch einmal beschrieben.
Beim Ausführen dieser Betriebsmodus-Einstellroutine werden zuerst die Motordrehzahl NE und der Gaspedalwinkel ACCP ermittelt und auf Grundlage dieser Parameter die Basisein spritzmenge QINJB berechnet (Schritte S110 und S120). Dann werden ausgehend von der Motordrehzahl NE der erste Entscheidungswert QINJBa und ein dritter Entscheidungswert QINJBc eingestellt (Schritt S132).
Der dritte Entscheidungswert QINJBc ist ein Schwellenwert, anhand dessen ermittelt wird, ob die Klimaanlage 50 eine ausreichende Wärmemenge bereitzustellen in der Lage ist. wenn die Basiseinspritzmenge QINJB gleich dem dritten Entscheidungswert QINJBc oder kleiner ist, ist die Menge der im Verbrennungsraum 14 erzeugten Verbrennungswärme und die zum Motorkühlmittel übertragene Wärmemenge klein. In diesem Fall wird deshalb ermittelt, dass die Klimaanlage 50 keine ausreichende Wärmemenge bereitstellen kann.
Die den Zusammenhang zwischen der Motordrehzahl NE und den Entscheidungswerten QINJBa und QINJBc definierenden Betriebskennwerte werden im Speicherbereich 84 gespeichert, und anhand dieser Betriebskennwerte die Entscheidungswerte QINJBa und QINJBc eingestellt.
7 zeigt die Betriebskennwerte in Form eines Diagramms. Dieses Diagramm zeigt, dass bei als konstant vorausgesetzter Motordrehzahl NE die Entscheidungswerte QINJBa und QINJBc stets der Beziehung QINJBa(NE) > QINJBc(NE) genügen.
Sodann werden der erste und der dritte Entscheidungswert QINJBa und QINJBc mit der Basiseinspritzmenge QINJB verglichen (Schritt S140 und Schritt S145).
Wenn ermittelt wird, dass die Basiseinspritzmenge QINJB gleich dem ersten Entscheidungswert QINJBa oder größer ist (JA in Schritt S140), wird als Betriebsmodus des Motors 10 der homogene Modus (FMODE = 2) gewählt (Schritt S180).
Wenn ermittelt wird, dass die Basiseinspritzmenge QINJB kleiner als der erste Entscheidungswert QINJBc und größer als der dritte Entscheidungswert QINJBc ist (NEIN in Schritt S140 und NEIN in Schritt S145), wird als Betriebsmodus des Motors 10 der Schichtmodus (FMODE = null) gewählt (Schritt S160).
Wenn ermittelt wird, dass die Basiseinspritzmenge QINJB gleich dem dritten Entscheidungswert QINJBc oder kleiner ist (NEIN in Schritt S140 und JA in Schritt S145), bedeutet dies, dass die Klimaanlage 50 nicht ausreichend Wärme bereitstellen kann; dann wird als Betriebsmodus des Motors 10 der semigeschichtete Modus gewählt und der Betriebsmodus-Anweisungswert FMODE auf eins gesetzt (Schritt S170).
Wenn in der oben beschriebenen Weise als Betriebsmodus des Motors 10 die homogene Verbrennung, die Schichtverbrennung oder die semigeschichtete Verbrennung gewählt wird, wird diese Routine zeitweilig unterbrochen.
Die ECU 80 stellt auf Grundlage des Betriebsmodus-Anweisungswertes FMODE verschiedene Steuerwerte für den Motor 10 ein.
Im Folgenden werden unter Bezug auf das Ablaufdiagramm in 6 die Prozeduren zur Einstellung der Steuerwerte im Einzelnen erörtert. Die in diesem Ablaufdiagramm dargestellte Reihenfolge wird bei jedem Kurbelwellenwinkel CA wiederholt als Unterbrechungsroutine durch die ECU 80 ausgeführt.
Beim Einstellen der Steuerwerte wird zuerst ermittelt, ob der Betriebsmodus-Anweisungswert FMODE gleich null oder gleich eins ist (Schritt S210). Mit anderen Worten, es wird ermittelt, ob der Betriebsmodus gerade im Zustand der Schicht verbrennung (einschließlich der semigeschichteten Verbrennung) oder der homogenen Verbrennung ist. wenn ermittelt wird, dass gerade der homogene Verbrennungsmodus vorliegt (NEIN in Schritt S210), werden die einzelnen Steuerwerte des Motors 10 so eingestellt, dass sie den homogenen Verbrennungsmodus unterstützen (Schritt S260). Beim homogenen Verbrennungsmodus dient der durch den Luftansaugdrucksensor 69 gemessene Luftansaugdruck PM zur Darstellung der Motorlast, und die einzelnen Steuerwerte werden auf Grundlage des Luftansaugdrucks PM und der Motordrehzahl NE eingestellt. Wenn die einzelnen Regelwerte des Motors 10 im homogenen Verbrennungsmodus eingestellt werden, wird diese Routine vorübergehend unterbrochen.
Wenn ermittelt wird, dass der Betriebsmodus gerade im Zustand des Schichtmodus oder der semigeschichteten Verbrennung ist (JA in Schritt S210), werden auf Grundlage der Basiseinspritzmenge QINJB und der Motordrehzahl NE zuerst der Drosselklappenwinkel TA, der Kraftstoff-Einspritzzeitpunkt AINJ, die Gesamteinspritzmenge QINJF (QINJF = Basiseinspritzmenge QINJB) sowie weitere Werte berechnet, die die Schichtverbrennung unterstützen (Schritt S220).
Anschließend wird ermittelt, ob der Betriebsmodus gerade im semigeschichteten Modus ist (Schritt S230). Wenn der Betriebsmodus nicht gerade im semigeschichteten Modus ist (NEIN in Schritt S230), wird diese Routine vorübergehend unterbrochen.
Wenn hingegen ermittelt wird, dass der Betriebsmodus gerade im semigeschichteten Modus ist (JA in Schritt S230), werden die Korrekturwerte DTA, DAINJ und DQINJ für den Drosselventilwinkel TA, den Kraftstoff-Einspritzzeitpunkt AINJ bzw. die Gesamteinspritzmenge QINJF berechnet. Mittels der Korrektur werte DTA, DAINJ und DQINJ werden der Drosselklappenwinkel TA, der Kraftstoff-Einspritzzeitpunkt AINJ und die Gesamteinspritzmenge QINJF korrigiert. Diese Regelwerte TA, AINJ und QINJF werden eingestellt, um den semigeschichteten Modus zu unterstützen (Schritte S240 bis S252).
Zuerst wird auf Grundlage der Basiseinspritzmenge QINJB und der Motordrehzahl NE ein Schließwert DTA des Drosselklappenwinkels TA berechnet (Schritt S240) und der aktuelle Drosselklappenwinkel TA für die Schichtverbrennung um den Schließwert DTA verringert (Schritt S242).
Auf Grundlage des Schließwertes DTA wird ein Vorverschiebungswert DAINJ des Kraftstoff-Einspritzzeitpunktes AINJ berechnet. Wenn diese Berechnung ausgeführt ist, wird der Vorverschiebungswert DAINJ in dem Maße vergrößert, wie der Schließwert DTA zunimmt.
Der aktuelle Kraftstoff-Einspritzzeitpunkt AINJ für den Schichtmodus wird um den Vorverschiebungswert DAINJ verschoben (Schritt S246).
Der Vorverschiebungswert DAINJ wird aus folgendem Grund auf Grundlage des Schließwertes DTA berechnet. Wenn der Drosselklappenwinkel TA auf Grundlage des Schließwertes DTA verkleinert wird, nimmt die Ansaugluftmenge ab, wodurch sich die Konzentration des Luft-/Kraftstoff-Gemischs an der Zündkerze 30 erhöht. Dies kann zu Fehlzündungen führen. Diese Tendenz nimmt mit größeren Schließwerten DTA zu.
Deshalb wird die Zeitspanne von der Kraftstoffeinspritzung bis zur Zündung verlängert, indem der Kraftstoff-Einspritzzeitpunkt AINJ durch den zunehmenden Schließwert DTA verstellt wird. Dadurch verbessert sich die Verteilung des eingespritzten Kraftstoffs und die Konzentration des Luft-/Kraftstoff-Gemischs an der Zündkerze 30 wird nicht übermäßig hoch.
Durch diese Korrektur des Drosselklappenwinkels TA und des Kraftstoff-Einspritzzeitpunkts AINJ auf Grundlage des Schließwertes DTA und des Vorverschiebungswertes DAINJ werden das Drosselventil 17 geschlossen und die Verteilung des eingespritzten Kraftstoffs im Verbrennungsraum verbessert. Dadurch nehmen die Pumpverluste und die Kühlverluste beim semigeschichteten Modus im Vergleich zum Schichtmodus zu und die Motorleistung nimmt mit dem sinkenden thermischen Wirkungsgrad des Motors ab. Aus diesem Grund wird beim semigeschichteten Modus zur Erzielung derselben Motorleistung wie beim Schichtmodus mehr Kraftstoff benötigt.
Auf Grundlage des Schließwertes DTA wird eine erhöhte Kraftstoff-Einspritzmenge DQINJ berechnet, die die verringerte Motorleistung ausgleichen soll (Schritt S250). Je größer der Schließwert DTA ist, desto geringer wird der thermische Wirkungsgrad des Motors. Die Berechnung der erhöhten Kraftstoff-Einspritzmenge DQINJ ergibt deshalb einen großen Wert. Die Basiseinspritzmenge QINJB wird auf Grundlage der erhöhten Kraftstoff-Einspritzmenge DQINJ erhöht, und die korrigierte Einspritzmenge wird als Gesamteinspritzmenge QINJF des semigeschichteten Modus eingestellt (Schritt S252), und anschließend wird die Routine vorübergehend unterbrochen.
Wenn ermittelt wird, dass die Klimaanlage 50 im Niederlastbereich nicht ausreichend Wärme bereitstellen kann, wechselt entsprechend der oben beschriebenen Verbrennungssteuerung der vorliegenden Ausführungsart der Betriebsmodus in den semigeschichteten Modus, bei dem die Schichtbildung weniger stark ausgeprägt ist als beim Schichtmodus. Deshalb sinkt der thermische Wirkungsgrad des Motors in dem Maße, wie die Pumpverluste und die Kühlverluste zunehmen, und zur Aufrechterhaltung der der Motorlast (Basiseinspritzmenge QINJB) entsprechenden Motorleistung wird mehr Kraftstoff benötigt. Dadurch nimmt die vom Verbrennungsgas im Verbrennungsraum 14 zum Motorkühlmittel übertragene Wärmemenge zu, wodurch wiederum die Temperatur des Motorkühlmittels ansteigt.
Obwohl die Schichtbildung beim semigeschichteten Modus weniger ausgeprägt ist als beim Schichtmodus, ist die Temperatur des die Innenwand des Verbrennungsraums 14 berührenden Verbrennungsgases niedriger als beim homogenen Verbrennungsmodus, sodass die Kühlverluste nicht nennenswert ansteigen.
Aus dem oben Gesagten ergibt sich, dass diese Ausführungsart außer den Vorteilen (1) und (3) der ersten Ausführungsart noch den folgenden Vorteil aufweist.

(4) Es wird verhindert, dass die Klimaanlage 50 nicht ausreichend Wärme bereitstellen kann, und gleichzeitig so weit wie möglich ein erhöhter Kraftstoffbedarf begrenzt.

Dritte Ausführungsart
Die Beschreibung der dritten Ausführungsart konzentriert sich vor allem auf die Unterschiede zur zweiten Ausführungsart. Gemäß dieser Ausführungsart wird auf Grundlage der Heizleistung als Betriebsmodus der semigeschichtete oder der homogene Verbrennungsmodus gewählt, wenn ermittelt wird, dass die Klimaanlage 50 nicht die erforderliche Wärmemenge bereitzustellen in der Lage ist.
Im Folgenden werden unter Bezug auf die 8 und 9 die Einzelheiten der Verbrennungssteuerung dieser Ausführungsart beschrieben.
8 ist ein Ablaufdiagramm, das die Prozeduren einer Betriebsmodus-Einstellroutine gemäß der vorliegenden Ausführungsart veranschaulicht. Die Schritte im Ablaufdiagramm von 8 haben dieselben Bezugsnummern wie die bereits beschriebenen entsprechenden Schritte des Ablaufdiagramms von 5 und werden nicht noch einmal beschrieben.
Beim Ausführen dieser Betriebsmodus-Einstellroutine wird zuerst auf Grundlage der Motordrehzahl NE und des Gaspedalwinkels ACCP die Basiseinspritzmenge QINJB berechnet (Schritte S110 und S120). Dann werden auf Grundlage von der Motordrehzahl NE der erste Entscheidungswert QINJBa, der zweite Entscheidungswert QINJBb und der dritte Entscheidungswert QINJBc eingestellt. Hiervon sind der erste und der zweite Entscheidungswert QINJBa und QINJBc mit denen der zweiten Ausführungsart identisch.
Der zweite Entscheidungswert QINJBb dient zur Ermittlung der Heizleistung der Klimaanlage 50. Mit sinkender Motorlast (Basiseinspritzmenge QINJB) verringert sich die im Verbrennungsraum 14 erzeugte Verbrennungswärme und somit die zum Motorkühlmittel übertragene Wärmemenge. Wenn die Basiseinspritzmenge QINJB gleich dem zweiten Entscheidungswert QINJBb oder kleiner ist, bedeutet dies, dass die Heizleistung der Klimaanlage 50 relativ niedrig ist. Wenn die Basiseinspritzmenge QINJB größer als der zweite Entscheidungswert QINJBb ist, bedeutet dies, dass die Heizleistung der Klimaanlage 50 relativ hoch ist.
9 zeigt das Diagramm der einzelnen Betriebskennwerte als Funktion der einzelnen Entscheidungswerte QINJBc, QINJBb und QINJBc von der Motordrehzahl NE. Dieses Diagramm zeigt, dass die Entscheidungswerte QINJBc, QINJBb und QINJBc bei konstanter Motordrehzahl NE stets der Beziehung QINJBa(NE) > QINJBc(NE) > QINJBb(NE) genügen.
Dann werden der erste bis dritte Entscheidungswert QINJBc, QINJBb und QINJBc mit der Basiseinspritzmenge QINJB verglichen (Schritt S140, Schritt S145 und Schritt S147).
Wenn ermittelt wird, dass die Basiseinspritzmenge QINJB gleich dem dritten Entscheidungswert QINJBc oder kleiner ist (NEIN in Schritt S140 und JA in Schritt S145), wird die Basiseinspritzmenge QINJB noch mit dem zweiten Entscheidungswert QINJBb verglichen (Schritt S147). Wenn ermittelt wird, dass die Basiseinspritzmenge QINJB größer als der zweite Entscheidungswert QINJBb ist (NEIN in Schritt S147), wird als Betriebsmodus des Motors 10 der semigeschichtete Verbrennungsmodus gewählt und der Betriebsmodus-Anweisungswert FMODE auf ein gesetzt (Schritt S170).
Wenn ermittelt wird, dass die Basiseinspritzmenge QINJB gleich dem zweiten Entscheidungswert QINJBb oder kleiner ist (JA in Schritt S147), ist die Heizleistung der Klimaanlage 50 relativ niedrig und unzureichend. Als Betriebsmodus des Motors 10 wird daher der homogene Modus gewählt und der Betriebsmodus-Anweisungswert FMODE auf zwei gesetzt (Schritt S180).
Bei der Verbrennungssteuerung dieser Ausführungsart wird als Betriebsmodus der semigeschichtete oder der homogene Verbrennungsmodus gewählt, wenn ermittelt wird, dass die Klimaanlage 50 im Niederlastbereich des Motors eine schwache Heizleistung aufweist. Wenn ermittelt wird, dass die Heizleistung der Klimaanlage 50 relativ schwach ist, wird als Betriebsmodus der homogene Verbrennungsmodus gewählt, der den niedrigsten thermischen Wirkungsgrad des Motors erbringt.
Wenn die Heizleistung der Klimaanlage 50 relativ niedrig ist, steigt die Temperatur des Motorkühlmittels rasch an, wodurch die Heizleistung schnell zunimmt. Bei relativ hoher Heizleistung der Klimaanlage 50 hingegen ist die Verringerung des thermischen Wirkungsgrades des Motors und somit der Anstieg des Kraftstoffverbrauchs begrenzt.
Aus dem oben Gesagten ergibt sich, dass die vorliegende Ausführungsart zusätzlich zu den Vorteilen (1) und (3) der ersten Ausführungsart die folgenden Vorteile aufweist.

(5) Das Ausmaß der Verringerung des thermischen Wirkungsgrades des Motors wird passend zur Heizleistung der Klimaanlage 50 eingestellt. Dadurch wird eine zuverlässige Heizleistung bei begrenztem Kraftstoffverbrauch bereitgestellt.
(6) Da das Niveau der Heizleistung der Klimaanlage 50 entsprechend der Motorlast (Basiseinspritzmenge QINJB) ermittelt wird, die eng mit der Heizleistung korreliert, ist man in der Lage, das Niveau der Heizleistung richtig abzuschätzen.

Vierte Ausführungsart
Die Beschreibung der vierten Ausführungsart konzentriert sich vor allem auf die Unterschiede zur ersten Ausführungsart. Obwohl der zweite Entscheidungswert QINJBb bei der ersten Ausführungsart nur ausgehend von der Motordrehzahl NE festgelegt wird, erfolgt die Festlegung bei der vorliegenden Ausfüh rungsart ausgehend von der Motordrehzahl NE und der Kühlmitteltemperatur THW.
Im Folgenden wird unter Bezug auf die 10 und 11 in Verbindung mit der oben erörterten 2 die Verbrennungssteuerung der vorliegenden Ausführungsart im Einzelnen beschrieben.
Die Betriebsmodus-Einstellroutine der vorliegenden Ausführungsart unterscheidet sich in den folgenden Punkten vom Ablaufdiagramm von 2.
Wenn die Basiseinspritzmenge QINJB ausgehend von der Motordrehzahl NE und dem Gaspedalwinkel ACCP (Schritt S120 in 2) berechnet wird, wird zuerst wie in 10 gezeigt ausgehend von der Motordrehzahl NE der erste Entscheidungswert QINJBa eingestellt (Schritt S135). Sodann wird ausgehend von der Motordrehzahl NE und der Kühlmitteltemperatur THW der zweite Entscheidungswert QINJBb eingestellt (Schritt S136).
Im Speicherbereich 84 sind Betriebskennwerte gespeichert, die den Zusammenhang zwischen der Motordrehzahl NE, der Kühlmitteltemperatur THW und dem zweiten Entscheidungswert QINJBb definieren, sowie Betriebskennwerte, die den Zusammenhang zwischen der Motordrehzahl NE und dem ersten Entscheidungswert QINJBa definieren. Die einzelnen Entscheidungswerte QINJBa und QINJBb werden ausgehend von den Betriebskennwerten eingestellt.
In 11 sind die Betriebskennwerte in Diagrammform dargestellt. Dieses Diagramm zeigt, dass der zweite Entscheidungswert QINJBb bei konstanter Motordrehzahl NE mit steigender Kühlmitteltemperatur THW abnimmt.
Wenn die einzelnen Entscheidungswerte QINJBa und QINJBb eingestellt sind, werden diese Entscheidungswerte QINJBa und QINJBb mit der Basiseinspritzmenge QINJB verglichen und ausgehend vom Ergebnis als Betriebsmodus entweder der Schichtmodus oder der homogene Modus gewählt (Schritte S140 bis S180 in 2).
Bei der oben beschriebenen Verbrennungssteuerung der vorliegenden Ausführungsart nimmt der zweite Entscheidungswert QINJBb mit steigender Kühlmitteltemperatur THW ab. Deshalb ist der zweite Entscheidungswert QINJBb genauer und brauchbarer für die Entscheidung, ob die Klimaanlage 50 ausreichend Wärme zu liefern in der Lage ist.
Die Heizleistung der Klimaanlage 50 wird nicht nur durch die aktuelle Motorlast bzw. die gerade vom Verbrennungsgas zum Motorkühlmittel übertragene Wärmemenge bestimmt, sondern zusätzlich auch durch die zuvor vom Verbrennungsgas zum Motorkühlmittel übertragene Wärmemenge. Selbst wenn zum Beispiel die Motorlast niedrig und die gerade zum Motorkühlmittel übertragene Wärmemenge gering ist, kann die Heizleistung der Klimaanlage 50 ausreichen, wenn die Kühlmitteltemperatur THW durch die zuvor zum Motorkühlmittel übertragene Wärmemenge hinreichend erhöht wurde. Hingegen kann die Heizleistung der Klimaanlage 50 auch bei hoher Motorlast und einer im Augenblick entsprechend hohen zum Motorkühlmittel übertragenen Wärmemenge nicht ausreichen, wenn zuvor nur wenig Wärme zum Motorkühlmittel übertragen wurde und die Kühlmitteltemperatur THW deshalb niedrig ist.
Deshalb stellt man fest, dass sich die Heizleistung der Klimaanlage 50 mit der Änderung der Kühlmitteltemperatur ZHW ändert, wenn der zweite Entscheidungswert QINJBb auf Grundlage der Kühlmitteltemperatur THW eingestellt wird.
Aus dem oben Gesagten ergibt sich, dass die vorliegende Ausführungsart zusätzlich zu den Vorteilen (1) bis (3) der ersten Ausführungsart noch den folgenden Vorteil aufweist.

(7) Da man genau zu ermitteln in der Lage ist, ob die Klimaanlage 50 eine ausreichende Wärmemenge bereitstellen kann, kann man auch wirksam die Bereitstellung einer angemessenen Wärmemenge durch die Klimaanlage 50 sicherstellen und zugleich den Kraftstoffverbrauch begrenzen.

Fünfte Ausführungsart
Die Beschreibung der fünften Ausführungsart konzentriert sich vor allem auf die Unterschiede gegenüber der zweiten Ausführungsart. Während der Schließwert DTA des Drosselklappenwinkels TA bei der zweiten Ausführungsart lediglich auf der Basiseinspritzmenge QINJB und der Motordrehzahl NE beruht, wird der Schließwert DTA bei der vorliegenden Ausführungsart ausgehend von der Kühlmitteltemperatur THW, der Basiseinspritzmenge QINJB und der Motordrehzahl NE eingestellt.
Im Folgenden wird unter Bezug auf die 12 bis 14 in Verbindung mit der oben beschriebenen 6 die Verbrennungssteuerung der vorliegenden Ausführungsart im Einzelnen beschrieben.
Die Prozedur der Einstellung der verschiedenen Steuerwerte bei dieser Ausführungsart unterscheidet sich in den folgenden Punkten von der zweiten Ausführungsart von 6.
Wenn ermittelt wird, dass als Betriebsmodus der semigeschichtete Modus gewählt wurde (JA in Schritt S230 in 6), wird wie in 12 gezeigt (Schritt S241) ausgehend von der Ba siseinspritzmenge QINJB, der Motordrehzahl NE und der Kühlmitteltemperatur THW der Schließwert DTA berechnet.
Die Kühlmitteltemperatur THW dient zur Abschätzung der Heizleistung der Klimaanlage 50. Je niedriger die Kühlmitteltemperatur THW ist, desto geringer ist die geschätzte Heizleistung der Klimaanlage 50.
Im Speicherbereich 84 sind die Betriebskennwerte gespeichert, die den Zusammenhang zwischen der Basiseinspritzmenge QINJB, der Motordrehzahl NE, der Kühlmitteltemperatur THW einerseits und dem Schließwert DTA andererseits definieren. Der Schließwert DTA wird ausgehend von diesen Betriebskennwerten berechnet.
13 ist ein Diagramm, das den Zusammenhang zwischen der Kühlmitteltemperatur THW und dem Schließwert DTA bei konstanter Basiseinspritzmenge QINJB und Motordrehzahl NE zeigt. Dieses Diagramm zeigt, dass der berechnete Schließwert DTA zunimmt, wenn die Kühlmitteltemperatur THW sinkt bzw. die geschätzte Heizleistung der Klimaanlage 50 abnimmt.
Wenn der Schließwert DTA auf diese Weise berechnet wird, wird der Drosselklappenwinkel TA auf der Grundlage des Schließwertes DTA korrigiert, und der Einspritzzeitpunkt AINJ sowie die eingespritzte Gesamtkraftstoffmenge QINJF werden ausgehend vom Schließwert DTA so berechnet, dass sie den semigeschichteten Modus unterstützen (Schritte S242 bis S252 in 6).
Wenn bei der Verbrennungssteuerung der vorliegenden Erfindung aufgrund der Ermittlung, dass die Heizleistung der Klimaanlage 50 nicht ausreicht, der Betriebsmodus auf semigeschichtet gesetzt wird, wächst der Schließwert DTA des Drosselklappen winkels TA in der semigeschichteten Betriebsart in dem Maße, wie die geschätzte Heizleistung der Klimaanlage 50 abnimmt.
Mit zunehmendem Schließwert DTA wird der Einspritzzeitpunkt AINJ weiter vorverschoben, und die eingespritzte Gesamtkraftstoffmenge QINJF nimmt zu. Deshalb nimmt die Schichtbildung im semigeschichteten Modus umso stärker ab, je geringer die geschätzte Heizleistung der Klimaanlage 50 ist.
Wenn die Kühlmitteltemperatur THW niedrig ist und ermittelt wird, dass die Heizleistung der Klimaanlage 50 gering ist, nimmt wie in 14 gezeigt der thermische Wirkungsgrad des Motors stärker ab und die je Zeiteinheit zum Motorkühlmittel übertragenen Wärmemenge zu. Folglich steigt die Temperatur des Motorkühlmittels schneller an, und die Heizleistung der Klimaanlage 50 verbessert sich rasch. Wenn hingegen die Kühlmitteltemperatur THW hoch ist, woraus eine hohe Heizleistung der Klimaanlage 50 ermittelt wurde, ist die Verringerung des thermischen Wirkungsgrades des Motors begrenzt ab. Das führt dazu, dass weniger Wärme zum Motorkühlmittel übertragen und somit der Kraftstoffverbrauch begrenzt wird.
Aus dem oben Gesagten ergibt sich, dass die vorliegende Ausführungsart außer den Vorteilen (1) und (3) der ersten Ausführungsart und dem Vorteil (4) der zweiten Ausführungsart noch die folgenden Vorteile aufweist.

(8) Da die Schichtbildung beim semigeschichteten Modus gemäß der Heizleistung der Klimaanlage 50 richtig eingestellt ist, wird eine unzureichende Heizung durch die Klimaanlage 50 verhindert und gleichzeitig der Kraftstoffverbrauch begrenzt.
(9) Da die Heizleistung der Klimaanlage 50 auf Grundlage der Kühlmitteltemperatur THW abgeschätzt wird, die eng mit der Heizleistung korreliert, wird die Heizleistung genau abgeschätzt.

Sechste Ausführungsart
Die Beschreibung der sechsten Ausführungsart konzentriert sich vor allem auf die Unterschiede gegenüber der ersten Ausführungsart. Bei dieser Ausführungsart wird die Basiseinspritzmenge QINJB mit den einzelnen Entscheidungswerten QINJ-Ba und QINJBb verglichen, und es wird ermittelt, ob die Temperatur der durch den Wärmeaustauscher 51 geströmten Warmluft (die Temperatur der Luft unmittelbar nach dem Durchströmen des Wärmeaustauschers 51 mit einer vorgegebenen Strömungsgeschwindigkeit) höher als ein vorgegebener Temperaturwert ist, bei welcher sichergestellt ist, dass die Klimaanlage 50 ausreichend Wärme bereitstellt; anschließend wird ausgehend von den Ergebnissen dieser Entscheidungen der Betriebsmodus gewählt.
Im Folgenden wird unter Bezug auf 15 die obige Verbrennungssteuerung der vorliegenden Ausführungsart im Einzelnen beschrieben.
15 ist ein Ablaufdiagramm, das die Prozeduren einer Betriebsmodus-Einstellroutine gemäß der vorliegenden Ausführungsart veranschaulicht. Diejenigen Schritte im Ablaufdiagramm von 15 mit identischen Bezugsnummern wie bei den entsprechenden Schritten im Ablaufdiagramm von 2 sind bereits erklärt worden und werden nicht noch einmal erörtert.
Bei der Realisierung dieser Betriebsmodus-Einstellroutine wird die Basiseinspritzmenge QINJB mit den einzelnen Entscheidungswerten QINJBa und QINJBb verglichen (Schritte S140 und S150). Wenn ermittelt wird, dass die Basiseinspritzmenge QINJB gleich dem zweiten Entscheidungswert QINJBb oder kleiner ist (JA in Schritt S150), wird anschließend ermittelt, ob die Temperatur der durch den Wärmeaustauscher 51 geströmten Warmluft höher als ein vorgegebener Temperaturwert (z.B. 50 °C) ist (Schritt S155) .
Diese Entscheidung wird in der folgenden Reihenfolge gefällt. Zuerst wird anhand der Stellung des Innenluft/Außenluft-Wahlschalters 77 ermittelt, ob die Klimaanlage 50 Außenluft oder Innenluft ansaugt. Wenn die Klimaanlage 50 Luft von außen ansaugt, wird die Temperatur der Warmluft anhand der Kühlmitteltemperatur THW und der Außenlufttemperatur THA abgeschätzt und dann ermittelt, ob die geschätzte Temperatur höher als der vorgegebene Temperaturwert ist. Wenn die Klimaanlage 50 Luft aus dem Fahrgastraum 92 ansaugt, wird die Temperatur der Warmluft anhand der Kühlmitteltemperatur THW und der Innentemperatur THC des Fahrgastraums 92 abgeschätzt und anschließend ermittelt, ob die geschätzte Temperatur höher als der vorgegebene Temperaturwert ist.
Die Temperatur der Warmluft kann zum Beispiel mittels der folgenden Gleichungen abgeschätzt werden.
Wenn Außenluft angesaugt wird:
THE = THA + K1(THW – THA) + K2 ... (7)
(Wenn Innenluft eingeblasen wird:)
THE = THC + K1(THW – THC) + K2 ... (8),
wobei THE die Temperatur der Warmluft und K1 und K2 Konstanten sind.
Bei der obigen Entscheidung korreliert die Kühlmitteltemperatur THW mit der vom Wärmeaustauscher 51 zu Luft übertragenen Wärmemenge, und die Außenlufttemperatur THA und die Fahrgastraumtemperatur THC korrelieren mit der Anfangstemperatur der Luft vor der Erwärmung durch den Wärmeaustauscher 51.
Wenn ermittelt wird, dass die Temperatur der Warmluft gleich dem vorgegebenen Temperaturwert oder niedriger ist (NEIN in Schritt S155), wird als Betriebsmodus der homogene Modus gewählt (FMODE = 2) (Schritt S180). In diesem Fall steigt die Temperatur des Kühlmittels an, sodass die Heizleistung der Klimaanlage 50 rasch zunimmt.
Wenn ermittelt wird, dass die Temperatur der Warmluft höher als der vorgegebene Temperaturwert ist (JA in Schritt S155), wird als Betriebsmodus der Schichtmodus gewählt (FMODE = 0) (Schritt S160). In diesem Fall sinkt daher der Kraftstoffverbrauch.
Bei der Verbrennungssteuerung der vorliegenden Ausführungsart ergibt sich aus dem oben Gesagten, dass nach der Ermittlung, dass die Basiseinspritzmenge QINJB gleich dem zweiten Entscheidungswert QINJBb oder kleiner ist, ermittelt wird, ob die Temperatur der Warmluft höher als der vorgegebene Temperaturwert ist. Als Betriebsmodus wird nur dann der homogene Modus gewählt, wenn ermittelt wird, dass die Temperatur der Warmluft höher ist als der vorgegebene Temperaturwert.
Dadurch wird verhindert, dass als Betriebsmodus der homogene Modus gewählt wird, wenn die Temperatur der durch den Wärmeaustauscher 51 geströmten Warmluft hoch genug ist, um durch die Klimaanlage 50 eine angemessene Heizleistung bereitzustellen. Auf diese Weise wird eine unnötige Verringerung des Verbrennungs-Wirkungsgrades ausgeschlossen.
Aus dem oben Gesagten folgt daher, dass die vorliegende Ausführungsart neben den Vorteilen (1) bis (3) der ersten Ausführungsart noch die folgenden Vorteile aufweist.

(10) Da anhand der Temperatur der durch den Wärmeaustauscher 51 geströmten Warmluft genauer ermittelt wird, ob die Klimaanlage 50 ausreichen Wärme zu liefern in der Lage ist, wird der Kraftstoffverbrauch so weit wie möglich verringert, indem eine unnötige Verringerung des Verbrennungs-Wirkungsgrades ausgeschlossen wird.
(11) Die Temperatur der durch den Wärmeaustauscher 51 geströmten Warmluft wird ermittelt, indem sie auf die vom Motorkühlmittel übertragene Wärmemenge und die Anfangstemperatur der Luft vor dem Erwärmen bezogen wird. Da die Entscheidung auf genaueren Daten beruht, ist sie zuverlässiger.

Siebente Ausführungsart
Die Beschreibung der siebenten Ausführungsart konzentriert sich vor allem auf die Unterschiede gegenüber der ersten Ausführungsart. Bei dieser Ausführungsart wird die Basiseinspritzmenge QINJB mit den einzelnen Entscheidungswerten QINJ-Ba und QINJBb verglichen, die Stellung des Temperaturwahlschalters 76 ermittelt und anhand der Ergebnisse dieser Entscheidungen der Betriebsmodus gewählt.
Die obige Verbrennungssteuerung der vorliegenden Ausführungsart wird im Folgenden unter Bezug auf 16 im Einzelnen beschrieben.
16 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Betriebsmodus-Einstellroutine gemäß dieser Ausführungsart veranschaulicht.
Diejenigen Schritte im Ablaufdiagramm von 16 mit identischen Bezugsnummern wie bei den entsprechenden Schritten des oben beschriebenen Ablaufdiagramms in 2 werden nicht noch einmal erörtert.
Bei der Realisierung dieser Betriebsmodus-Einstellroutine wird die Basiseinspritzmenge QINJB mit den einzelnen Entscheidungswerten QINJBa und QINJBb verglichen (Schritte S140 und S150). Wenn ermittelt wird, dass die Basiseinspritzmenge QINJB gleich dem zweiten Entscheidungswert QINJBb oder kleiner ist, wird anschließend ermittelt, ob der Temperaturwahlschalter 76 auf die niedrigste Temperatur eingestellt ist (Stellung niedrigste Temperatur)(Schritt S157).
Wenn ermittelt wird, dass der Temperaturwahlschalter 76 nicht in der Stellung niedrigste Temperatur steht (NEIN in Schritt S157), wird als Betriebsmodus der homogene Modus gewählt (FMODE = 2) (Schritt S180). Deshalb wird in diesem Fall der Temperaturanstieg des Motorkühlmittels beschleunigt, um die Heizleistung der Klimaanlage 50 rasch zu steigern.
Wenn ermittelt wird, dass der Temperaturwahlschalter 76 in der Stellung niedrigste Temperatur steht (JA in Schritt S157), besteht keine Notwendigkeit, die Temperatur im Fahrgastraum 92 durch die Klimaanlage 50 zu erhöhen, sodass es nicht erforderlich ist, die Temperatur des Motorkühlmittels zu erhöhen. Deshalb wird als Betriebsmodus der Schichtmodus gewählt (FMODE = 0) (Schritt S160). Somit wird in diesem Fall der Kraftstoffverbrauch gesenkt.
Bei der Verbrennungssteuerung dieser Ausführungsart wird wie oben erörtert anhand der Stellung des Temperaturwahlschalters 76 ermittelt, ob die Klimaanlage 50 die Temperatur erhöhen soll. Wenn ermittelt wird, dass kein Bedarf an einer Tempera turerhöhung besteht, wird die Wahl des homogenen Modus als Betriebsmodus unterbunden und als Betriebsmodus der Schichtmodus gewählt, wenn die Motorlast (Basiseinspritzmenge QINJB) gleich dem Entscheidungswert (zweiter Entscheidungswert QINJBb) oder kleiner ist.
Dadurch wird verhindert, dass der Betriebsmodus in den homogenen Modus wechselt und die Heizleistung erhöht, wenn dies nicht erforderlich ist. Somit wird eine überflüssige Verringerung des Verbrennungs-Wirkungsgrades vermieden und die Ausnutzung des Kraftstoffs verbessert.
Aus dem oben Gesagten ergibt sich somit, dass diese Ausführungsart außer den Vorteilen (1) bis (3) der ersten Ausführungsart noch den folgenden Vorteil aufweist.

(12) Die Kraftstoffausnutzung wird weiter verbessert.

Weitere Ausführungsarten
Die Strukturen der oben beschriebenen Ausführungsarten können wie folgt abgewandelt werden.
Bei der ersten Ausführungsart kann die Heizleistung der Klimaanlage 50 abgeschätzt werden, wenn man ermittelt, dass die Basiseinspritzmenge QINJB gleich dem zweiten Entscheidungswert QINJBb oder kleiner ist, sodass als Betriebsmodus der homogene Modus gewählt wird. In dem Maße, wie die geschätzte Heizleistung abnimmt, kann der Zündzeitpunkt der homogenen Verbrennung verzögert werden.
Bei geringer Heizleistung der Klimaanlage 50 führt bei dieser Struktur die Verzögerung des Zündzeitpunktes zu einer Verringerung des Verbrennungs-Wirkungsgrades, sodass zur Erzeugung derselben Motorleistung mehr Kraftstoff benötigt wird. Ferner steigen dadurch die Kühlverluste an. Aus diesem Grund sinkt der thermische Wirkungsgrad des Motors weiter, was zum Temperaturanstieg des Motorkühlmittels führt. Hierdurch wird die Heizleistung der Klimaanlage 50 schnell verbessert. Wenn die Heizleistung der Klimaanlage 50 hingegen hoch ist, führt die Vorverlegung des Zündzeitpunktes zur Verringerung der Kühlverluste. Hierdurch wird die Verringerung des Verbrennungs-Wirkungsgrades verhindert und somit der Kraftstoffverbrauch begrenzt.
Das Ausmaß der Verringerung des thermischen Wirkungsgrades des Motors wird daher in Abhängigkeit von der Heizleistung der Klimaanlage 50 eingestellt. Dadurch wird eine unangepasste Heizleistung vermieden und gleichzeitig der Kraftstoffverbrauch begrenzt.
Die Heizleistung der Klimaanlage 50 kann mittels der folgenden im obigen Abschnitt der fünften Ausführungsart erörterten Schemata abgeschätzt werden:

(a1) Es wird davon ausgegangen, dass die Heizleistung umso geringer ist, je niedriger die Kühlmitteltemperatur THW ist.
(a2) Es wird davon ausgegangen, dass die Heizleistung umso geringer ist, je niedriger die Motorlast (z.B. die Basiseinspritzmenge QINJB) ist.
(a3) Bezüglich mindestens einer Temperatur, und zwar entweder der Fahrgastraumtemperatur THC oder der Außentemperatur THA, wird davon ausgegangen, dass die Heizleistung umso geringer ist, je niedriger eine solche Temperatur ist.

Bei der fünften Ausführungsart kann die Heizleistung der Klimaanlage 50 mittels des Schätzschemas (a2) oder (a3) abgeschätzt werden. Wenn speziell das Schätzschema (a2) Verwendung findet, wird bei abnehmender Motorlast (Basiseinspritzmenge QINJB) der Schließwert DTA des Drosselventilwinkels TA vergrößert. Der Schließwert DTA ist somit relativ kleiner, wenn man vom Schichtmodus in den semigeschichteten Modus wechselt. Dadurch kann beim Wechsel des Betriebsmodus eine rasche Änderung des Verbrennungszustandes des Motors begrenzt und somit wiederum eine vorübergehende Änderung der Motorleistung verhindert werden.
Bei der fünften Ausführungsart wird als Betriebsmodus der homogene Modus oder der semigeschichtete Modus gewählt, wenn die Basiseinspritzmenge QINJB gleich dem zweiten Entscheidungswert QINJBb oder dem dritten Entscheidungswert QINJBc oder kleiner ist. Als Betriebsmodus wird der homogene Modus oder der semigeschichtete Modus gewählt, wenn mindestens eine der folgenden Temperaturen, und zwar die Kühlmitteltemperatur THW, die Außenlufttemperatur THA und Fahrgastraumtemperatur THC, gleich einem vorgegebenen Temperaturschwellenwert ist.
Bei der fünften Ausführungsart kann sich der zweite Entscheidungswert QINJBb oder der dritte Entscheidungswert QINJBc verringern, wenn eine der Temperaturen, und zwar die Kühlmitteltemperatur THW, die Außenlufttemperatur THA und die Fahrgastraumtemperatur THC ansteigt.
Bei der dritten Ausführungsart, also wenn die Basiseinspritzmenge QINJB bzw. die Motorlast gleich dem dritten Entscheidungswert QINJBc oder kleiner ist, wird der Basiseinspritzmenge QINJB mit dem zweiten Entscheidungswert QINJBb verglichen und auf Grundlage des Vergleichsergebnisses als Betriebsmodus entweder der semigeschichtete Modus oder der ho mogene Modus gewählt. Dieser Wechsel des Betriebsmodus kann anhand von Parametern erfolgen, die mit der Heizleistung der Klimaanlage 50 korrelieren, wie beispielsweise der Kühlmitteltemperatur THW, der Außenlufttemperatur THA und der Fahrgastraumtemperatur THC.
In diesem Fall nimmt man mindestens eine der folgenden Temperaturen, und zwar die Kühlmitteltemperatur THW, die Außenlufttemperatur THA und die Fahrgastraumtemperatur THC, als Referenztemperatur und wählt als Betriebsmodus den homogenen Modus, wenn die Referenztemperatur gleich oder niedriger als ein vorgegebener Temperaturschwellenwert ist, bzw. wählt als Betriebsmodus den semigeschichteten Modus, wenn die Referenztemperatur höher als der vorgegebene Temperaturschwellenwert ist.
Bei der Struktur der ersten bis siebenten Ausführungsart kann der zweite Entscheidungswert QINJBb oder der dritte Entscheidungswert QINJBc je nach der Stellung des Temperaturwahlschalters 76 variieren. Zum Beispiel ist in diesem Fall der zweite Entscheidungswert QINJBb oder der dritte Entscheidungswert QINJBc umso größer, je höher die durch den Temperaturwahlschalter 76 eingestellte Temperatur ist.
Bei der ersten bis fünften Ausführungsart, also wenn ermittelt wird, dass die Klimaanlage 50 nicht ausreichend Wärme bereitstellen kann, wechselte der Betriebsmodus nach dem Fällen einer Entscheidung in den homogenen Modus oder in den semigeschichteten Modus. Der Betriebsmodus kann nur dann geändert werden, wenn der ermittelte Betriebsszustand eine bestimmte Zeit lang andauert. Dadurch wird verhindert, dass der Verbrennungszustand des Motors durch häufiges Umschalten des Betriebsmodus verschlechtert wird.
Bei der sechsten Ausführungsart werden zum Abschätzen der Temperatur der am Wärmeaustauscher 51 vorbeigeströmten Warmluft die Kühlmitteltemperatur THW, die Außenlufttemperatur THA und die Fahrgastraumtemperatur THC herangezogen. Die Temperatur dieser Warmluft kann jedoch auch anhand lediglich einer der Temperaturen THW, THA bzw. THC abgeschätzt werden.
Bei der fünften Ausführungsart kann sich die Schichtbildung im semigeschichteten Modus oder die Verzögerung des Zündzeitpunkts im homogenen Modus in Abhängigkeit von der geschätzten Temperatur der durch den Wärmeaustauscher 51 geströmten Warmluft ändern. In diesem Fall nimmt mit der Verringerung der geschätzten Temperatur die Schichtbildung ab oder die Verzögerung des Zündzeitpunktes zu. Zur Abschätzung der Temperatur der Warmluft kann jedes der bei der sechsten Ausführungsart erörterten Schätzschemata verwendet werden.
Bei der fünften Ausführungsart, also wenn ermittelt wird, dass die Klimaanlage 50 nicht ausreichend Wärme liefern kann, kann die Schichtbildung durch Verringerung der Stärke der Wirbelströmung verringert werden, zum Beispiel indem man den Wirbelklappenwinkel verstellt.
Bei der siebenten Ausführungsart wird verhindert, dass als Betriebsmodus der homogene Modus gewählt wird, wenn der Temperaturwahlschalter 76 in der Stellung niedrigste Temperatur steht. Dieser Prozess kann auch bei der zweiten bis sechsten Ausführungsart angewendet werden, sodass das Umschalten des Betriebsmodus in den homogenen Modus oder den semigeschichteten Modus verhindert wird.
Obwohl die Klimaanlage 50 in den oben beschriebenen einzelnen Ausführungsarten so beschrieben wurde, dass sie sowohl zum Heizen als auch zum Kühlen geeignet ist, kann die Klimaanlage 50 auch so beschaffen sein, dass sie nur Wärme liefert.
Die vorliegenden Beispiele und Ausführungsarten dienen nur der Veranschaulichung und stellen keine Einschränkung dar; dabei ist die Erfindung nicht auf die darin angegebenen Details beschränkt, sondern kann innerhalb des Geltungsbereichs und des Sinns der beiliegenden Ansprüche abgewandelt werden.
Eine Klimaanlage 50 heizt den Fahrgastraum mittels eines Kühlmittels, welches im Wassermantel eines Motors zirkuliert. Eine elektrische Steuervorrichtung 80 des Motors steuert den Motor so, dass bei hoher Motorlast eine Homogenladungs-Verbrennung und bei niedriger Motorlast eine Schichtladungs-Verbrennung stattfindet. Ferner steuert die ECU 80 den Motor so, dass die Homogenladungs-Verbrennung stattfindet, wenn die Heizleistung der Klimaanlage 50 nicht ausreicht. Dadurch sinkt der thermische Wirkungsgrad des Motors, und vom Verbrennungsgas wird mehr Wärme an das Kühlmittel abgegeben. Dadurch erreicht die Klimaanlage 50 eine ausreichende Heizleistung.

Claims

Vorrichtung zur Steuerung eines in einem Fahrzeug verwendeten Motors, wobei das Fahrzeug eine Heizung (50) aufweist, welche das Kühlmittel des Motors als Wärmequelle verwendet, und wobei der Motor in einem Schichtladungs-Verbrennungsmodus betrieben werden kann, bei dem ein Luft-/Kraftstoff-Gemisch ungleichmäßig in einen Verbrennungsraum (14) eingespritzt wird, wobei die Vorrichtung gekennzeichnet ist durch: ein Bestimmungsmittel (80) zum Ermitteln, ob die Heizleistung der Heizung (50) unzureichend ist, wenn die Motorlast nicht größer als ein vorgegebener Bestimmungswert ist; und eine Steuervorrichtung (80), die den Verbrennungsmodus des Motors vom Schichtladungs-Verbrennungsmodus zu einem Verbrennungsmodus umschaltet, bei dem der thermische Wirkungsgrad des Motors den thermischen Wirkungsgrad des Schichtladungs-Verbrennungsmodus unterschreitet, wenn beim Betrieb des Motors im Schichtladungs-Verbrennungsmodus eine unzureichende Heizleistung der Heizung (50) festgestellt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (80) den Motor so steuert, dass dieser in einem Verbrennungsmodus mit homogener Ladung arbeitet, bei der das Gemisch im Verbrennungsraum (14) homogen verteilt wird, wenn eine unzureichende Heizleistung der Heizung (50) festgestellt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (80) den Motor so steuert, dass dieser in einem Verbrennungsmodus mit semihomogener Ladung arbeitet, bei der die Schichtbildung geringer ist als beim Schichtladungs-Verbrennungsmodus, wenn eine unzureichende Heizleistung der Heizung (50) festgestellt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (80) den thermischen Wirkungsgrad des Motors umso stärker verringert, je mehr der Grad unzureichender Heizleistung der Heizung (50) zunimmt.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass, wenn eine unzureichende Heizleistung der Heizung (50) festgestellt wird, die Steuervorrichtung (80) den Motor so steuert, dass er in einem Verbrennungsmodus mit semihomogener Ladung arbeitet, bei der die Schichtbildung geringer ist als beim Schichtladungs-Verbrennungsmodus, und die Steuervorrichtung (80) die Schichtbildung verringert, wenn der Grad unzureichender Heizleistung der Heizung (50) zunimmt.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass, wenn eine unzureichende Heizleistung der Heizung (50) festgestellt wird, die Steuervorrichtung (80) den Motor so steuert, dass dieser in einem Verbrennungsmodus mit homogener Ladung arbeitet, bei dem das Gemisch homogen im Verbrennungsraum (14) verteilt wird, und die Steuervorrichtung (80) den Zündzeitpunkt verzögert, wenn der Grad unzureichender Heizleistung der Heizung (50) zunimmt .
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (80) davon ausgeht, dass der Grad unzureichender Heizleistung der Heizung (50) zunimmt, wenn die Motorlast verringert wird.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (80) davon ausgeht, dass der Grad unzureichender Heizleistung der Heizung (50) zunimmt, wenn mindestens entweder die Fahrgastraumtemperatur, die Außenlufttemperatur oder die Kühlmitteltemperatur sinkt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Bestimmungsmittel (80) den Bestimmungswert verringert, wenn mindestens entweder die Fahrgastraumtemperatur, die Außenlufttemperatur oder die Kühlmitteltemperatur sinkt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (80) den Verbrennungsmodus erst dann umschaltet, wenn die Steuervorrichtung (80) eine Anforderung zur Erhöhung der Fahrgastraumtemperatur empfängt.
Verfahren zum Steuern eines in einem Fahrzeug verwendeten Motors, wobei das Fahrzeug eine Heizung aufweist, welche das Kühlmittel des Motors als Wärmequelle verwendet, und wobei der Motor in einem Schichtladungs-Verbrennungsmodus betrieben wird, bei dem ein Luft-/Kraft stoff-Gemisch ungleichmäßig in einen Verbrennungsraum (14) eingespritzt wird, wobei das Verfahren gekennzeichnet ist durch: Ermitteln, ob die Heizleistung der Heizung (50) unzureichend ist, wenn die Motorlast nicht größer als ein vorgegebener Bestimmungswert ist; und Umschalten des Verbrennungsmodus des Motors vom Schichtladungs-Verbrennungsmodus zu einem Verbrennungsmodus, bei dem der thermische Wirkungsgrad des Motors den thermischen Wirkungsgrad des Schichtladungs-Verbrennungsmodus unterschreitet, wenn beim Betrieb des Motors im Schichtladungs-Verbrennungsmodus eine unzureichende Heizleistung der Heizung (50) festgestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Umschaltens des Verbrennungsmodus des Motors das Steuern des Motors beinhaltet, damit dieser in einem Verbrennungsmodus mit homogener Ladung arbeitet, bei der das Gemisch homogen im Verbrennungsraum (14) verteilt wird.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Umschaltens des Verbrennungsmodus des Motors das Steuern des Motors beinhaltet, damit dieser in einem Verbrennungsmodus mit semigeschichteter Ladung arbeitet, bei der die Schichtbildung geringer ist als beim Schichtladungs-Verbrennungsmodus.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt das Umschalten des Verbrennungsmodus des Motors das umso stärkere Verringern des thermischen Wir kungsgrades des Motors beinhaltet, je mehr der Grad unzureichender Heizleistung der Heizung (50) zunimmt.