DE69820401T2 - Brennkraftmaschine mit Kompressionszündung - Google Patents

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Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Bereich der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Brennkraftmaschine mit Kompressionszündung.
  • Beschreibung der zugrundeliegenden Technik In der Vergangenheit wurde in einer Brennkraftmaschine, beispielsweise einer Diesel-Brennkraftmaschine, die Produktion von NOx durch das Verbinden des Abgaskanals der Brennkraftmaschine mit dem Einlasskanal der Brennkraftmaschine über einen Abgasrückführungskanal (EGR-Kanal) dergestalt unterdrückt, dass das Abgas, das heißt das Rückführungsgas, dazu gebracht wurde, in den Einlasskanal der Brennkraftmaschine durch den Rückführungskanal zu rezirkulieren. In diesem Fall hat das Rückführungsgas eine relativ hohe spezifische Wärme und kann dadurch eine große Menge Wärme absorbieren, so dass, je größer die Menge des Rückführungsgases ist, das heißt, je größer die Abgas-Rückführungsrate (Menge des Rückführungsgases/(Menge des Rückführungsgases + Menge der Ansaugluft)) ist, umso niedriger die Verbrennungstemperatur im Einlasskanal der Brennkraftmaschine ist. Wenn die Verbrennungstemperatur sinkt, sinkt auch die Menge des produzierten NOx und deshalb gilt, dass, je größer die Abgas-Rückführungsrate ist, umso kleiner die Menge des produzierten NOx ist.
  • In der Vergangenheit galt deshalb, dass, je größer die Abgas-Rückführungsrate ist, umso kleiner die Menge des produzierten NOx werden kann. Wenn die Abgas-Rückführungsrate gesteigert wird, beginnt allerdings die Menge des erzeugten Rußes, das heißt des Rauchs, stark anzusteigen, sobald die Abgas-Rückführungsrate einen bestimmten Wert übersteigt. In Bezug auf diesen Punkt wurde früher angenommen, dass, wenn die Abgas-Rückführungsrate erhöht würde, der Rauch ohne Begrenzung weiter zunehmen würde. Aus diesem Grund wurde davon ausgegangen, dass die Abgas-Rückführungsrate, bei der die Rauchentwicklung stark ansteigt, der maximal zulässige Grenzwert der Abgas-Rückführungsrate sei.
  • Aus diesem Grund wurde in der Vergangenheit die Abgas-Rückführungsrate innerhalb eines Bereichs eingestellt, der den maximal zulässigen Grenzwert nicht überschritt (siehe beispielsweise die ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung (Japanese Unexamined Patent Publication) (Kokai) No. 4-334750). Der maximal zulässige Grenzwert für die Abgas-Rückführungsrate differierte deutlich in Abhängigkeit von der Art der Brennkraftmaschine und dem Kraftstoff, lag aber im Allgemeinen im Bereich zwischen 30 und 50 Prozent. Dementsprechend war in konventionellen Diesel-Brennkraftmaschinen die Abgas-Rückführungsrate auf 30 bis maximal 50 Prozent beschränkt.
  • Da in der Vergangenheit angenommen wurde, dass es einen maximal zulässigen Grenzwert für die Abgas-Rückführungsrate gäbe, wurde in der Vergangenheit die Abgas-Rückführungsrate so eingestellt, dass die Menge des produzierten NOx und Rauchs innerhalb eines Bereichs, der den maximal zulässigen Grenzwert nicht überschritt, so klein wie möglich wurde. Allerdings sind, selbst wenn die Abgas-Rückführungsrate auf diese Art und Weise so eingestellt wird, dass die Menge des produzierten NOx und Rauchs so klein wie möglich wird, der Reduktion der Menge des produzierten NOx und Rauchs Grenzen gesetzt. Das bedeutet in der Praxis, dass weiterhin eine beträchtliche Menge von NOx und Rauch erzeugt wird.
  • Die Erfinder der vorliegenden Erfindung entdeckten allerdings im Rahmen der Untersuchungen über die Verbrennung in Diesel-Brennkraftmaschinen dass, wenn die Abgas-Rückführungsrate größer gemacht wird, als der maximal zulässige Grenzwert, der Rauch stark zunimmt, wie vorstehend beschrieben, aber es einen Spitzenwert für die Menge des erzeugten Rauchs gibt, und dass, sobald dieser Spitzenwert überschritten wird, wenn die Abgas-Rückführungsrate weiter erhöht wird, der Rauch beginnt, stark abzunehmen und dass, wenn die Abgas-Rückführungsrate auf mindestens 70 Prozent während des Leerlaufs der Brennkraftmaschine eingestellt wird oder wenn das Rückführungsgas zwangsgekühlt wird und die Abgas-Rückführungsrate auf mindestens ungefähr 55 Prozent eingestellt wird, der Rauch annähernd vollständig verschwindet, das heißt, dass fast kein Ruß mehr produziert wird. Darüber hinaus wurde herausgefunden, dass die Menge des zu diesem Zeitpunkt erzeugten NOx extrem gering war. Später wurden weitere Untersuchungen auf der Basis dieser Entdeckung durchgeführt, um die Gründe dafür herauszufinden, dass kein Ruß erzeugt wird, und als Ergebnis ein neues Verbrennungssystem konstruiert, das in der Lage ist, gleichzeitig den Ruß und das NOx stärker als zuvor möglich zu reduzieren. Dieses neue Verbrennungssystem wird später im Detail beschrieben, basiert aber kurz gefasst auf der Idee, das Anwachsen von Kohlenwasserstoffen zu Ruß in einer Phase vor dem Anwachsen der Kohlenwasserstoffe zu stoppen.
  • Das bedeutet, dass in wiederholten Experimenten und Forschungen herausgefunden wurde, dass das Wachstum von Kohlenwasserstoffen zu Ruß in einer Phase stoppt, bevor dies geschieht, wenn die Temperatur des Kraftstoffs und des den Kraftstoff umgebenden Gases zum Zeitpunkt der Verbrennung in der Brennkammer niedriger als eine bestimmte Temperatur ist, und dass die Kohlenwasserstoffe augenblicklich zu Ruß anwachsen, wenn die Temperatur des Kraftstoffs und des den Kraftstoff umgebenden Gases höher als eine bestimmte Temperatur ist. In diesem Fall wird die Temperatur des Kraftstoffs und des den Kraftstoff umgebenden Gases stark durch die Wärmeabsorption des den Kraftstoff umgebenden Gases zum Zeitpunkt der Verbrennung des Kraftstoffs beeinflusst. Durch die Anpassung der Menge der Wärme, die durch das den Kraftstoff umgebende Gas absorbiert wird, entsprechend der Menge der zum Zeitpunkt der Verbrennung des Kraftstoffs erzeugten Wärme ist es möglich, die Temperaturen des Kraftstoffs und des den Kraftstoff umgebenden Gases zu steuern.
  • Aus diesem Grund wird, wenn die Temperatur des Kraftstoffs und des den Kraftstoff umgebenden Gases zum Zeitpunkt der Verbrennung in der Brennkammer auf einen Wert begrenzt wird, der niedriger als die Temperatur ist, bei der das Anwachsen der Kohlenwasserstoffe auf halber Strecke stoppt, kein Ruß mehr produziert. Die Temperatur des Kraftstoffs und des den Kraftstoff umgebenden Gases zum Zeitpunkt der Verbrennung in der Brennkammer kann auf einen Wert begrenzt werden, der niedriger als die Temperatur ist, bei der das Anwachsen der Kohlenwasserstoffe auf halber Strecke stoppt, indem die Menge der Wärme gesteuert wird, die von dem den Kraftstoff umgebenden Gas absorbiert wird. Auf der anderen Seite können die Kohlenwasserstoffe, deren Anwachsen zu Ruß auf halber Strecke gestoppt wurde, leicht durch eine Nachbehandlung unter Verwendung eines Oxidationskatalysators oder dergleichen entfernt werden. Das ist der Grundgedanke hinter diesem neuen Verbrennungssystem.
  • In diesem neuen Verbrennungssystem wird allerdings die Temperatur des verbrannten Gases in der Brennkammer bezogen auf die gleiche angeforderte Last im Vergleich zu einer konventionell durchgeführten normalen Verbrennung wesentlich höher, wodurch nicht nur das Abgas aus der Brennkammer sehr hoch wird, sondern auch die Mengen von unverbrannten Kohlenwasserstoffen und Kohlenmonoxid, die aus der Brennkammer ausgestoßen werden, stark ansteigen. Auf diese Art und Weise wird im neuen Verbrennungsverfahren zusätzlich zu der Tatsache, dass annähernd kein Ruß und NOx mehr produziert wird, die Temperatur des verbrannten Gases und die Temperatur des Abgases hoch und die Mengen von unverbrannten Kohlenwasserstoffen und Kohlenmonoxid, die aus der Brennkammer ausgestoßen werden, steigen stark an, so dass dieses Verfahren nicht nur Luftverschmutzung vermeiden, sondern auch verschiedene anderen Anforderungen decken kann. Wenn beispielsweise die Temperatur des verbrannten Gases hoch wird, ist es möglich, das Aufwärmen der Brennkraftmaschine zu verbessern, so dass, wenn eine Verbesserung des Aufwärmens der Brennkraftmaschine gewünscht wird, die konventionell durchgeführte normale Verbrennung nicht durchgeführt wird, sondern das neue Brennverfahren durchgeführt wird, um den Bedarf einer Verbesserung des Aufwärmens der Brennkraftmaschine zu erfüllen. Darüber hinaus besteht die Gefahr, dass, da die Temperatur des Abgases bei der konventionell durchgeführten normalen Verbrennung niedrig ist, der in der Abgasführung der Brennkraftmaschine vorgesehene Katalysator in einen inaktiven Zustand gerät. Wenn das neue Brennverfahren auch in diesem Fall genutzt wird, steigt die Temperatur des Abgases an, so dass die Temperatur des Katalysators ansteigt und es aus diesem Grund möglich ist, den Katalysator in einem aktiven Zustand zu halten. Das bedeutet im Speziellen, dass es, wenn der in der Abgasführung der Brennkraftmaschine vorgesehene Katalysator eine Oxidationsfunktion hat, wenn das neue Brennverfahren durchgeführt wird, möglich ist, die Temperatur um die Wärme der Oxidationsreaktion der großen Mengen von Kohlenwasserstoffen und Kohlenmonoxid, die aus der Brennkammer ausgestoßen werden, anzuheben und damit den Katalysator in einem aktiven Zustand zu halten.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Brennkraftmaschine mit Kompressionszündung bereitzustellen, die in der Lage ist, die Temperatur des verbrannten Gases in der Brennkammer zu erhöhen, wenn die Temperatur des verbrannten Gases in der Brennkammer erhöht werden sollte.
  • Entsprechend der vorliegenden Erfindung wird eine Brennkraftmaschine mit Kompressionszündung bereitgestellt, bei der eine Menge des erzeugten Rußes langsam zunimmt und dann einen Spitzenwert erreicht, wenn eine Menge des rückgeführten Abgases, das einer Brennkammer zugeführt wird, zunimmt und bei der eine weitere Zunahme der Menge des rückgeführten Abgases, das der Brennkammer zugeführt wird, dazu führt, dass die Temperatur des Kraftstoffs und des umgebenden Gases in der Brennkammer niedriger als eine Temperatur der Erzeugung von Ruß wird und deshalb fast keine Erzeugung von Ruß mehr erfolgt, wobei diese Brennkraftmaschine folgendes umfasst: eine Schaltvorrichtung zum selektiven Umschalten zwischen einem ersten Brennverfahren, bei dem die Menge des rückgeführten Abgases, das der Brennkammer zugeführt wird, größer ist als die Menge des rückgeführten Abgases, bei der die Erzeugung von Ruß einen Spitzenwert erreicht, und fast keine Erzeugung von Ruß mehr erfolgt, und einem zweiten Brennverfahren, bei dem die Menge des rückgeführten Abgases, das der Brennkammer zugeführt wird, kleiner ist als die Menge des rückgeführten Abgases, bei der die Erzeugung von Ruß einen Spitzenwert erreicht; und eine Bestimmungsvorrichtung, die eine der folgenden Bestimmungen durchführt: ob die Temperatur des verbrannten Gases in der Brennkammer angehoben werden sollte und ob die Mengen der aus der Brennkammer ausgestoßenen unverbrannten Kohlenwasserstoffe und Kohlenmonoxid erhöht werden sollten, wobei diese Schaltvorrichtung von diesem zweiten Brennverfahren auf dieses erste Brennverfahren umschaltet, wenn diese Bestimmungsvorrichtung bestimmt, dass die Temperatur des verbrannten Gases in der Brennkammer angehoben werden sollte oder dass die Mengen der aus der Brennkammer ausgestoßenen unverbrannten Kohlenwasserstoffe und Kohlenmonoxid erhöht werden sollten, wenn das zweite Brennverfahren durchgeführt wird.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ABBILDUNGEN
  • Die vorliegende Erfindung kann am besten anhand der nachstehenden Beschreibung der bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungen im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen verstanden werden, für die Folgendes gilt:
  • Die 1 ist eine Übersicht über eine Brennkraftmaschine mit Kompressionszündung;
  • Die 2 ist eine Darstellung der Menge der Erzeugung von Rauch und NOx;
  • Die 3A und 3B sind Darstellungen des Verbrennungsdrucks;
  • Die 4 ist eine Darstellung eines Kraftstoff-Moleküls;
  • Die 5 ist eine Darstellung des Verhältnisses zwischen der Menge des produzierten Rauchs und der Abgas-Rückführungsrate;
  • Die 6 ist eine Darstellung des Verhältnisses zwischen der Menge des eingespritzten Kraftstoffs und der Menge des Mischgases;
  • Die 7A und 7B sind Darstellungen der Veränderung der durchschnittlichen Temperatur Tg des Gases in der Brennkammer und der Temperatur Tf des Kraftstoffs und des diesen umgebenden Gases;
  • Die 8 ist eine Darstellung eines ersten Betriebsbereichs I, eines zweiten Betriebsbereichs II und eines Grenzbereichs Z;
  • Die 9 ist eine Darstellung des Verhältnisses zwischen ΔL(N) und der Brennkraftmaschinen-Drehzahl N;
  • Die 10 ist eine Darstellung des Ausgangs des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors;
  • Die 11 ist eine Darstellung des Öffnungsgrads einer Drosselklappe und weiterer Elemente;
  • Die 12 ist eine Darstellung, die das Verfahren der Steuerung einer ersten Grenze X1(N) und einer dritten Grenze X2(N) erklärt;
  • Die 13A bis 13C sind Darstellungen von K(T)1, K(T)2 und K(N);
  • Die 14A und 14B sind Darstellungen des Luft-Kraftstoff-Verhältnis im ersten Betriebsbereich I und im Grenzbereich Z;
  • Die 15A bis 15D sind Darstellungen eines Kennfelds eines Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses;
  • Die 16A bis 16D sind Darstellungen eines Kennfelds eines Ziel-Öffnungsgrads einer Drosselklappe;
  • Die 17A bis 17D sind Darstellungen eines Ziel-Grund-Öffnungsgrads eines Abgas-Rückführungsventils;
  • Die 18 ist eine Darstellung eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses in einem zweiten Brennverfahren und weiterer Elemente;
  • Die 19A und 19B sind Darstellungen eines Ziel-Öffnungsgrads einer Drosselklappe und weiterer Elemente;
  • Die 20 ist eine Darstellung einer Temperatur Ta eines Abgases, das in einen Katalysator strömt und von Temperaturen Tb und Tc des Katalysatorbettes;
  • Die 21 ist eine Darstellung zur Erklärung des Umschaltens zwischen einer Niedertemperaturverbrennung und einem zweiten Brennverfahren;
  • Die 22 ist eine Darstellung einer minimal zulässigen Temperatur Tmin;
  • Die 23 ist eine Darstellung einer Veränderung der Temperatur des Katalysatorbettes;
  • Die 24 ist eine Darstellung zur Erklärung des Vorgangs der Dissoziation von SOx aus dem Katalysator;
  • Die 25 ist ein Ablaufdiagramm der Steuerung eines Niedertemperaturverbrennungsbereichs und eines Grenzbereichs;
  • Die 26 und 27 sind Ablaufdiagramme der Steuerung des Brennkraftmaschinen-Betriebs;
  • Die 28 ist eine Darstellung einer Zeitunterbrechungsroutine;
  • Die 29 ist eine Darstellung einer Kurbelwellenwinkelunterbrechungsroutine;
  • Die 30 ist eine Darstellung einer Zeitunterbrechungsroutine;
  • Die 31 ist eine Darstellung zur Erklärung einer anderen Ausführung des Umschaltens zwischen einer Niedertemperaturverbrennung und einem zweiten Brennverfahren; und
  • Die 32 bis 34 sind Ablaufdiagramme einer weiteren Ausführung der Steuerung des Brennkraftmaschinen-Betriebs.
  • BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGEN
  • Die 1 ist eine Darstellung der Anwendung der vorliegenden Erfindung bei einer Viertakt-Brennkraftmaschine mit Kompressionszündung.
  • In 1 bezeichnet 1 einen Motorblock, 2 einen Zylinderblock, 3 einen Zylinderkopf, 4 einen Kolben, 5 eine Brennkammer, 6 ein elektrisch gesteuertes Kraftstoffeinspritzventil, 7 ein Einlassventil, 8 einen Einlass, 9 ein Auslassventil und 10 einen Auslass. Der Einlass 8 ist über eine entsprechende Einlassleitung 11 an den Druckausgleichsbehälter 12 angeschlossen. Der Druckausgleichsbehälter 12 ist über einen Einlasskanal 13 an ein Luftfilter 14 angeschlossen. Eine Drosselklappe 16, die von einem Elektromotor 15 angetrieben wird, ist im Einlasskanal 13 angeordnet. Andererseits ist der Auslass 10 über einen Abgaskrümmer 17 und eine Abgasleitung 18 an ein Katalysatorgehäuse 20 angeschlossen, das einen Katalysator 19 mit Oxidationsfunktion beherbergt. Ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 21 ist im Abgaskrümmer 17 angeordnet.
  • Der Abgaskrümmer 17 und der Druckausgleichsbehälter 12 sind miteinander über einen Rückführungskanal 22 verbunden. Ein elektrisch gesteuertes Abgas-Rückführungsventil 23 ist im Rückführungskanal 22 angeordnet. Zusätzlich ist eine Kühlvorrichtung 24 zum Kühlen des Rückführungsgases, das durch den Rückführungskanal 22 strömt, um den Rückführungskanal 22 herum vorgesehen. In der in 1 dargestellten Ausführung wird das Kühlwasser der Brennkraftmaschine in die Kühlvorrichtung 24 geleitet, wo das Kühlwasser der Brennkraftmaschine genutzt wird, um das Rückführungsgas zu kühlen.
  • Andererseits ist jedes Kraftstoffeinspritzventil 6 über eine Kraftstoffzuleitung 25 an den Kraftstoffvorratsbehälter angeschlossen, der ein Common-Rail-Drucktank 26 ist. Kraftstoff wird dem Common-Rail-Drucktank 26 über eine elektrisch gesteuerte verstellbare Kraftstoffpumpe 27 zugeführt. Der dem Common-Rail-Drucktank 26 zugeführte Kraftstoff wird über die einzelnen Kraftstoffzuleitungen 25 den Kraftstoffeinspritzventilen 6 zugeführt. Ein Kraftstoffdrucksensor 28 zur Erkennung des Kraftstoffdrucks im Common-Rail-Drucktank 26 ist am Common-Rail-Drucktank 26 angebracht. Die Fördermenge der Kraftstoffpumpe 27 wird auf der Basis des Ausgangssignals des Kraftstoffdrucksensors 28 so gesteuert, dass der Kraftstoffdruck im Common-Rail-Drucktank 26 der Ziel-Kraftstoffdruck ist.
  • Das elektronische Steuergerät 30 besteht aus einem digitalen Computer und ist mit einem Festspeicher ROM 32, einem Arbeitsspeicher RAM 33, einem Mikroprozessor CPU 34, einem Backup-RAM 33a, angeschlossen an eine Spannungsversorgung, einem Signaleingang 35 und einem Signalausgang 36 ausgestattet, die miteinander über einen bidirektionalen Bus 31 verbunden sind. Das Ausgangssignal des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 21 wird über einen entsprechenden Analog-Digital-Wandler 37 in den Signaleingang 35 eingegeben. Zusätzlich wird das Ausgangssignal des Kraftstoffdrucksensors 28 über einen entsprechenden Analog-Digital-Wandler 37 in den Signaleingang 35 eingegeben. Der Motorblock 1 ist mit einem Temperatursensor 29 zur Erkennung der Temperatur des Kühlwassers der Brennkraftmaschine versehen. Das Ausgangssignal dieses Temperatursensors 29 wird über einen entsprechenden Analog-Digital-Wandler 37 in den Signaleingang 35 eingegeben. Darüber hinaus ist ein Temperatursensor 44 zur Erkennung der Temperatur des Mischgases aus Ansaugluft und Rückführungsgas in mindestens einer der Einlassleitungen 11 vorgesehen. Das Ausgangssignal dieses Temperatursensors 44 wird über einen entsprechenden Analog-Digital-Wandler 37 in den Signaleingang 35 eingegeben. Darüber hinaus ist ein Temperatursensor 45 zur Erkennung der Temperatur des Abgases, das in den Katalysator strömt, in der Abgasführung in Strömungsrichtung vor dem Katalysator 19 vorgesehen, während ein Temperatursensor 46 zur Erkennung der Temperatur des Abgases, das aus dem Katalysator herausströmt, in der Abgasführung in Strömungsrichtung hinter dem Katalysator 19 vorgesehen ist. Das Ausgangssignal dieser Temperatursensoren 45 und 46 wird über die entsprechenden Analog-Digital-Wandler 37 in den Signaleingang 35 eingegeben.
  • An das Fahrpedal 40 ist ein Lastsensor 41 angeschlossen, der eine Ausgangsspannung proportional zum Niederdrückgrad L des Fahrpedals 40 erzeugt. Die Ausgangsspannung dieses Lastsensors 41 wird über einen entsprechenden Analog-Digital-Wandler 37 in den Signaleingang 35 eingegeben. Darüber hinaus ist an den Signaleingang 35 ein Kurbelwellenwinkelsensor 42 angeschlossen, der bei jeder Rotation der Kurbelwelle um beispielsweise 30° einen Ausgangsimpuls erzeugt. Zusätzlich empfängt der Signaleingang 35 einen Ausgangsimpuls eines Fahrzeuggeschwindigkeitssensors 43, der die Fahrzeuggeschwindigkeit angibt. Andererseits sind an den Signalausgang 36 über einen entsprechenden Treiberkreis 38 das Kraftstoffeinspritzventil 6, der Elektromotor 15, das Abgas-Rückführungsventil 23 und die Kraftstoffpumpe 27 angeschlossen.
  • Die 2 zeigt ein Beispiel für ein Experiment, das die Veränderungen des Ausgangsdrehmoments und die Veränderungen der ausgestoßenen Mengen von Rauch, Kohlenwasserstoffen, Kohlenmonoxid und NOx bei Veränderung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses A/F (aufgetragen an der Abszisse in 2) durch Veränderung des Öffnungsgrads der Drosselklappe 16 und der Abgas-Rückführungsrate zum Zeitpunkt eines Niedriglastbetriebs der Brennkraftmaschine zeigt. Wie aus 2 zu erkennen ist, wird in diesem Experiment die Abgas-Rückführungsrate umso größer, je kleiner das Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F ist. Wenn es unter dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis (≈14,6) liegt, beträgt die Abgas-Rückführungsrate mehr als 65 Prozent.
  • Wie in 2 dargestellt ist, beginnt, wenn die Abgas-Rückführungsrate erhöht wird, um das Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F zu reduzieren, wenn die Abgas-Rückführungsrate in der Nähe von 40 Prozent liegt und das Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F 30 Grad wird, die Menge des erzeugten Rauchs größer zu werden. Anschließend daran steigt, wenn die Abgas-Rückführungsrate weiter angehoben und das Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F reduziert wird, die Menge des erzeugten Rauchs stark an und erreicht einen Spitzenwert. Anschließend daran fällt, wenn die Abgas-Rückführungsrate noch weiter angehoben und das Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F reduziert wird, die Menge des erzeugten Rauchs stark ab. Wenn die Abgas-Rückführungsrate auf mehr als 65 Prozent gebracht und das Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F in die Nähe von 15,0 gebracht wird, wird die Menge des erzeugten Rauchs im Wesentlichen gleich Null. Das bedeutet, dass annähernd kein Ruß mehr erzeugt wird. Zu diesem Zeitpunkt fällt das Drehmoment der Brennkraftmaschine etwas ab und die Menge des erzeugten NOx wird deutlich geringer. Andererseits beginnen zu diesem Zeitpunkt die erzeugten Mengen von Kohlenwasserstoffen und Kohlenmonoxid zuzunehmen.
  • Die 3A zeigt die Veränderungen des Verbrennungsdrucks in der Brennkammer 5, wenn die Menge des erzeugten Rauchs in der Nähe eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses A/F von 21 am größten ist. Die 3B zeigt die Veränderungen des Verbrennungsdrucks in der Brennkammer 5, wenn die Menge des erzeugten Rauchs in der Nähe eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses A/F von 18 annähernd gleich Null ist. Wie bei einem Vergleich der 3A und 3B deutlich wird, ist der Verbrennungsdruck in dem in 3B gezeigten Fall niedriger, bei dem die Menge des erzeugten Rauchs annähernd gleich Null ist, als in dem in 3A gezeigten Fall, bei dem die Menge des erzeugten Rauchs groß ist.
  • Auf der Basis der Experimente, deren Ergebnisse in den 2, 3A und 3B dargestellt sind, können folgende Aussagen getroffen werden: Erstens fällt, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F weniger als 15 beträgt und die Menge des erzeugten Rauchs im Wesentlichen gleich Null ist, die Menge des erzeugten NOx deutlich ab, wie in 2 gezeigt. Die Tatsache, dass die Menge des erzeugten NOx abfällt, bedeutet, dass die Verbrennungstemperatur in der Brennkammer 5 sinkt. Deshalb kann ausgesagt werden, dass, wenn annähernd kein Ruß produziert wird, die Verbrennungstemperatur in der Brennkammer 5 niedriger wird. Die gleiche Aussage kann auch anhand der 3A und 3B gemacht werden. Das bedeutet, dass in dem in 3B gezeigten Zustand, bei dem annähernd kein Ruß erzeugt wird, der Verbrennungsdruck kleiner wird und aus diesem Grund die Verbrennungstemperatur in der Brennkammer 5 in diesem Moment geringer wird.
  • Als Zweites kann gesagt werden, dass, wenn die Menge des erzeugten Rauchs, das heißt die Menge des erzeugten Rußes, im Wesentlichen gleich Null wird, wie in 2 gezeigt, die ausgestoßenen Mengen von Kohlenwasserstoffen und Kohlenmonoxid ansteigen. Das bedeutet, dass die Kohlenwasserstoffe ausgestoßen werden, ohne zu Ruß anzuwachsen. Das bedeutet, dass sich die geradkettigen Kohlenwasserstoffe und aromatischen Kohlenwasserstoffe, die im Kraftstoff enthalten und in 4 dargestellt sind, zersetzen, wenn ihre Temperatur in einem sauerstoffarmen Zustand angehoben wird, was zur Bildung eines Rußvorläufers führt. Anschließend wird Ruß erzeugt, der hauptsächlich aus soliden Massen von Kohlenstoffatomen besteht. In diesem Fall ist der tatsächliche Prozess der Bildung von Ruß kompliziert. Wie der Rußvorläufer gebildet wird, ist nicht klar, aber ungeachtet der genauen Art und Weise wachsen die in 4 dargestellten Kohlenwasserstoffe über den Rußvorläufer zu Ruß an. Aus diesem Grund steigen, wenn die Menge des erzeugten Rußes im Wesentlichen gleich Null wird, die ausgestoßenen Mengen von Kohlenwasserstoffen und Kohlenmonoxid wie in 2 gezeigt an, aber die Kohlenwasserstoffe stellen in diesem Fall einen Rußvorläufer oder einen Zustand von Kohlenwasserstoffen vor diesem dar.
  • Zusammenfassend ergeben diese Überlegungen auf der Basis der Ergebnisse der in 2 und den 3A und 3B gezeigten Experimente, dass, wenn die Verbrennungstemperatur in der Brennkammer 5 niedrig ist, die Menge des erzeugten Rußes im Wesentlichen gleich Null wird. Zu diesem Zeitpunkt wird ein Rußvorläufer oder ein Zustand von Kohlenwasserstoffen vor diesem aus der Brennkammer 5 ausgestoßen. Zu diesem Punkt wurden detailliertere Experimente und Untersuchungen durchgeführt. Im Ergebnis wurde festgestellt, dass, wenn die Temperaturen des Kraftstoffs und des den Kraftstoff umgebenden Gases in der Brennkammer 5 niedriger als eine bestimmte Temperatur sind, der Vorgang der Erzeugung von Ruß auf halbem Wege gestoppt wird, das heißt, dass überhaupt kein Ruß produziert wird, und dass, wenn die Temperatur des Kraftstoffs und des den Kraftstoff umgebenden Gases in der Brennkammer 5 über eine bestimmte Temperatur ansteigt, Ruß erzeugt wird.
  • Die Temperatur des Kraftstoffs und seiner Umgebung bei einem Stoppen des Vorgangs der Erzeugung von Kohlenwasserstoffen im Zustand des Rußvorläufers, das heißt die vorstehend genannte bestimmte Temperatur, ändert sich abhängig von verschiedenen Faktoren wie der Kraftstoffart, dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis und dem Kompressionsverhältnis, so dass keine Gradzahl angegeben werden kann, aber diese bestimmte Temperatur hängt eng mit der Menge der Erzeugung von NOx zusammen. Aus diesem Grund kann diese bestimmte Temperatur als eine bestimmte Gradzahl über die Menge der Erzeugung von NOx definiert werden. Das bedeutet, dass, je größer die Abgas-Rückführungsrate ist, umso niedriger die Temperatur des Kraftstoffs und des diesen umgebenden Gases zum Zeitpunkt der Verbrennung und umso geringer die Menge des erzeugten NOx ist. Zu diesem Zeitpunkt, wenn die Menge des erzeugten NOx ungefähr 10 ppm oder weniger wird, wird annähernd kein Ruß mehr erzeugt. Aus diesem Grund stimmt die vorstehend genannte bestimmte Temperatur im Wesentlichen mit der Temperatur überein, bei der die Menge des erzeugten NOx 10 ppm oder weniger wird.
  • Sobald Ruß erzeugt worden ist, ist es unmöglich, ihn durch eine Nachbehandlung unter Verwendung eines Oxidationskatalysators oder dergleichen zu entfernen. Im Gegensatz dazu kann ein Rußvorläufer oder ein Zustand von Kohlenwasserstoffen vor diesem leicht durch eine Nachbehandlung unter Verwendung eines Oxidationskatalysators oder dergleichen entfernt werden. Hinsichtlich einer Nachbehandlung unter Verwendung eines Oxidationskatalysators oder dergleichen besteht ein extrem großer Unterschied zwischen dem Ausstoß von Kohlenwasserstoffen aus der Brennkammer 5 als Rußvorläufer oder Zustand vor diesem und dem Ausstoß von Kohlenwasserstoffen aus der Brennkammer 5 als Ruß. Das neue Verbrennungssystem, das in der vorliegenden Erfindung genutzt wird, basiert auf der Idee des Ausstoßes von Kohlenwasserstoffen aus der Brennkammer 5 in der Form eines Rußvorläufers oder eines Zustands vor diesem, ohne dass die Erzeugung von Ruß in der Brennkammer 5 zugelassen wird, und die Veranlassung der Oxidation der Kohlenwasserstoffe durch einen Oxidationskatalysator oder dergleichen.
  • Um das Anwachsen der Kohlenwasserstoffe im Zustand vor der Erzeugung von Ruß zu stoppen, ist es erforderlich, die Temperatur des Kraftstoffs und des diesen umgebenden Gases zum Zeitpunkt der Verbrennung in der Brennkammer 5 auf eine Temperatur unterhalb der Temperatur zu begrenzen, bei der Ruß erzeugt wird. In diesem Fall wurde herausgefunden, dass die Wärme absorbierende Wirkung des Gases um den Kraftstoff herum zum Zeitpunkt der Verbrennung des Kraftstoffs einen extrem großen Einfluss auf die Begrenzung der Temperatur des Kraftstoffs und des diesen umgebenden Gases hat.
  • Das bedeutet, dass, wenn nur Luft um den Kraftstoff herum ist, der vergaste Kraftstoff sofort mit dem Sauerstoff aus der Luft reagiert und verbrennt. In diesem Fall steigt die Temperatur der Luft in einer gewissen Entfernung vom Kraftstoff nicht so stark an. Nur die Temperatur um den Kraftstoff herum wird örtlich extrem hoch. Das bedeutet, dass zu diesem Zeitpunkt die Luft in einer gewissen Entfernung vom Kraftstoff die Verbrennungswärme des Kraftstoffs nicht sehr absorbiert. In diesem Fall erzeugen, da die Verbrennungstemperatur örtlich extrem hoch wird, die unverbrannten Kohlenwasserstoffe, welche die Verbrennungswärme aufnehmen, Ruß.
  • Andererseits ist, wenn Kraftstoff in einem Mischgas mit einer großen Menge von Inertgas und einer geringen Menge von Luft vorhanden ist, die Situation etwas anders. In diesem Fall verteilt sich der vergaste Kraftstoff in der Umgebung und reagiert mit dem Sauerstoff, der mit dem Inertgas vermischt ist, um zu verbrennen. In diesem Fall wird die Verbrennungswärme durch das umgebende Inertgas absorbiert, so dass die Verbrennungstemperatur nicht mehr so stark ansteigt. Das bedeutet, dass es möglich wird, die Verbrennungstemperatur niedrig zu halten. Das bedeutet, dass die Anwesenheit von Inertgas eine bedeutende Rolle bei der Begrenzung der Verbrennungstemperatur spielt. Es ist möglich, die Verbrennungstemperatur durch die Wärme absorbierende Wirkung des Inertgases niedrig zu halten.
  • In diesem Fall ist, um die Temperatur des Kraftstoffs und des diesen umgebenden Gases auf eine Temperatur unterhalb der Temperatur zu begrenzen, bei der Ruß erzeugt wird, eine Menge Inertgas erforderlich, die ausreicht, um eine Menge Wärme zu absorbieren, die genügt, um die Temperatur abzusenken. Aus diesem Grund steigt, wenn die Menge des Kraftstoffs erhöht wird, auch die Menge des erforderlichen Inertgases gleichermaßen an. Dabei ist zu beachten, dass in diesem Fall gilt, dass, je größer die spezifische Wärme des Inertgases ist, umso größer die Wärme absorbierende Wirkung ist. Aus diesem Grund ist das Inertgas vorzugsweise ein Gas mit einer hohen spezifischen Wärme. In diesem Fall kann festgestellt werden, dass, da Kohlendioxid und Rückführungsgas eine relativ hohe spezifische Wärme aufweisen, die Nutzung von Rückführungsgas als Inertgas vorteilhaft ist.
  • Die 5 zeigt das Verhältnis zwischen der Abgas-Rückführungsrate und dem Rauch bei der Veränderung des Grads der Kühlung des Rückführungsgases bei Nutzung des Rückführungsgases als Inertgas. Das heißt, dass in 5 die Kurve A den Fall darstellt, dass das Rückführungsgas zwangsgekühlt wird, um die Temperatur des Rückführungsgases bei ungefähr 90° zu halten, die Kurve B den Fall darstellt, dass das Rückführungsgas durch eine klein dimensionierte Kühlvorrichtung gekühlt wird, und die Kurve C den Fall darstellt, dass das Rückführungsgas nicht zwangsgekühlt wird.
  • Wie durch die Kurve A in 5 gezeigt, erreicht, wenn das Rückführungsgas zwangsgekühlt wird, die Menge des erzeugten Rußes einen Spitzenwert, wenn die Abgas-Rückführungsrate etwas niedriger als 50% wird. In diesem Fall wird annähernd kein Ruß mehr erzeugt, wenn die Abgas-Rückführungsrate mindestens ungefähr 55% beträgt.
  • Andererseits erreicht, wie durch die Kurve B in 5 gezeigt, wenn das Rückführungsgas leicht gekühlt wird, die Menge des erzeugten Rußes einen Spitzenwert, wenn die Abgas-Rückführungsrate etwas höher als 50% wird. In diesem Fall wird annähernd kein Ruß mehr erzeugt, wenn die Abgas-Rückführungsrate mindestens ungefähr 65% beträgt.
  • Darüber hinaus erreicht, wie durch die Kurve C in 5 gezeigt, wenn das Rückführungsgas nicht zwangsgekühlt wird, die Menge des erzeugten Rußes einen Spitzenwert, wenn die Abgas-Rückführungsrate in der Nähe von 55 liegt. In diesem Fall wird annähernd kein Ruß mehr erzeugt, wenn die Abgas-Rückführungsrate mindestens ungefähr 70% beträgt.
  • Es ist zu beachten, dass die 5 die Menge des Rauchs darstellt, die erzeugt wird, wenn die Last der Brennkraftmaschine relativ hoch ist. Wenn die Last der Brennkraftmaschine kleiner wird, fällt die Abgas-Rückführungsrate, bei der die Menge des erzeugten Rußes einen Spitzenwert erreicht, etwas ab, und die Untergrenze der Abgas-Rückführungsrate, bei der annähernd kein Ruß mehr erzeugt wird, fällt ebenfalls etwas ab. Auf diese Art und Weise verändert sich die Untergrenze der Abgas-Rückführungsrate, bei der annähernd kein Ruß mehr erzeugt wird, entsprechend des Grads der Kühlung des Rückführungsgases und der Last der Brennkraftmaschine.
  • Die 6 zeigt die Menge des Mischgases aus Rückführungsgas und Luft, den Anteil der Luft im Mischgas und den Anteil des Rückführungsgases im Mischgas, die erforderlich sind, um die Temperatur des Kraftstoffs und des diesen umgebenden Gases zum Zeitpunkt der Verbrennung auf eine Temperatur zu bringen, die unter der Temperatur liegt, bei der Ruß produziert wird, wenn Rückführungsgas als Inertgas genutzt wird. Dabei ist zu beachten, dass in 6 die Ordinate die Gesamtmenge des in die Brennkammer 5 eingelassenen Ansauggases zeigt. Die unterbrochene Linie Y zeigt die Gesamtmenge des Ansauggases, die in die Brennkammer 5 eingelassen werden kann, wenn keine Aufladung erfolgt. Zusätzlich zeigt die Abszisse die angeforderte Last. Z1 zeigt den Niedriglastbetriebsbereich.
  • In 6 zeigt der Luftanteil, das heißt der Anteil der Luft im Mischgas, den Anteil der Luft, der erforderlich ist, um den eingespritzten Kraftstoff zur vollständigen Verbrennung zu bringen. Das bedeutet in dem in 6 gezeigten Fall, dass das Verhältnis der Luftmenge zur Menge des eingespritzten Kraftstoffs das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist. Andererseits ist in 6 der Anteil des Rückführungsgases, das heißt der Anteil des Rückführungsgases im Mischgas, der Mindestanteil des Rückführungsgases, der erforderlich ist, um die Temperatur des Kraftstoffs und des diesen umgebenden Gases auf eine Temperatur zu bringen, die unter der Temperatur liegt, bei der Ruß produziert wird. Dieser Anteil des Rückführungsgases beträgt ausgedrückt als Abgas-Rückführungsrate mindestens ungefähr 55 Prozent und in der Ausführung, die in 6 dargestellt ist, mindestens 70 Prozent. Das bedeutet, dass, wenn die Gesamtmenge des in die Brennkammer 5 eingelassenen Ansauggases auf die durchgezogene Linie X in 6 und das Verhältnis der Luftmenge zur Menge des Rückführungsgases in der Gesamtmenge des Ansauggases auf das in 6 gezeigte Verhältnis gebracht wird, die Temperatur des Kraftstoffs und des diesen umgebenden Gases zu einer Temperatur wird, die unter der Temperatur liegt, bei der Ruß produziert wird und deshalb überhaupt kein Ruß mehr erzeugt wird. Darüber hinaus beträgt die Menge des erzeugten NOx zu diesem Zeitpunkt ungefähr 10 ppm oder weniger und dadurch wird die Menge des erzeugten NOx extrem gering.
  • Wenn die Menge des eingespritzten Kraftstoffs zunimmt, steigt die Menge der zum Zeitpunkt der Verbrennung erzeugten Wärme an, so dass, um die Temperatur des Kraftstoffs und des diesen umgebenden Gases auf einer Temperatur zu halten, die unter der Temperatur liegt, bei der Ruß produziert wird, die Menge der durch das Rückführungsgas absorbierten Wärme erhöht werden muss. Aus diesem Grund muss, wie in 6 gezeigt, die Menge des Rückführungsgases umso mehr erhöht werden, je größer die Menge des eingespritzten Kraftstoffs ist. Das bedeutet, dass die Menge des Rückführungsgases erhöht werden muss, wenn die angeforderte Last höher wird.
  • Andererseits übersteigt im Lastbereich Z2 aus 6 die zur Verhinderung der Erzeugung von Ruß erforderliche Gesamtmenge des Ansauggases X die Gesamtmenge Y des Ansauggases, die eingelassen werden kann. Aus diesem Grund ist es in diesem Fall erforderlich, um die zur Verhinderung der Erzeugung von Ruß erforderliche Gesamtmenge des Ansauggases X der Brennkammer 5 zuzuführen, sowohl das Rückführungsgas als auch das Ansauggas oder das Rückführungsgas mit Druck zu beaufschlagen (aufzuladen) oder zu komprimieren. Wenn das Rückführungsgas und dergleichen im Lastbereich Z2 nicht mit Druck beaufschlagt (aufgeladen) oder komprimiert wird, entspricht die Gesamtmenge des Ansauggases X der Gesamtmenge Y des Ansauggases, die eingelassen werden kann. Aus diesem Grund wird in diesem Fall, um die Erzeugung von Ruß zu verhindern, die Menge der Luft etwas verringert, um die Menge des Rückführungsgases zu erhöhen, und der Kraftstoff dazu gebracht, in einem Zustand mit einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu verbrennen.
  • Wie vorstehend erklärt, zeigt 6 den Fall einer Verbrennung von Kraftstoff mit dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis. Im Niedriglastbetriebsbereich Z1 aus 6 wird auch die Luftmenge kleiner als die in 6 gezeigte Luftmenge gemacht, das bedeutet, dass es, obwohl das Luft-Kraftstoff-Verhältnis fett gemacht wird, möglich ist, die Erzeugung von Ruß zu hemmen und die Menge des erzeugten NOx auf 10 ppm oder weniger zu bekommen. Darüber hinaus ist es im Niedriglastbetriebsbereich Z1 aus 6 möglich, selbst wenn die Luftmenge größer als die in 6 gezeigte Luftmenge gemacht wird, das bedeutet, dass der Durchschnittswert des Luft-Kraftstoff-Verhältnis bei mageren 17 oder 18 liegt, die Erzeugung von Ruß zu hemmen und die Menge des erzeugten NOx auf 10 ppm oder weniger zu bekommen.
  • Das bedeutet, dass der Kraftstoff, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis fett gemacht wird, im Überschuss vorhanden ist, aber da die Kraftstofftemperatur auf eine niedrige Temperatur begrenzt ist, wächst der überschüssige Kraftstoff nicht zu Ruß, weshalb kein Ruß erzeugt wird. Darüber hinaus wird zu diesem Zeitpunkt nur eine extrem geringe Menge NOx erzeugt. Andererseits wird, wenn das durchschnittliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis mager ist oder das Luft-Kraftstoff-Verhältnis das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, eine geringe Menge Ruß erzeugt, wenn die Verbrennungstemperatur höher wird, aber in der vorliegenden Erfindung ist die Verbrennungstemperatur auf eine niedrige Temperatur begrenzt, so dass überhaupt kein Ruß erzeugt wird. Darüber hinaus wird nur eine extrem geringe Menge NOx erzeugt.
  • Auf diese Art und Weise wird im Niedriglastbetriebsbereich Z1 unabhängig vom Luft-Kraftstoff-Verhältnis, das heißt unabhängig davon, ob das Luft-Kraftstoff-Verhältnis fett ist oder das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist oder das durchschnittliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis mager ist, kein Ruß erzeugt und die Menge des erzeugten NOx wird extrem gering. Aus diesem Grund kann in Hinblick auf die Kraftstoffwirtschaftlichkeit gesagt werden, dass es vorteilhaft ist, das durchschnittliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis mager zu machen.
  • Allerdings ist es nur möglich, die Temperatur des Kraftstoffs und des diesen umgebenden Gases zum Zeitpunkt der Verbrennung in der Brennkammer auf eine Temperatur unterhalb der Temperatur zu begrenzen, bei der das Anwachsen der Kohlenwasserstoffe auf halber Strecke zu einem Zeitpunkt mit einer relativ geringen Last der Brennkraftmaschine gestoppt wird, wenn die Menge der durch die Verbrennung erzeugten Wärme gering ist. Dementsprechend wird in der vorliegenden Erfindung, wenn die Last der Brennkraftmaschine relativ gering ist, die Temperatur des Kraftstoffs und des diesen umgebenden Gases auf eine Temperatur unterhalb der Temperatur begrenzt, bei der das Anwachsen der Kohlenwasserstoffe auf halber Strecke gestoppt wird, und ein erstes Brennverfahren, das heißt eine Niedertemperaturverbrennung, durchgeführt wird. Wenn die Last der Brennkraftmaschine relativ hoch ist, wird ein zweites Brennverfahren, das heißt die konventionelle normalerweise durchgeführte Verbrennung, durchgeführt. Dabei ist zu beachten, dass das erste Brennverfahren, das heißt die Niedertemperaturverbrennung wie aus der Erklärung bis hierher zu verstehen, ein Brennverfahren bezeichnet, bei dem der Anteil von Inertgas in der Brennkammer größer ist als der Anteil von Inertgas, bei dem die Erzeugung von Ruß einen Spitzenwert erreicht, und bei dem annähernd kein Ruß erzeugt wird, während das zweite Brennverfahren, das heißt die konventionelle normalerweise durchgeführte Verbrennung, ein Brennverfahren bezeichnet, bei dem der Anteil von Inertgas in der Brennkammer kleiner ist als der Anteil von Inertgas, bei dem die Erzeugung von Ruß einen Spitzenwert erreicht.
  • Die durchgezogene Linie in 7A zeigt das Verhältnis zwischen der durchschnittlichen Temperatur Tg des Gases in der Brennkammer 5 bei der Durchführung des ersten Brennverfahrens und dem Kurbelwellenwinkel. Die unterbrochene Linie in 7A zeigt das Verhältnis zwischen der durchschnittlichen Temperatur Tg des Gases in der Brennkammer 5 bei der Durchführung des zweiten Brennverfahrens und dem Kurbelwellenwinkel. Darüber hinaus zeigt die durchgezogene Linie in 7B das Verhältnis zwischen der durchschnittlichen Temperatur Tf des Kraftstoffs und des diesen umgebenden Gases bei der Durchführung des ersten Brennverfahrens und dem Kurbelwellenwinkel. Die unterbrochene Linie in 7B zeigt das Verhältnis zwischen der durchschnittlichen Temperatur Tf des Kraftstoffs und des diesen umgebenden Gases bei der Durchführung des zweiten Brennverfahrens und dem Kurbelwellenwinkel.
  • Wenn das erste Brennverfahren, das heißt die Niedertemperaturverbrennung, durchgeführt wird, ist der Anteil von Rückführungsgas größer als bei der Durchführung des zweiten Brennverfahrens, das heißt der konventionellen normalen Verbrennung, weshalb, wie in 7A gezeigt, vor dem oberen Totpunkt des Kompressionshubs, das heißt während des Kompressionshubs, die durchschnittliche Temperatur Tg des Gases während der ersten Verbrennung, dargestellt durch die durchgezogene Linie, höher wird als die durchschnittliche Temperatur Tg des Gases während des zweiten Brennverfahrens, dargestellt durch die unterbrochene Linie. Dabei ist zu beachten, dass zu diesem Zeitpunkt, wie in 7B dargestellt, die Temperatur Tf des Kraftstoffs und des diesen umgebenden Gases im Wesentlichen die gleiche Temperatur wie die durchschnittliche Temperatur Tg des Gases ist.
  • Als Nächstes wird die Verbrennung in der Nähe des oberen Totpunkts des Kompressionshubs gestartet, aber in diesem Fall wird, wenn das erste Brennverfahren durchgeführt wird, wie durch die durchgezogene Linie in 7B dargestellt, die Temperatur Tf des Kraftstoffs und des diesen umgebenden Gases nicht so hoch. Im Gegensatz dazu wird, wenn das zweite Brennverfahren durchgeführt wird, wie durch die unterbrochene Linie in 7B dargestellt, die Temperatur Tf des Kraftstoffs und des diesen umgebenden Gases extrem hoch. Wenn das zweite Brennverfahren auf diese Art und Weise durchgeführt wird, wird die Temperatur Tf des Kraftstoffs und des diesen umgebenden Gases bedeutend höher als bei der Durchführung des ersten Brennverfahrens, aber die Temperatur des sonstigen Gases, das den größten Teil darstellt, wird bei der Durchführung des zweiten Brennverfahrens niedriger als bei der Durchführung des ersten Brennverfahrens. Aus diesem Grund wird, wie in 7A dargestellt, die durchschnittliche Temperatur Tg des Gases in der Brennkammer 5 in der Nähe des oberen Totpunkts des Kompressionshubs bei der Durchführung des ersten Brennverfahrens höher als bei der Durchführung des zweiten Brennverfahrens. Im Ergebnis wird, wie in 7A dargestellt, die durchschnittliche Temperatur Tg des Gases in der Brennkammer 5 nach dem Ende der Verbrennung, das heißt in der späteren Hälfte des Expansionshubs, in anderen Worten, die Temperatur des verbrannten Gases in der Brennkammer 5, bei der Durchführung des ersten Brennverfahrens höher als bei der Durchführung des zweiten Brennverfahrens.
  • Wenn das erste Brennverfahren, das heißt die Niedertemperaturverbrennung, durchgeführt wird, wird im Vergleich zur Durchführung des zweiten Brennverfahrens die Temperatur Tf des Kraftstoffs und des diesen umgebenden Gases zum Zeitpunkt der Verbrennung bemerkenswert niedrig, aber die des verbrannten Gases in der Brennkammer 5 wird im Gegensatz dazu höher als bei der Durchführung des zweiten Brennverfahrens, weshalb die Temperatur des Abgases aus der Brennkammer 5 ebenfalls höher wird als bei der Durchführung des zweiten Brennverfahrens.
  • Die 8 zeigt einen ersten Betriebsbereich I, in dem das erste Brennverfahren, das heißt die Niedertemperaturverbrennung, durchgeführt wird, einen zweiten Betriebsbereich II, in dem das zweite Brennverfahren, das heißt die Verbrennung nach dem konventionellen Brennverfahren, durchgeführt wird, und einen Grenzbereich Z zwischen dem ersten Betriebsbereich I und dem zweiten Betriebsbereich II, in dem das erste und das zweite Brennverfahren selektiv durchgeführt werden. Dabei ist zu beachten, dass in 8 die Abszisse L den Niederdrückgrad L des Fahrpedals 40, das heißt die angeforderte Last, und die Ordinate N die Brennkraftmaschinen-Drehzahl zeigt. Darüber hinaus zeigt in 8 X1(N) eine erste Grenze zwischen dem ersten Betriebsbereich I und dem Grenzbereich Z und Y(N) eine zweite Grenze zwischen dem ersten Betriebsbereich I und dem Grenzbereich Z. Der Wechsel des Betriebsbereichs vom ersten Betriebsbereich I zum Grenzbereich Z wird auf der Basis der ersten Grenze X1(N) entschieden, während der Wechsel des Betriebsbereichs vom Grenzbereich Z zum ersten Betriebsbereich I auf der Basis der zweiten Grenze Y(N) entschieden wird. Ferner zeigt X2(N) die dritte Grenze zwischen dem Grenzbereich Z und dem zweiten Betriebsbereich II.
  • Wie vorstehend gezeigt, werden im Grenzbereich Z das erste und das zweite Brennverfahren selektiv durchgeführt, aber normalerweise wird das zweite Brennverfahren durchgeführt. Aus diesem Grund wird, wenn der Betriebsbereich der Brennkraftmaschine der erste Betriebsbereich I ist und die Niedertemperaturverbrennung durchgeführt wird, wenn die angeforderte Last L die erste Grenze X1(N) übersteigt, die eine Funktion der Brennkraftmaschinen-Drehzahl N ist, normalerweise das zweite Brennverfahren durchgeführt, und dann, wenn die angeforderte Last L unter die zweite Grenze Y(N) absinkt, die eine Funktion der Brennkraftmaschinen-Drehzahl N ist, wieder die Niedertemperaturverbrennung durchgeführt.
  • Dabei ist zu beachten, dass in dieser erfindungsgemäßen Ausführung die zweite Grenze Y(N) an der Niedriglastseite der ersten Grenze X1(N) mit einem Abstand von exakt ΔL(N) liegt. Wie in den 8 und 9 gezeigt, ist ΔL(N) eine Funktion der Brennkraftmaschinen-Drehzahl N. ΔL(N) wird umso kleiner, je höher die Brennkraftmaschinen-Drehzahl N wird.
  • Wenn die Niedertemperaturverbrennung durchgeführt wird, wenn die Brennkraftmaschine im ersten Betriebsbereich I arbeitet, wird annähernd kein Ruß erzeugt, sondern statt dessen werden die unverbrannten Kohlenwasserstoffe aus der Brennkammer 5 in Form eines Rußvorläufers oder eines Zustands vor diesem ausgestoßen. Zu diesem Zeitpunkt können die aus der Brennkammer 5 ausgestoßenen unverbrannten Kohlenwasserstoffe durch den Katalysator 19, der eine Oxidationsfunktion hat, oxidiert werden.
  • Als Katalysator 19 kann ein Oxidationskatalysator, ein Dreiwegekatalysator oder ein NOx-Absorbierer verwendet werden. Ein NOx-Absorbierer hat die Funktion, das NOx zu absorbieren, wenn das durchschnittliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis in der Brennkammer 5 mager ist und das NOx freizusetzen, wenn das durchschnittliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis in der Brennkammer 5 fett wird.
  • Der NOx-Absorbierer besteht beispielsweise aus Aluminiumoxid als Träger und auf dem Träger ist beispielsweise mindestens einer der Stoffe Kalium K, Natrium Na, Lithium Li, Cäsium Cs oder andere alkalische Metalle, Barium Ba, Kalzium Ca oder andere alkalische Erden, Lanthan La, Yttrium Y oder andere seltene Erden und zusätzlich Platin Pt oder ein anderes Edelmetall aufgebracht.
  • Der Oxidationskatalysator natürlich und auch der Dreiwegekatalysator und der NOx-Absorbierer haben eine Oxidationsfunktion, weshalb der Dreiwegekatalysator und der NOx-Absorbierer wie vorstehend erklärt als Katalysator 19 verwendet werden können.
  • Die 10 zeigt den Ausgang des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 21. Wie in der 10 gezeigt, verändert sich der Ausgangsstrom I des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 21 entsprechend dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F. Aus diesem Grund ist es möglich, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F aus dem Ausgangsstrom I des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 21 zu bestimmen.
  • Wie vorstehend erklärt, wird im Grenzbereich Z ein normales zweites Brennverfahren durchgeführt. Die Steuerung des Betriebs in den Betriebsbereichen in diesem Fall wird als Nächstes unter Verweis auf 11 beschrieben.
  • Die 11 zeigt die Öffnungsgrade der Drosselklappe 16, den Öffnungsgrad des Abgas-Rückführungsventils 23, die Abgas-Rückführungsrate, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis, die Einspritzzeitsteuerung und die Menge des eingespritzten Kraftstoffs in Abhängigkeit von der angeforderten Last L. Wie in 11 dargestellt, wird im ersten Betriebsbereich I mit der geringen angeforderten Last L der Öffnungsgrad der Drosselklappe 16 langsam vom geschlossenen bis zum halb geöffneten Zustand vergrößert, wenn die angeforderte Last L größer wird, während der Öffnungsgrad des Abgas-Rückführungsventils 23 langsam vom vollständig geschlossenen bis zum vollständig geöffneten Zustand vergrößert wird, wenn die angeforderte Last L größer wird. Darüber hinaus ist, wie in 11 dargestellt, im ersten Betriebsbereich I die Abgas-Rückführungsrate auf ungefähr 70 Prozent eingestellt und das Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist auf ein mageres Luft-Kraftstoff-Verhältnis von 15 bis 18 eingestellt.
  • Das bedeutet in anderen Worten, dass im ersten Betriebsbereich I der Öffnungsgrad der Drosselklappe 16 und der Öffnungsgrad des Abgas-Rückführungsventils 23 so gesteuert werden, dass die Abgas-Rückführungsrate ungefähr 70 Prozent und das Luft-Kraftstoff-Verhältnis ein mageres Luft-Kraftstoff-Verhältnis von 15 bis 18 wird. Dabei ist zu beachten, dass zu diesem Zeitpunkt das Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf das magere Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis durch Korrektur des Öffnungsgrads des Abgas-Rückführungsventils 23 auf der Basis des Ausgangssignals des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 21 gesteuert wird. Darüber hinaus wird der Kraftstoff im ersten Betriebsbereich I vor dem oberen Totpunkt des Kompressionshubs eingespritzt. In diesem Fall wird der Einspritzanfangszeitpunkt θS umso weiter in Richtung spät verschoben, je höher die angeforderte Last L ist. Auch der Einspritzendzeitpunkt θE liegt umso später, je später der Einspritzanfangszeitpunkt θS liegt.
  • Dabei ist zu beachten, dass im Leerlaufbetrieb die Drosselklappe 16 bis dicht an den vollständig geschlossenen Zustand geschlossen wird. Zu diesem Zeitpunkt wird auch das Abgas-Rückführungsventil 23 bis dicht an den vollständig geschlossenen Zustand geschlossen. Wenn die Drosselklappe 16 bis dicht an den vollständig geschlossenen Zustand geschlossen wird, wird der Druck in der Brennkammer 5 zu Beginn der Kompression niedrig, so dass der Kompressionsdruck niedrig wird. Wenn der Kompressionsdruck niedrig wird, wird die Menge der Kompressionsarbeit des Kolbens 4 klein, wodurch die Vibration des Motorblocks 1 gering wird. Das bedeutet, dass im Leerlaufbetrieb die Drosselklappe 16 bis dicht an den vollständig geschlossenen Zustand geschlossen werden kann, um Vibrationen im Motorblock 1 zu begrenzen.
  • Wenn die Brennkraftmaschine im ersten Betriebsbereich I betrieben wird, wird annähernd kein Ruß und NOx erzeugt und Kohlenwasserstoffe in Form eines Rußvorläufers oder eines Zustands vor diesem, die im Abgas enthalten sind, können durch den Katalysator 19 oxidiert werden.
  • Andererseits wird, wenn der Betriebszustand der Brennkraftmaschine vom ersten Betriebsbereich I auf den Grenzbereich Z oder den zweiten Betriebsbereich II geändert wird, der Öffnungsgrad der Drosselklappe 16 stufenartig vom halb geöffneten Zustand bis zum vollständig geöffneten Zustand vergrößert. Zu diesem Zeitpunkt wird in dem in 11 dargestellten Beispiel die Abgas-Rückführungsrate stufenartig von ungefähr 70 Prozent auf weniger als 40 Prozent verkleinert und das Luft-Kraftstoff-Verhältnis stufenartig erhöht. Das bedeutet, dass, da die Abgas-Rückführungsrate den Bereich der Abgas-Rückführungsraten (5), bei denen eine große Menge Rauch erzeugt wird, überspringt, nicht länger eine große Menge Rauch erzeugt wird, wenn der Betriebszustand der Brennkraftmaschine vom ersten Betriebsbereich I auf den Grenzbereich Z oder den zweiten Betriebsbereich II geändert wird.
  • Im Grenzbereich Z oder dem zweiten Betriebsbereich II wird das konventionell durchgeführte normale Brennverfahren durchgeführt. Bei diesem Brennverfahren wird etwas Ruß und NOx erzeugt, aber die Wärmeeffizienz ist größer als bei der Niedertemperaturverbrennung, so dass, wenn der Betriebszustand der Brennkraftmaschine vom ersten Betriebsbereich I auf den Grenzbereich Z oder den zweiten Betriebsbereich II geändert wird, die Menge des eingespritzten Kraftstoffs stufenartig wie in 11 dargestellt reduziert wird.
  • Im Grenzbereich Z oder im zweiten Betriebsbereich II wird die Drosselklappe 16 außer in Teilen in vollständig geöffnetem Zustand gehalten und der Öffnungsgrad des Abgas-Rückführungsventils 23 wird langsam umso kleiner gemacht, je größer die angeforderte Last L wird. Aus diesem Grund wird im Grenzbereich Z oder im zweiten Betriebsbereich II die Abgas-Rückführungsrate umso kleiner, je größer die angeforderte Last ist und das Luft-Kraftstoff-Verhältnis wird umso kleiner, je größer die angeforderte Last L wird. Auch wenn die angeforderte Last L groß wird, bleibt allerdings das Luft-Kraftstoff-Verhältnis ein mageres Luft-Kraftstoff-Verhältnis. Darüber hinaus wird im Grenzbereich Z oder im zweiten Betriebsbereich II der Einspritzanfangszeitpunkt θS in die Nähe des oberen Totpunkts des Kompressionshubs gebracht. Der Bereich des ersten Betriebsbereichs I, in dem eine Niedertemperaturverbrennung möglich ist, und der Bereich des Grenzbereichs Z, in dem eine Niedertemperaturverbrennung möglich ist, verändert sich in Abhängigkeit von der Gastemperatur in der Brennkammer 5 beim Start der Kompression und von der Temperatur an der Oberfläche der Innenwand des Zylinders. Das bedeutet, dass, wenn die angeforderte Last groß wird und die Menge der durch die Kompression erzeugten Wärme ansteigt, die Temperatur des Kraftstoffs und des diesen umgebenden Gases zum Zeitpunkt der Kompression hoch wird und aus diesem Grund die Niedertemperaturverbrennung nicht mehr durchgeführt werden kann. Andererseits wird, wenn die Gastemperatur TG in der Brennkammer 5 beim Start der Kompression niedrig wird, die Gastemperatur TG in der Brennkammer 5 direkt vor dem Start der Verbrennung niedriger, so dass die Temperatur des Kraftstoffs und des diesen umgebenden Gases zum Zeitpunkt der Verbrennung niedriger wird. Dementsprechend wird, wenn die Gastemperatur TG in der Brennkammer 5 beim Start der Kompression niedrig wird, auch wenn die Menge der durch die Kompression erzeugten Wärme ansteigt, das heißt, wenn die angeforderte Last groß wird, die Temperatur des Kraftstoffs und des diesen umgebenden Gases zum Zeitpunkt der Verbrennung niedriger und es wird eine Niedertemperaturverbrennung durchgeführt. Das bedeutet in anderen Worten, dass sich, je niedriger die Gastemperatur TG in der Brennkammer 5 beim Start der Kompression ist, der erste Betriebsbereich I, in dem eine Niedertemperaturverbrennung durchgeführt werden kann, umso mehr zur Hochlastseite hin ausdehnt und sich der Grenzbereich Z, in dem eine Niedertemperaturverbrennung durchgeführt wird, umso mehr zur Hochlastseite hin ausdehnt.
  • Darüber hinaus gilt, dass, je kleiner die Temperaturdifferenz (TW–TG) zwischen der Temperatur an der Zylinderinnenwand und der Gastemperatur in der Brennkammer 5 beim Start der Kompression ist, umso größer die Menge der durch die Zylinderinnenwand während des Kompressionshubs abgeführten Wärme ist. Aus diesem Grund gilt, dass, je kleiner die Temperaturdifferenz (TW–TG) ist, umso kleiner der Anstieg der Gastemperatur in der Brennkammer 5 während des Kompressionshubs ist und deshalb umso niedriger die Temperatur des Kraftstoffs und des diesen umgebenden Gases zum Zeitpunkt der Verbrennung ist.
  • Dementsprechend gilt, dass sich, je kleiner die Temperaturdifferenz (TW–TG) ist, der erste Betriebsbereich I, in dem eine Niedertemperaturverbrennung durchgeführt werden kann, umso mehr zur Hochlastseite hin ausdehnt und sich der Grenzbereich Z, in dem eine Niedertemperaturverbrennung durchgeführt wird, umso mehr zur Hochtemperaturseite hin ausdehnt.
  • In dieser erfindungsgemäßen Ausführung wird, wenn die Gastemperatur TG in der Brennkammer 5 niedrig wird, wie in 12 dargestellt, die erste Grenze von X10(N) auf X1(N) verschoben. Wenn die Temperaturdifferenz (TW – TG) klein wird, wie in 12 dargestellt, wird die erste Grenze von X10(N) auf X1(N) verschoben. Dabei ist zu beachten, dass in diesem Fall X10(N) die Referenz-„erste Grenze" bezeichnet. Die Referenz-„erste Grenze" X10(N) ist eine Funktion der Brennkraftmaschinen-Drehzahl N. X1(N) wird unter Verwendung dieser X10(N) auf der Basis folgender Gleichungen berechnet: X1 (N) = X10(N) + K(T) × K(N) K(T) = K(T) 1 + K(T)2
  • Darüber hinaus wird in dieser erfindungsgemäßen Ausführung, wenn die Gastemperatur TG in der Brennkammer 5 niedrig wird, wie in 12 dargestellt, die dritte Grenze von X20(N) auf X2(N) verschoben. Wenn die Temperaturdifferenz (TW – TG) klein wird, wie in 12 dargestellt, wird die erste Grenze von X20(N) auf X2(N) verschoben. Dabei ist zu beachten, dass in diesem Fall X20(N) die Referenz-„dritte Grenze" bezeichnet. Die Referenz-„dritte Grenze" X20(N) ist eine Funktion der Brennkraftmaschinen-Drehzahl N. X2(N) wird unter Verwendung dieser X20(N) auf der Basis folgender Gleichungen berechnet: X2(N) = X20(N) + K(T) × K(N) K(T) = K(T)1 + K(T)2
  • Dabei ist K(T)1, wie in 13A dargestellt, eine Funktion der Gastemperatur TG in der Brennkammer 5 beim Start der Kompression. Der Wert von K(T)1 wird umso kleiner, je niedriger die Gastemperatur TG in der Brennkammer 5 beim Start der Kompression ist. Darüber hinaus ist K(T)2 eine Funktion der Temperaturdifferenz (TW–TG), wie in 13B dargestellt. Der Wert von K(T)1 wird umso größer, je kleiner die Temperaturdifferenz (TW–TG) ist. Dabei ist zu beachten, dass in 13A und 13B T1 die Referenztemperatur und T2 die Referenztemperaturdifferenz ist. Wenn TG = T1 und (TW–TG) = T2, wird die erste Grenze zu X10(N) und die dritte Grenze zu X20(N) aus 12.
  • Andererseits ist K(N) eine Funktion der Brennkraftmaschinen-Drehzahl N, wie in 13C dargestellt. Der Wert von K(N) wird umso kleiner, je größer die Brennkraftmaschinen-Drehzahl N wird. Das bedeutet, dass, wenn die Gastemperatur TG in der Brennkammer 5 beim Start der Kompression niedriger als die Referenztemperatur T1 wird, gilt, dass, je niedriger die Gastemperatur TG in der Brennkammer 5 beim Start der Kompression ist, umso weiter die erste Grenze X1(N) zur Hochlastseite in Bezug auf X10(N) verschoben wird. Wenn die Temperaturdifferenz (TW–TG) kleiner als die Referenztemperaturdifferenz T2 wird, gilt, dass, je kleiner die Temperaturdifferenz (TW–TG) ist, umso weiter die erste Grenze X1(N) zur Hochlastseite in Bezug auf X10(N) verschoben wird. Darüber hinaus wird die Größe der Verschiebung von X1(N) in Bezug auf X10(N) umso kleiner, je höher die Brennkraftmaschinen-Drehzahl N wird. Darüber hinaus gilt, dass, wenn die Gastemperatur TG in der Brennkammer 5 beim Start der Kompression niedriger als die Referenztemperatur T1 wird, dass, je niedriger die Gastemperatur TG in der Brennkammer 5 beim Start der Kompression ist, umso weiter die dritte Grenze X2(N) zur Hochlastseite in Bezug auf X20(N) verschoben wird. Wenn die Temperaturdifferenz (TW–TG) kleiner als die Referenztemperaturdifferenz T2 wird, gilt, dass, je kleiner die Temperaturdifferenz (TW–TG) ist, umso weiter die dritte Grenze X2(N) zur Hochlastseite in Bezug auf X20(N) verschoben wird. Darüber hinaus wird die Größe der Verschiebung von X2(N) in Bezug auf X20(N) umso kleiner, je höher die Brennkraftmaschinen-Drehzahl N wird.
  • Die 14A zeigt das Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F im ersten Betriebsbereich I, wenn die erste Grenze die Referenz-„erste Grenze" X10(N) und die dritte Grenze die Referenz-„dritte Grenze" X20(N) ist, und das Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F im Grenzbereich Z, wenn die Niedertemperaturverbrennung durchgeführt wird. In 14A zeigen die Kurven von A/F = 13, A/F = 14, A/F = 15, A/F = 15,5, A/F = 16, A/F = 17 und A/F = 18 das Luft-Kraftstoff-Verhältnis von 13, 14, 15, 15,5, 16, 17 beziehungsweise 18 an. Die Luft-Kraftstoff-Verhältnisse der Kurven wurden durch Interpolation bestimmt, das heißt durch proportionale Verteilung.
  • Wie in 14A dargestellt, wird im ersten Betriebsbereich das Luft-Kraftstoff-Verhältnis mager. Darüber hinaus wird im ersten Betriebsbereich I das Luft-Kraftstoff-Verhältnis umso magerer, je kleiner die angeforderte Last L ist. Das bedeutet, dass, je kleiner die angeforderte Last L ist, umso geringer die Menge der durch die Verbrennung erzeugten Wärme ist. Dementsprechend gilt, dass, je kleiner die angeforderte Last L ist, umso mehr Niedertemperaturverbrennung durchgeführt werden kann, auch wenn die Abgas-Rückführungsrate gesenkt wird. Wenn die Abgas-Rückführungsrate gesenkt wird, wird das Luft- Kraftstoff-Verhältnis größer. Aus diesem Grund wird, wie in 14A dargestellt, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F größer, wenn die angeforderte Last L kleiner wird. Je größer das Luft-Kraftstoff-Verhältnis wird, umso besser wird die Kraftstoffeffizienz. Aus diesem Grund wird, um das Luft-Kraftstoff-Verhältnis so mager wie möglich zu machen, in der erfindungsgemäßen Ausführung das Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F umso größer gemacht, je kleiner die angeforderte Last L wird.
  • Andererseits wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F im Grenzbereich Z bei der Durchführung der Niedertemperaturverbrennung umso kleiner, je höher die angeforderte Last L wird. Wenn die angeforderte Last L klein ist, wird es mager, aber wenn die angeforderte Last L groß ist, wird es fett. Das bedeutet, dass, je höher die angeforderte Last L wird, umso größer die Menge der durch die Verbrennung erzeugten Wärme wird. Dementsprechend gilt, dass, je höher die angeforderte Last L wird, umso mehr Niedertemperaturverbrennung nicht durchgeführt werden kann, solange die Abgas-Rückführungsrate nicht angehoben wird. Wenn die Abgas-Rückführungsrate angehoben wird, wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis kleiner. Aus diesem Grund wird, wie in 14A dargestellt, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis kleiner gemacht, wenn die angeforderte Last L größer wird.
  • Wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis allerdings fett wird, verschlechtert sich die Kraftstoffeffizienz. Aus diesem Grund wird im Grenzbereich Z das zweite Brennverfahren Z durchgeführt und, soweit erforderlich, das erste Brennverfahren durchgeführt.
  • Die 14B zeigt das Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F im ersten Betriebsbereich I, wenn die erste Grenze X1(N) wie in 12 gezeigt und die dritte Grenze X2(N) wie in 12 gezeigt ist. Wie bei einem Vergleich der 14A und 14B deutlich wird, verschieben sich, wenn die erste Grenze X1(N) zur Hochlastseite in Bezug auf X10(N) verschoben wird und die dritte Grenze X2(N) zur Hochlastseite in Bezug auf X20(N) verschoben wird, auch die Kurven von A/F = 13, A/F = 14, A/F = 15, A/F = 15,5, A/F = 16, A/F = 17 und A/F = 18, die das Luft-Kraftstoff-Verhältnis zeigen, dementsprechend ebenfalls zur Hochlastseite. Daraus folgt, dass, wenn die Grenzen X1(N) und X2(N) zur Hochlastseite in Bezug auf X10(N) und X20(N) verschoben werden, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis bei der gleichen angeforderten Last L und der gleichen Brennkraftmaschinen-Drehzahl N größer wird. Das bedeutet, dass, wenn der erste Betriebsbereich I und der Grenzbereich Z dazu gebracht werden, sich zur Hochlastseite hin auszudehnen, sich nicht nur der Betriebsbereich ausdehnt, in dem annähernd kein Ruß und NOx mehr erzeugt wird, sondern auch die Kraftstoffeffizienz verbessert wird.
  • In dieser erfindungsgemäßen Ausführung sind das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis im ersten Betriebsbereich I für verschiedene unterschiedliche erste Grenzen X1(N) und dritte Grenzen X2(N) und das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis im Grenzbereich Z, in dem Niedertemperaturverbrennung durchgeführt wird, das heißt, die Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnisse im ersten Betriebsbereich I für verschiedene Werte von K(T) und im Grenzbereich Z, im Voraus im Festspeicher ROM 32 in Form eines Kennfelds als Funktion der angeforderten Last L und der Brennkraftmaschinen-Drehzahl N wie in den 15A bis 15D dargestellt gespeichert. Das heißt, dass 15A das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFKT1 zeigt, wenn der Wert von K(T) gleich KT1 ist, 15B das Ziel-Luft- Kraftstoff-Verhältnis AFKT2 zeigt, wenn der Wert von K(T) gleich KT2 ist, 15C das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFKT3 zeigt, wenn der Wert von K(T) gleich KT3 ist und 15D das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFKT4 zeigt, wenn der Wert von K(T) gleich KT4 ist.
  • Andererseits sind die Ziel-Öffnungsgrade der Drosselklappe 16, die erforderlich sind, um das Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf die Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnisse AFKT1, AFKT2, AFKT3 und AFKT4 zu bringen, im Voraus im Festspeicher ROM 32 in Form eines Kennfelds als Funktion der angeforderten Last L und der Brennkraftmaschinen-Drehzahl N wie in 16A bis 16D dargestellt gespeichert. Darüber hinaus sind die Ziel-Grund-Öffnungsgrade des Abgas-Rückführungsventils 23, die erforderlich sind, um das Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf die Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnisse AFKT1, AFKT2, AFKT3 und AFKT4 zu bringen, im Voraus im Festspeicher ROM 32 in Form eines Kennfelds als Funktion der angeforderten Last L und der Brennkraftmaschinen-Drehzahl N wie in 17A bis 17D dargestellt gespeichert.
  • Das heißt, dass 16A den Ziel-Öffnungsgrad ST12 der Drosselklappe 16 zeigt, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis 12 ist, während 17A den Ziel-Grund-Öffnungsgrad SE12 des Abgas-Rückführungsventils 23 zeigt, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis 12 ist.
  • Darüber hinaus zeigt 16B den Ziel-Öffnungsgrad ST14 der Drosselklappe 16, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis 14 ist, während 17B den Ziel-Grund-Öffnungsgrad SE14 des Abgas-Rückführungsventils 23 zeigt, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis 14 ist.
  • Darüber hinaus zeigt 16C den Ziel-Öffnungsgrad ST16 der Drosselklappe 16, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis 16 ist, während 17C den Ziel-Grund-Öffnungsgrad SE16 des Abgas-Rückführungsventils 23 zeigt, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis 16 ist.
  • Darüber hinaus zeigt 16D den Ziel-Öffnungsgrad ST18 der Drosselklappe 16, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis 18 ist, während 17D den Ziel-Grund-Öffnungsgrad SE18 des Abgas-Rückführungsventils 23 zeigt, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis 18 ist.
  • Die 18 zeigt das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis zum Zeitpunkt des zweiten Brennverfahrens, das heißt, der normalen Verbrennung nach dem konventionellen Brennverfahren. Dabei ist zu beachten, dass in 18 die mit A/F = 24, A/F = 35, A/F = 45 und A/F = 60 bezeichneten Kurven die Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnisse 24, 35, 45 beziehungsweise 60 anzeigen. Die Ziel-Öffnungsgrade ST der Drosselklappe 16, die erforderlich sind, um das Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf diese Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnissen zu bringen, sind im Voraus im Festspeicher ROM 32 in Form eines Kennfelds als Funktion der angeforderten Last L und der Brennkraftmaschinen-Drehzahl N wie in 19A dargestellt gespeichert. Darüber hinaus sind die Ziel-Grund-Öffnungsgrade SE des Abgas-Rückführungsventils 23, die erforderlich sind, um das Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf diese Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnisse zu bringen, im Voraus im Festspeicher ROM 32 in Form eines Kennfelds als Funktion der angeforderten Last L und der Brennkraftmaschinen-Drehzahl N wie in 19B dargestellt gespeichert.
  • Wenn die Brennkraftmaschine mit der zweiten Betriebsart betrieben wird, wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis wie in 18 dargestellt gebracht. Darüber hinaus wird, wenn die Brennkraftmaschine im Grenzbereich Z betrieben wird und das zweite Brennverfahren durchgeführt werden soll, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis wie in 18 dargestellt gebracht.
  • Die 20 zeigt das Verhältnis zwischen verschiedenen Temperaturen und der angeforderten Last L. Dabei ist zu beachten, dass in 20 T0 die Temperatur angibt, bei welcher der Katalysator 19 aktiviert wird. Die Temperatur, bei welcher der Katalysator 19 aktiviert wird, variiert abhängig von der Art des Katalysators 19, aber die Aktivierungstemperatur eines typischen Katalysators mit einer Oxidationsfunktion beträgt ungefähr 350°C.
  • In 20 zeigen Ta die Temperatur des Abgases, das in den Katalysator 19 strömt, wenn das erste Brennverfahren, das heißt, wenn die Niedertemperaturverbrennung im ersten Betriebsbereich I und im Grenzbereich Z durchgeführt wird, während Tb die Temperatur des Katalysatorbettes des Katalysators 19 zu diesem Zeitpunkt zeigt. Darüber hinaus zeigt Tc die Temperatur des Katalysatorbettes des Katalysators 19, wenn das zweite Brennverfahren, im ersten Betriebsbereich I, im Grenzbereich Z und im zweiten Betriebsbereich II durchgeführt wird.
  • Auch wenn die Niedertemperaturverbrennung durchgeführt wird, gilt, dass, je höher die angeforderte Last L ist, umso höher die Menge der bei der Verbrennung erzeugten Wärme ist, so dass gilt, dass, je höher die angeforderte Last L ist, umso höher die Temperatur Ta des Abgases ist, das in den Katalysator 19 strömt. Andererseits werden zum Zeitpunkt der Niedertemperaturverbrennung große Mengen unverbrannter Kohlenwasserstoffe und Kohlenmonoxid aus der Brennkraftmaschine ausgestoßen, so dass die Temperatur Tb des Katalysatorbetts des Katalysators 19 deutlich höher als die Temperatur Ta des Abgases, das in den Katalysator 19 strömt, durch die Wärme der Reaktion der unverbrannten Kohlenwasserstoffe und Kohlenmonoxid ist. Wie in 20 dargestellt, wird, wenn die angeforderte Last L niedrig ist, die Temperatur Ta des Abgases, das in den Katalysator 19 strömt, niedriger als die Aktivierungstemperatur T0 des Katalysators 19, aber wenn die Temperatur Ta des einströmenden Abgases im Vergleich zur Aktivierungstemperatur T0 nicht so niedrig ist, werden die unverbrannten Kohlenwasserstoffe und Kohlenmonoxid einer Oxidationsreaktion im Katalysator 19 unterzogen, weshalb zu diesem Zeitpunkt die Temperatur Tb des Katalysatorbetts höher als die Aktivierungstemperatur T0 wird. Das bedeutet, dass, wenn eine Niedertemperaturverbrennung durchgeführt wird, die Temperatur Tb des Katalysatorbetts höher als die Aktivierungstemperatur T0 ungeachtet der angeforderten Last L wird, weshalb die unverbrannten Kohlenwasserstoffe und Kohlenmonoxid gut durch den Katalysator 19 oxidiert werden.
  • Andererseits gilt, auch wenn das zweite Brennverfahren durchgeführt wird, dass, je höher die angeforderte Last L wird, umso größer die Menge der bei der Verbrennung erzeugten Wärme wird, also dass, je höher die angeforderte Last L ist, umso höher die Temperatur Tc des Katalysatorbetts wird. Wie in 20 dargestellt, wird, wenn die Brennkraftmaschine im zweiten Betriebsbereich II betrieben wird, die Temperatur Tc des Katalysatorbetts höher als die Aktivierungstemperatur T0 unabhängig von der angeforderten Last L.
  • Wie vorstehend erklärt, ist allerdings die Temperatur des Abgases während des zweiten Brennverfahrens niedriger als die Temperatur des Abgases während der ersten Verbrennung, weshalb, wenn das zweite Brennverfahren sukzessiv im Grenzbereich Z oder im ersten Betriebsbereich I durchgeführt wird, wie in 20 gezeigt, die Temperatur Tc des Katalysatorbetts am Ende deutlich niedriger als die Aktivierungstemperatur T0 wird. Wenn das zweite Brennverfahren in einem derartigen Zustand weiter fortgeführt wird, ist es nicht möglich, die unverbrannten Kohlenwasserstoffe und Kohlenmonoxid im Katalysator 19 zu oxidieren, weshalb unverbrannte Kohlenwasserstoffe und Kohlenmonoxid in die Atmosphäre ausgestoßen werden.
  • Aus diesem Grund wird in der vorliegenden Erfindung, wenn das zweite Brennverfahren durchgeführt wird, sobald die Temperatur Tc des Katalysatorbetts dabei ist, niedriger als die Aktivierungstemperatur T0 zu werden, auf das erste Brennverfahren umgeschaltet. In dieser erfindungsgemäßen Ausführung wird, auch wenn die angeforderte Last L auf der Niedriglastseite der dritten Grenze X2(N) liegt, wenn die angeforderte Last L größer als die zweite Grenze Y(N) ist, ein normales zweites Brennverfahren durchgeführt. Zu diesem Zeitpunkt wird, sobald die Temperatur Tc des Katalysatorbetts dabei ist, niedriger als die Aktivierungstemperatur T0 zu werden, das zweite Brennverfahren auf das erste Brennverfahren umgeschaltet.
  • Als nächstes wird die erste Ausführung unter Verweis auf die 21 bis 28 erklärt.
  • Zuerst erfolgt eine Erklärung über das Verfahren für die Steuerung der Temperatur des Katalysatorbetts des Katalysators 19 mindestens auf die Aktivierungstemperatur unter Verweis auf 21. Die 21 zeigt das Verhältnis zwischen der angeforderten Last L, der Temperatur TE des Abgases, das aus dem Katalysator 19 herausströmt, und dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F in der Brennkammer 5.
  • In 21 wird zum Zeitpunkt ml, wenn die angeforderte Last L von L > X2(N) auf L < Y(N) wechselt, das zweite Brennverfahren auf das erste Brennverfahren umgeschaltet. Wenn das zweite Brennverfahren auf das erste Brennverfahren umgeschaltet wird, steigt die Temperatur des Katalysatorbetts aufgrund der Oxidationsreaktion der großen Mengen von unverbrannten Kohlenwasserstoffen und Kohlenmonoxid an, weshalb die Temperatur TE des Abgases ansteigt. Dann wird, wenn die angeforderte Last L die erste Grenze X1(N) übersteigt, die Temperatur des Katalysatorbetts angehoben, indem das Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F für eine genau vorbestimmte Zeitdauer t1 während des ersten Brennverfahrens fett gemacht wird, und dann auf das zweite Brennverfahren umgeschaltet.
  • Das bedeutet, dass, wenn das erste Brennverfahren durchgeführt wird, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F zeitweilig fett gemacht wird, die unverbrannten Kohlenwasserstoffe und Kohlenmonoxid im Katalysator 19 adsorbiert werden. Wenn dann auf das zweite Brennverfahren umgeschaltet wird, werden die unverbrannten Kohlenwasserstoffe und Kohlenmonoxid, die im Katalysator 19 adsorbiert worden sind, sofort durch den überschüssigen Sauerstoff, der im Abgas enthalten ist, oxidiert, weshalb, wie in 21 gezeigt, die Temperatur TE des Abgases, das heißt, die Temperatur des Katalysatorbetts, schnell ansteigt.
  • Die 23 zeigt eine Ausführung, welche die Veränderung der Temperatur des Katalysatorbetts zeigt, wenn die Niedertemperaturverbrennung auf das zweite Brennverfahren umgeschaltet wird. Wie in 23 gezeigt wird, wenn auf das zweite Brennverfahren umgeschaltet wird, wenn Niedertemperaturverbrennung mit einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis (A/F = 16) durchgeführt wird, die Temperatur des Katalysatorbetts langsam niedriger. Im Gegensatz dazu werden, wenn auf das zweite Brennverfahren umgeschaltet wird, wenn Niedertemperaturverbrennung mit einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis (A/F = 14 oder A/F = 12) durchgeführt wird, die unverbrannten Kohlenwasserstoffe und Kohlenmonoxid, die im Katalysator adsorbiert sind, durch die Überschussoxidation oxidiert, so dass die Temperatur des Katalysatorbetts ansteigt. Je höher der Grad der Fettheit bei Durchführung der Niedertemperaturverbrennung in diesem Fall, umso größer ist die Menge des Anstiegs der Temperatur des Katalysatorbetts.
  • Zurück bei 21 wird angenommen, dass zum Zeitpunkt m2 die Niedertemperaturverbrennung auf das zweite Brennverfahren umgeschaltet wird, dann wird eine kurze Zeit später die angeforderte Last L zwischen der zweiten Grenze Y(N) und der dritten Grenze X2(N) gehalten und das zweite Brennverfahren fortgeführt. In diesem Fall fällt die Temperatur TE des Abgases, das heißt, die Temperatur des Katalysatorbetts, langsam mit der Zeit ab. Dann wird, wenn die Temperatur TE des Abgases auf eine vorbestimmte minimal zulässige Temperatur Tmin fällt, das zweite Brennverfahren genau für vorbestimmte Zeitdauer t2 auf die Niedertemperaturverbrennung umgeschaltet. Zu diesem Zeitpunkt wird, da die Brennkraftmaschine im Grenzbereich Z betrieben wird, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F fett. Wenn das zweite Brennverfahren auf diese Art und Weise auf die Niedertemperaturverbrennung umgeschaltet wird, steigt die Temperatur TE des Abgases, das heißt, die Temperatur des Katalysatorbetts, an.
  • Wenn die Temperatur TE des Abgases wieder auf die vorbestimmte minimal zulässige Temperatur Tmin fällt, wird nach einer Weile wieder genau für die vorbestimmte Zeitdauer t2 auf die Niedertemperaturverbrennung umgeschaltet, weshalb die Temperatur TE des Abgases, das heißt, die Temperatur des Katalysatorbetts, wieder ansteigt. Auf diese Art und Weise wird die Temperatur des Katalysatorbetts mindestens auf der Aktivierungstemperatur gehalten.
  • Die vorbestimmte minimal zulässige Temperatur Tmin, wie in 21 gezeigt, ist eine Funktion der durchschnittlichen Abfallrate ΔTEAV der Temperatur TE des Abgases. Wie in
  • 22 gezeigt, wird die minimal zulässige Temperatur umso größer, je größer die durchschnittliche Abfallrate ΔTEAV der Temperatur TE des Abgases ist. Das bedeutet, dass, wenn die Abfallrate ΔTEAV der Temperatur TE des Abgases hoch ist, wenn das zweite Brennverfahren auf die Niedertemperaturverbrennung umgeschaltet wird, wenn die Temperatur TE des Abgases klein wird, die Temperatur des Katalysatorbetts am Ende unter die Aktivierungstemperatur fällt. Aus diesem Grund wird, um sicherzustellen, dass die Temperatur des Katalysatorbetts nicht unter die Aktivierungstemperatur fällt, die minimal zulässige Temperatur Tmin umso größer gemacht, je größer die durchschnittliche Abfallrate ΔTEAV der Temperatur TE des Abgases ist.
  • Andererseits ist SOx im Abgas enthalten. Dieses SOx wird im Katalysator 19 adsorbiert. Mit der Zeit nimmt die Menge des im Katalysator 19 adsorbierten SOx langsam zu. Das im Katalysator 19 adsorbierte SOx dissoziiert vom Katalysator 19 in Form von SO2, wenn die Temperatur des Katalysatorbetts eine vorbestimmte Temperatur übersteigt, beispielsweise 600°C. Wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu diesem Zeitpunkt mager ist, wird das SO2 durch den überschüssigen Sauerstoff oxidiert und wird zu SO3 –, dann zu H2SO4, so dass weißer Rauch erzeugt wird. Im Gegensatz dazu wird, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis fett ist, das SO2 nicht oxidiert und in Form von SO2 in die Atmosphäre ausgestoßen, weshalb in diesem Fall kein weißer Rauch mehr erzeugt wird.
  • Aus diesem Grund wird in dieser erfindungsgemäßen Ausführung, wenn die Menge des im Katalysator 19 adsorbierten SOx einen vorbestimmten Wert übersteigt, das heißt, wenn die Möglichkeit der Erzeugung einer großen Menge von weißem Rauch besteht, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F fett gemacht, wenn die Temperatur TE des Abgases eine vorbestimmte Temperatur, beispielsweise 550°C , übersteigt. Das bedeutet, dass, wie mit der durchgezogenen Linie in 24 dargestellt, wenn TE größer als 550°C und L kleiner als X2(N) wird, wenn das zweite Brennverfahren durchgeführt wird, Niedertemperaturverbrennung durchgeführt wird und das Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F fett gemacht wird. Wenn, wie mit der unterbrochenen Linie in 24 dargestellt, TE größer als 550°C wird, wenn Niedertemperaturverbrennung durchgeführt wird, wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F für genau eine vorbestimmte Zeitdauer t3 fett gemacht. Im Ergebnis wird das SO2, das vom Katalysator 19 dissoziiert wird, so wie es ist in die Atmosphäre ausgestoßen.
  • Die 25 zeigt die Routine für die Steuerung des Niedertemperaturverbrennungsbereichs, das heißt, den ersten Betriebsbereich I und den Grenzbereich Z.
  • Unter Verweis auf 25 werden zuerst in Schritt 100 die Temperatur Tg des Gases in der Brennkammer 5 beim Start der Kompression und die Temperatur TW an der Zylinderinnenwand berechnet. In dieser Ausführung wird die Temperatur des Mischgases aus der Ansaugluft und dem Rückführungsgas, die durch den Temperatursensor 44 erkannt wird, als Temperatur Tg des Gases in der Brennkammer 5 beim Start der Kompression gesetzt, während die Temperatur des Kühlwassers der Brennkraftmaschine, die durch den Temperaturdetektor 29 erkannt wird, als Temperatur TW an der Zylinderinnenwand gesetzt wird. Als Nächstes wird in Schritt 101 K(T)1 aus der in 13A gezeigten Funktion bestimmt und K(T)2 aus der in 13B gezeigten Funktion bestimmt und diese K(T)1 und K(T)2 werden addiert, um K(T) (= K(T)1 + K(T)2) zu berechnen.
  • Als Nächstes wird in Schritt 102 K(N) aus der in 13C gezeigten Funktion auf der Basis der Brennkraftmaschinen-Drehzahl N berechnet. Als Nächstes wird in Schritt 103 der Wert der ersten Grenze, X10(N), der im Voraus gespeichert ist, verwendet, um den Wert der ersten Grenze X1(N) anhand folgender Gleichung zu berechnen: X1(N) = X10(N) + K(T) × K(N)
  • Als Nächstes wird in Schritt 104 der Wert der dritten Grenze X20(N), der im Voraus gespeichert ist, verwendet, um den Wert der dritten Grenze X2(N) anhand folgender Gleichung zu berechnen: X2(N) = X20(N) + K(T) × K(N)
  • Als Nächstes wird in Schritt 105 ΔL(N) aus der in 9 gezeigten Funktion auf der Basis der Brennkraftmaschinen-Drehzahl N berechnet. Als Nächstes wird in Schritt 106 ΔL(N) von X1(N) subtrahiert, um den Wert der zweiten Grenze Y(N) (= X1(N) – ΔL(N)) zu berechnen.
  • Als Nächstes wird die Steuerung des Betriebs unter Verweis auf die 26 und 27 erklärt.
  • In den 26 und 27 wird zuerst in Schritt 200 festgestellt, ob die Markierung I, die anzeigt, dass der Betriebszustand der Brennkraftmaschine der erste Betriebsbereich I ist, gesetzt worden ist oder nicht. Wenn die Markierung I gesetzt worden ist, das heißt, wenn der Betriebszustand der Brennkraftmaschine der erste Betriebsbereich I ist, geht die Routine weiter zu Schritt 201, in dem festgestellt wird, ob die angeforderte Last L größer als die erste Grenze X1(N) geworden ist oder nicht. Wenn L ≤ X1(N), geht die Routine weiter zu Schritt 202, in dem Niedertemperaturverbrennung durchgeführt wird.
  • Das bedeutet, dass in Schritt 202 die Menge des eingespritzten Kraftstoffs Q berechnet wird, dann in Schritt 203 festgestellt wird, ob die Fettgemisch-Markierung, die gesetzt worden ist, als von der Niedertemperaturverbrennung auf das zweite Brennverfahren umgeschaltet worden ist, gesetzt worden ist oder nicht. Wenn die Fettgemisch-Markierung nicht gesetzt worden ist, geht die Routine weiter zu Schritt 204, in dem der Einspritzanfangszeitpunkt θS berechnet wird, und dann geht die Routine weiter zu Schritt 205.
  • In Schritt 205 wird das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis AF durch eine proportionale Verteilung unter Verwendung von zwei Kennfeldern in Übereinstimmung mit K(T) berechnet, die aus den Kennfeldern der 15A bis 15D ausgewählt werden. Dann wird in Schritt 206 der Ziel-Öffnungsgrad ST der Drosselklappe 16 durch eine proportionale Verteilung unter Verwendung von zwei Kennfeldern in Übereinstimmung mit dem Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis AF berechnet, die aus den Kennfeldern der 16A bis 16D ausgewählt werden. Der Öffnungsgrad der Drosselklappe 16 wird auf diesen Ziel-Öffnungsgrad ST gebracht. Als Nächstes wird in Schritt 207 der Ziel-Grund-Öffnungsgrad SE des Abgas-Rückführungsventils 23 durch eine proportionale Verteilung unter Verwendung von zwei Kennfeldern in Übereinstimmung mit dem Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis AF berechnet, die aus den Kennfeldern der 17A bis 17D ausgewählt werden. Dann geht die Routine weiter zu Schritt 208.
  • In Schritt 208 wird bestimmt, ob das aktuelle Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F, das vom Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 21 erkannt wird, größer als das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis AF ist oder nicht. Wenn A/F > AF ist, geht die Routine weiter zu Schritt 209, in dem der vorbestimmte Wert a zum Korrekturwert ΔSE für den Öffnungsgrad des Abgas-Rückführungsventils 23 addiert wird, und dann geht die Routine weiter zu Schritt 211. Im Gegensatz dazu geht, wenn A/F ≤ AF ist, die Routine weiter zu Schritt 210, in dem der vorbestimmte Wert a vom Korrekturwert ΔSE subtrahiert wird, und dann geht die Routine weiter zu Schritt 211. In Schritt 211 wird der Korrekturwert ΔSE zum Ziel-Grund-Öffnungsgrad SE des Abgas-Rückführungsventils 23 addiert, um den Ziel-Öffnungsgrad SE0 des Abgas-Rückführungsventils 23 zu berechnen. Der Öffnungsgrad des Abgas-Rückführungsventils 23 wird auf diesen Ziel-Öffnungsgrad SE0 gebracht. Das bedeutet, dass in dieser Ausführung durch die Steuerung des Öffnungsgrads des Abgas-Rückführungsventils 23 das aktuelle Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis AF gebracht wird. Natürlich ist es in diesem Fall auch möglich, das aktuelle Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis AF zu bringen, indem der Öffnungsgrad der Drosselklappe 16 gesteuert wird.
  • Andererseits geht, wenn in Schritt 201 festgestellt wird, dass L > X1(N) ist, die Routine weiter zu Schritt 214, in dem festgestellt wird, ob eine vorbestimmte Zeitdauer t1 abgelaufen ist, seitdem L größer als X1(N) geworden ist. Wenn die vorbestimmte Zeitdauer t1 noch nicht abgelaufen ist, seitdem L größer als X1(N) geworden ist, geht die Routine weiter zu Schritt 215, in dem die Fettgemisch-Markierung gesetzt wird. Wenn die Fettgemisch-Markierung gesetzt worden ist, geht die Routine von Schritt 203 weiter zu Schritt 212, wo das im vorherigen Verarbeitungsdurchgang berechnete Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis AF verwendet wird, um den Korrekturwert ΔQ der Menge des eingespritzten Kraftstoffs zu berechnen, der erforderlich ist, um das Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F fett zu machen, beispielsweise 13, indem folgende Gleichung verwendet wird: ΔQ = Q × (AF – 13,0)/A/F
  • Als Nächstes wird in Schritt 213 der Korrekturwert ΔQ zur Menge des eingespritzten Kraftstoffs Q addiert, um den Endbetrag der Menge des eingespritzten Kraftstoffs Q (= Q + ΔQ) zu berechnen.
  • Als Nächstes geht, wenn die vorbestimmte Zeitdauer t1 abgelaufen ist, seitdem L größer als X1(N) geworden ist, die Routine von Schritt 214 weiter zu Schritt 216, in dem die Fettgemisch-Markierung zurückgesetzt wird, dann geht die Routine weiter zu Schritt 217, in dem die Markierung I zurückgesetzt wird. Dann geht die Routine weiter zu Schritt 230, in dem das zweite Brennverfahren durchgeführt wird. Das bedeutet, dass in Schritt 230 die Menge des eingespritzten Kraftstoffs Q berechnet wird, in Schritt 231 der Einspritzanfangszeitpunkt θS berechnet wird, in Schritt 232 der Ziel-Öffnungsgrad ST der Drosselklappe 16 aus dem in 19A dargestellten Kennfeld berechnet wird und dann in Schritt 233 der Ziel-Öffnungsgrad SE des Abgas-Rückführungsventils 23 aus dem in 19B dargestellten Kennfeld berechnet wird.
  • Deshalb wird, wenn L größer als X1(N) wird, wenn die Niedertemperaturverbrennung durchgeführt wird, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F genau für die vorbestimmte Zeitdauer t1 fett gemacht, und dann auf das zweite Brennverfahren umgeschaltet.
  • Wenn die Markierung I gesetzt ist, geht die Routine von Schritt 200 weiter zu Schritt 218, in dem festgestellt wird, ob L kleiner als Y(N) geworden ist. Wenn L ≥ Y(N) ist, geht die Routine weiter zu Schritt 220 und die Temperaturdifferenz ΔTE (= TEO – TE) zwischen der Temperatur TEO des Abgases in Strömungsrichtung hinter dem Katalysator 19, die im vorherigen Verarbeitungsdurchlauf auf der Basis des Ausgangssignals des Temperatursensors 46 erkannt wurde, und der aktuellen Temperatur TE des Abgases in Strömungsrichtung hinter dem Katalysator 19 wird berechnet. Als Nächstes wird in Schritt 221 die durchschnittliche Abfallrate ΔTEAV der Temperatur TE des Abgases berechnet, die der Durchschnittswert der letzten Temperaturdifferenz ΔTE in einem vorbestimmten Zeitraum ist. Als Nächstes wird in Schritt 222 festgestellt, ob L < X2(N) ist, das heißt, ob die Brennkraftmaschine im Grenzbereich Z betrieben wird. Wenn L ≥ X2(N) ist, das heißt, wenn die Brennkraftmaschine im zweiten Betriebsbereich II betrieben wird, geht die Routine weiter zu Schritt 230, in dem das zweite Brennverfahren durchgeführt wird.
  • Im Gegensatz dazu geht, wenn L < X2(N) ist, das heißt, wenn die Brennkraftmaschine im Grenzbereich Z betrieben wird, die Routine weiter zu Schritt 223, in dem festgestellt wird, ob die Niedertemperaturverbrennungs-Markierung, die anzeigt, dass Niedertemperaturverbrennung durchgeführt werden sollte, gesetzt worden ist. Wenn die Niedertemperaturverbrennungs-Markierung zurückgesetzt worden ist, geht die Routine weiter zu Schritt 224, in dem die minimal zulässige Temperatur Tmin aus der durchschnittlichen Abfallrate ΔTEAV der Temperatur TE des Abgases auf der Basis des in 22 gezeigten Verhältnisses berechnet wird.
  • Als Nächstes wird in Schritt 224 festgestellt, ob die Temperatur TE des Abgases in Strömungsrichtung hinter dem Katalysator 19 niedriger als die minimal zulässige Temperatur Tmin geworden ist oder nicht. Wenn TE ≥ Tmin ist, geht die Routine weiter zu Schritt 226, in dem festgestellt wird, ob die Temperatur TEI des Abgases in Strömungsrichtung vor dem Katalysator 19, die vom Temperatursensor 45 erkannt wird, größer als die vorbestimmte minimal zulässige Temperatur geworden ist, beispielsweise 250°C. Wenn TEI ≥ 250°C ist, geht die Routine weiter zu Schritt 230, in dem das zweite Brennverfahren durchgeführt wird.
  • Andererseits geht, wenn in Schritt 225 festgestellt wird, dass TE < Tmin ist, die Routine weiter zu Schritt 227, in dem die Niedertemperaturverbrennungs-Markierung gesetzt wird. Als Nächstes geht die Routine weiter zu Schritt 202, in dem auf Niedertemperaturverbrennung umgeschaltet wird. Wenn die Niedertemperaturverbrennungs-Markierung gesetzt ist, wird im nächsten Verarbeitungsdurchgang in Schritt 223 festgestellt, dass die Niedertemperaturverbrennungs-Markierung gesetzt worden ist, so dass die Routine weiter zu Schritt 228 geht, in dem festgestellt wird, ob eine vorbestimmte Zeitdauer t2 abgelaufen ist, seit die Niedertemperaturverbrennungs-Markierung gesetzt worden ist. Wenn die vorbestimmte Zeitdauer t2 noch nicht abgelaufen ist, seit die Niedertemperaturverbrennungs-Markierung gesetzt worden ist, geht die Routine weiter zu Schritt 202, in dem Niedertemperaturverbrennung durchgeführt wird. Wenn die vorbestimmte Zeitdauer t2 abgelaufen ist, seit die Niedertemperaturverbrennungs-Markierung gesetzt worden ist, geht die Routine weiter zu Schritt 229, in dem die Niedertemperaturverbrennungs-Markierung zurückgesetzt wird, und dann geht die Routine weiter zu Schritt 230. Dadurch wird, wenn TE < Tmin ist, das zweite Brennverfahren genau für die vorbestimmte Zeitdauer t2 auf Niedertemperaturverbrennung umgeschaltet.
  • Andererseits geht, auch wenn in Schritt 225 festgestellt wird, dass TE ≥ Tmin ist, wenn in Schritt 226 festgestellt wird, dass TEI < 250°C ist, die Routine weiter zu Schritt 227, in dem die Niedertemperaturverbrennungs-Markierung gesetzt wird und auf Niedertemperaturverbrennung umgeschaltet wird. Das bedeutet, dass, auch wenn TE ≥ Tmin ist, wenn die Temperatur TEI des Abgases, das in den Katalysator 19 strömt, zu niedrig wird, eine Möglichkeit besteht, dass der Katalysator 19 deaktiviert wird. Aus diesem Grund wird, auch wenn TE ≥ Tmin ist, wenn TEI < 250°C ist, das zweite Brennverfahren auf Niedertemperaturverbrennung umgeschaltet.
  • Andererseits geht, wenn in Schritt 218 festgestellt wird, dass L < Y(N) ist, die Routine weiter zu Schritt 219, in dem die Markierung I gesetzt wird. Dann geht die Routine weiter zu Schritt 202, in dem auf Niedertemperaturverbrennung umgeschaltet wird.
  • Die 28 zeigt die Routine für die Zeitunterbrechung zur Behandlung des SO2, das vom Katalysator dissoziiert.
  • In Die 28 wird zuerst in Schritt 300 der Zählwert C um den Wert 1 erhöht. Der Zählwert C zeigt die kumulierte Betriebsdauer des Fahrzeugs. Dieser Zählwert C wird im Backup-RAM 33a gespeichert. Als Nächstes wird in Schritt 301 festgestellt, ob der Zählwert C den vorbestimmten Wert C0 übersteigt oder nicht, das heißt, ob die kumulierte Betriebsdauer des Fahrzeugs die vorbestimmte Zeitdauer überschritten hat. Wenn C > C0 ist, geht die Routine weiter zu Schritt 302, in dem festgestellt wird, ob die Temperatur TE des Abgases in Strömungsrichtung hinter dem Katalysator 19 höher als beispielsweise 550°C ist. Wenn TE > 550°C ist, geht die Routine weiter zu Schritt 303, in dem festgestellt wird, ob Niedertemperaturverbrennung durchgeführt wird oder nicht. Wenn Niedertemperaturverbrennung durchgeführt wird, geht die Routine weiter zu Schritt 306, in dem das Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F genau für die vorbestimmte Zeitdauer t3 fett gemacht wird.
  • Andererseits geht, wenn die Niedertemperaturverbrennung nicht durchgeführt wird, die Routine weiter zu Schritt 304, und es wird festgestellt, ob die Brennkraftmaschine im Grenzbereich Z betrieben wird, das heißt, ob das zweite Brennverfahren im Grenzbereich Z durchgeführt wird. Wenn das zweite Brennverfahren im Grenzbereich Z durchgeführt wird, geht die Routine weiter zu Schritt 305, in dem genau für die vorbestimmte Zeitdauer t3 auf Niedertemperaturverbrennung umgeschaltet wird. Als Nächstes wird in Schritt 306 das Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F fett gemacht. Als Nächstes wird in Schritt 307 festgestellt, ob die Zeitdauer t3 abgelaufen ist oder nicht. Wenn die Zeitdauer t3 abgelaufen ist, geht die Routine weiter zu Schritt 308, in dem der Zählwert C auf Null gesetzt wird.
  • Indem das Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf diese Art und Weise fett gemacht wird, wenn TE > 550°C ist, ist es möglich, das vom Katalysator 19 dissoziierte SO2 in dieser Form in die Atmosphäre auszustoßen, und dadurch auch möglich, zu verhindern, dass eine große Menge weißer Rauch in die Atmosphäre ausgestoßen wird.
  • Die 29 zeigt eine Routine für eine Kurbelwellenunterbrechung, die eine andere Ausführung zur Behandlung des vom Katalysator dissoziierten SO2 zeigt.
  • Die 29 wird zuerst in Schritt 400 die Menge des eingespritzten Kraftstoffs Q zum Wert ΣQ addiert. Dieser Wert ΣQ gibt die kumulierte Menge der Einspritzung an. Diese kumulierte Menge der Einspritzung ΣQ wird im Backup-RAM 33a gespeichert. Als Nächstes wird in Schritt 401 festgestellt, ob die kumulierte Menge der Einspritzung ΣQ den vorbestimmten Wert Q0 übersteigt oder nicht. Wenn ΣQ > Q0 ist, geht die Routine weiter zu Schritt 402, in dem festgestellt wird, ob die Temperatur TE des Abgases in Strömungsrichtung hinter dem Katalysator 19 höher als beispielsweise 550°C ist. Wenn TE > 550°C ist, geht die Routine weiter zu Schritt 403 und es wird festgestellt, ob Niedertemperaturverbrennung durchgeführt wird oder nicht. Wenn Niedertemperaturverbrennung durchgeführt wird, geht die Routine weiter zu Schritt 406, in dem das Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F genau für die vorbestimmte Zeitdauer t3 fett gemacht wird.
  • Andererseits geht, wenn die Niedertemperaturverbrennung nicht durchgeführt wird, die Routine weiter zu Schritt 404, und es wird festgestellt, ob die Brennkraftmaschine im Grenzbereich Z betrieben wird, oder nicht, das heißt, ob das zweite Brennverfahren im Grenzbereich Z durchgeführt wird oder nicht. Wenn das zweite Brennverfahren im Grenzbereich Z durchgeführt wird, geht die Routine weiter zu Schritt 405, in dem genau für die vorbestimmte Zeitdauer t3 auf Niedertemperaturverbrennung umgeschaltet wird. Als Nächstes wird in Schritt 406 das Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F fett gemacht. Als Nächstes wird in Schritt 407 festgestellt, ob die Zeitdauer t3 abgelaufen ist oder nicht. Wenn die Zeitdauer t3 abgelaufen ist, geht die Routine weiter zu Schritt 408, in dem die kumulierte Einspritzmenge ΣQ auf Null gesetzt wird.
  • Die 30 zeigt eine Routine für eine Zeitunterbrechung, die noch eine weitere Ausführung zur Behandlung des vom Katalysator dissoziierten SO2 zeigt.
  • Die 30 wird zuerst in Schritt 400 die Fahrzeuggeschwindigkeit SP, erkannt durch den Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 43, zum Wert ΣSP addiert. Dieser Wert ΣSP gibt dann die kumulierte Fahrstrecke des Fahrzeugs an. Diese kumulierte Fahrstrecke ΣSP wird im Backup-RAM 33a gespeichert. Als Nächstes wird in Schritt 501 festgestellt, ob die kumulierte Fahrstrecke ΣSP des Fahrzeugs den vorbestimmten Wert SP0 überschritten hat oder nicht. Wenn ΣSP > SP0 ist, geht die Routine weiter zu Schritt 502, in dem festgestellt wird, ob die Temperatur TE des Abgases in Strömungsrichtung hinter dem Katalysator 19 höher als beispielsweise 550°C ist. Wenn TE > 550°C ist, geht die Routine weiter zu Schritt 503, in dem festgestellt wird, ob Niedertemperaturverbrennung durchgeführt wird oder nicht. Wenn Niedertemperaturverbrennung durchgeführt wird, geht die Routine weiter zu Schritt 506, in dem das Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F genau für die vorbestimmte Zeitdauer t3 fett gemacht wird.
  • Andererseits geht, wenn die Niedertemperaturverbrennung nicht durchgeführt wird, die Routine weiter zu Schritt 504, in dem festgestellt wird, ob die Brennkraftmaschine im Grenzbereich Z betrieben wird, oder nicht, das heißt, ob das zweite Brennverfahren im Grenzbereich Z durchgeführt wird oder nicht. Wenn das zweite Brennverfahren im Grenzbereich Z durchgeführt wird, geht die Routine weiter zu Schritt 505, in dem genau für die vorbestimmte Zeitdauer t3 auf Niedertemperaturverbrennung umgeschaltet wird. Als Nächstes wird in Schritt 506 das Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F fett gemacht. Als Nächstes wird in Schritt 507 festgestellt, ob die Zeitdauer t3 abgelaufen ist oder nicht. Wenn die Zeitdauer t3 abgelaufen ist, geht die Routine weiter zu Schritt 508, in dem die kumulierte Fahrstrecke ΣSP auf Null gesetzt wird.
  • Die 31 bis 34 zeigen eine weitere Ausführung. In dieser Ausführung wird, wenn die Temperatur des Katalysatorbetts des Katalysators 19 fällt, das zweite Brennverfahren auf die Niedertemperaturverbrennung umgeschaltet. Wenn die Temperatur des Katalysatorbetts des Katalysators 19 hoch geworden ist, wird die Niedertemperaturverbrennung auf das zweite Brennverfahren umgeschaltet, um so die Temperatur des Katalysatorbetts des Katalysators 19 innerhalb eines vorbestimmten Temperaturbereichs zu halten.
  • Das bedeutet, dass, wie in 31 dargestellt, wenn die angeforderte Last L kleiner als die zweite Grenze Y(N) zum Zeitpunkt ml wird, das zweite Brennverfahren auf die Niedertemperaturverbrennung umgeschaltet wird. Als Nächstes wird, wenn die Temperatur TE des Abgases in Strömungsrichtung hinter dem Katalysator 19 eine maximal zulässige Temperatur erreicht, beispielsweise 650°C, bei der die Möglichkeit der Schädigung des Katalysators 19 zum Zeitpunkt m2 besteht, die Niedertemperaturverbrennung auf das zweite Brennverfahren umgeschaltet. Als Nächstes wird, wenn die Temperatur TE des Abgases eine minimal zulässige Temperatur, dargestellt in 22, zum Zeitpunkt m3 erreicht, das zweite Brennverfahren auf die Niedertemperaturverbrennung umgeschaltet. Als Nächstes wird, wenn die Temperatur TE des Abgases zum Zeitpunkt m4 die maximal zulässige Temperatur erreicht, auf das zweite Brennverfahren umgeschaltet. Als Nächstes wird, wenn die Temperatur TE des Abgases die minimal zulässige Temperatur zum Zeitpunkt m5 erreicht, auf die Niedertemperaturverbrennung umgeschaltet.
  • Als Nächstes wird, wenn die angeforderte Last L die erste Grenze X1(N) zum Zeitpunkt m6 übersteigt, auf das zweite Brennverfahren umgeschaltet. Als Nächstes wird, wenn die Temperatur TE des Abgases auf die minimal zulässige Temperatur zum Zeitpunkt m7 fällt, auf die Niedertemperaturverbrennung umgeschaltet. Als Nächstes wird, wenn die Temperatur TE des Abgases zum Zeitpunkt m8 die maximal zulässige Temperatur erreicht, auf das zweite Brennverfahren umgeschaltet. Als Nächstes wird, wenn die Temperatur TE des Abgases auf die minimal zulässige Temperatur zum Zeitpunkt m9 fällt, auf die Niedertemperaturverbrennung umgeschaltet.
  • In der zweiten Ausführung wird die Routine für die Steuerung des Betriebs, die in 32 bis 34 dargestellt ist, anstatt der Routine für die Steuerung des Betriebs verwendet, die in 26 und 27 dargestellt ist.
  • In den 32 bis 34 wird zuerst in Schritt 600 festgestellt, ob die Markierung I, die anzeigt, dass die Brennkraftmaschine im ersten Betriebsbereich I betrieben wird, gesetzt worden ist oder nicht. Wenn die Markierung I gesetzt worden ist, das heißt, wenn die Brennkraftmaschine im ersten Betriebsbereich I betrieben wird, geht die Routine weiter zu Schritt 601, in dem festgestellt wird, ob die angeforderte Last L größer als die erste Grenze X1(N) geworden ist oder nicht. Wenn L ≤ X1(N), geht die Routine weiter zu Schritt 602, in dem festgestellt wird, ob die Zweit-Verbrennungs-Markierung, die anzeigt, dass das zweite Brennverfahren durchgeführt werden sollte, gesetzt worden ist oder nicht. Wenn die Zweit-Verbrennungs-Markierung nicht gesetzt worden ist, geht die Routine weiter zu Schritt 603, in dem festgestellt wird, ob die Temperatur TE des Abgases in Strömungsrichtung hinter dem Katalysator 19, die auf der Basis des Ausgangssignals des Temperatursensors 46 erkannt wird, höher als die maximal zulässige Temperatur, beispielsweise 650°C, ist oder nicht. Wenn TE ≤ 650°C ist, geht die Routine weiter zu Schritt 604, in dem Niedertemperaturverbrennung durchgeführt wird.
  • Das bedeutet, dass in Schritt 604 die Menge des eingespritzten Kraftstoffs Q berechnet wird und dann in Schritt 605 der Einspritzanfangszeitpunkt θS berechnet wird. Als Nächstes wird in Schritt 606 das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis AF durch eine proportionale Verteilung unter Verwendung von zwei Kennfeldern in Übereinstimmung mit K(T) berechnet, die aus den Kennfeldern der 15A bis 15D ausgewählt werden. Dann wird in Schritt 607 der Ziel-Öffnungsgrad ST der Drosselklappe 16 durch eine proportionale Verteilung unter Verwendung von zwei Kennfeldern in Übereinstimmung mit dem Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis AF berechnet, die aus den Kennfeldern der 16A bis 16D ausgewählt werden. Der Öffnungsgrad der Drosselklappe 16 wird auf diesen Ziel-Öffnungsgrad ST gebracht. Als Nächstes wird in Schritt 608 der Ziel-Grund-Öffnungsgrad SE des Abgas-Rückführungsventils 23 durch eine proportionale Verteilung unter Verwendung von zwei Kennfeldern in Übereinstimmung mit dem Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis AF berechnet, die aus den Kennfeldern der 17A bis 17D ausgewählt werden. Dann geht die Routine weiter zu Schritt 609.
  • In Schritt 609 wird bestimmt, ob das aktuelle Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F, das vom Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 21 erkannt wird, größer als das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis AF ist oder nicht. Wenn A/F > AF ist, geht die Routine weiter zu Schritt 610, in dem der vorbestimmte Wert a zum Korrekturwert ΔSE für den Öffnungsgrad des Abgas-Rückführungsventils 23 addiert wird, und dann geht die Routine weiter zu Schritt 612. Im Gegensatz dazu geht, wenn A/F ≤ AF ist, die Routine weiter zu Schritt 611, in dem der vorbestimmte Wert a vom Korrekturwert ΔSE subtrahiert wird, und dann geht die Routine weiter zu Schritt 612. In Schritt 612 wird der Korrekturwert ΔSE zum Ziel-Grund-Öffnungsgrad SE des Abgas-Rückführungsventils 23 addiert, um den Ziel-Öffnungsgrad SE0 des Abgas-Rückführungsventils 23 zu berechnen. Der Öffnungsgrad des Abgas-Rückführungsventils 23 wird auf diesen Ziel-Öffnungsgrad SE0 gebracht. Das bedeutet, dass in dieser Ausführung durch die Steuerung des Öffnungsgrads des Abgas-Rückführungsventils 23 das aktuelle Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis AF gebracht wird. Natürlich ist es in diesem Fall auch möglich, das aktuelle Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis AF zu bringen, indem der Öffnungsgrad der Drosselklappe 16 gesteuert wird.
  • Andererseits geht, wenn in Schritt 603 festgestellt wird, dass TE > 650°C ist, die Routine weiter zu Schritt 613, in dem die Zweit-Verbrennungs-Markierung gesetzt wird. Dann geht die Routine weiter zu Schritt 635, in dem das zweite Brennverfahren durchgeführt wird. Das bedeutet, dass in Schritt 635 die Menge des eingespritzten Kraftstoffs Q berechnet wird, in Schritt 636 der Einspritzanfangszeitpunkt θS berechnet wird, in Schritt 637 der Ziel-Öffnungsgrad ST der Drosselklappe 16 aus dem in 19A dargestellten Kennfeld berechnet wird und dann in Schritt 638 der Ziel-Öffnungsgrad SE des Abgas-Rückführungsventils 23 aus dem in 19B dargestellten Kennfeld berechnet wird.
  • Wenn die Zweit-Verbrennungs-Markierung gesetzt worden ist, geht die Routine im nächsten Verarbeitungsdurchgang von Schritt 602 weiter zu Schritt 614. In Schritt 614 wird die Temperaturdifferenz ΔTE (= TEO – TE) zwischen der Temperatur TEO des Abgases in Strömungsrichtung hinter dem Katalysator 19, die im vorherigen Verarbeitungsdurchlauf auf der Basis des Ausgangssignals des Temperatursensors 46 erkannt wurde, und der aktuellen Temperatur TE des Abgases in Strömungsrichtung hinter dem Katalysator 19 berechnet. Als Nächstes wird in Schritt 615 die durchschnittliche Abfallrate ΔTEAV der Temperatur TE des Abgases berechnet, die der Durchschnittswert der letzten Temperaturdifferenz ΔTE in einem vorbestimmten Zeitraum ist. Als Nächstes wird in Schritt 616 die minimal zulässige Temperatur Tmin aus der durchschnittlichen Abfallrate ΔTEAV der Temperatur TE des Abgases auf der Basis des in 22 gezeigten Verhältnisses berechnet.
  • Als Nächstes wird in Schritt 617 festgestellt, ob die Temperatur TE des Abgases in Strömungsrichtung hinter dem Katalysator 19 niedriger als die minimal zulässige Temperatur Tmin geworden ist oder nicht. Wenn TE ≥ Tmin ist, geht die Routine weiter zu Schritt 618, in dem festgestellt wird, ob die Temperatur TEI des Abgases in Strömungsrichtung vor dem Katalysator 19, die vom Temperatursensor 45 erkannt wird, größer als eine vorbestimmte Temperatur geworden ist, beispielsweise 250°C . Wenn TEI ≥ 250°C ist, geht die Routine weiter zu Schritt 635, in dem das zweite Brennverfahren durchgeführt wird.
  • Andererseits geht, wenn in Schritt 617 festgestellt wird, dass TE < Tmin ist, oder wenn in Schritt 618 festgestellt wird, dass TEI < 250°C ist, die Routine weiter zu Schritt 619, in dem die Zweit-Verbrennungs-Markierung gesetzt wird. Als Nächstes geht die Routine weiter zu Schritt 604, in dem auf Niedertemperaturverbrennung umgeschaltet wird.
  • Als Nächstes geht, wenn in Schritt 601 festgestellt wird, dass L > X1(N) ist, die Routine weiter zu Schritt 620, in dem die Markierung I zurückgesetzt wird, dann geht die Routine weiter zu Schritt 621, in dem die Zweit-Verbrennungs-Markierung zurückgesetzt wird. Als Nächstes geht die Routine weiter zu Schritt 635, in dem auf das zweite Brennverfahren umgeschaltet wird.
  • Wenn die Markierung I gesetzt ist, geht die Routine von Schritt 600 weiter zu Schritt 622, in dem festgestellt wird, ob L < Y(N) ist oder nicht. Wenn L ≥ Y(N) ist, geht die Routine weiter zu Schritt 625, in dem die Temperaturdifferenz ΔTE (= TEO – TE) zwischen der Temperatur TEO des Abgases in Strömungsrichtung hinter dem Katalysator 19, die im vorherigen Verarbeitungsdurchlauf auf der Basis des Ausgangssignals des Temperatursensors 46 erkannt wurde, und der aktuellen Temperatur TE des Abgases in Strömungsrichtung hinter dem Katalysator 19 berechnet wird. Als Nächstes wird in Schritt 626 die durchschnittliche Abfallrate ΔTEAV der Temperatur TE des Abgases berechnet, die der Durchschnittswert der letzten Temperaturdifferenz ΔTE in einem vorbestimmten Zeitraum ist. Als Nächstes wird in Schritt 627 festgestellt, ob L < X2(N) ist, das heißt, ob die Brennkraftmaschine im Grenzbereich Z betrieben wird. Wenn L ≥ X2(N) ist, das heißt, wenn die Brennkraftmaschine im zweiten Betriebsbereich II betrieben wird, geht die Routine weiter zu Schritt 635, in dem das zweite Brennverfahren durchgeführt wird.
  • Im Gegensatz dazu geht, wenn L < X2(N) ist, das heißt, wenn die Brennkraftmaschine im Grenzbereich Z betrieben wird, die Routine weiter zu Schritt 628, in dem festgestellt wird, ob die Niedertemperaturverbrennungs-Markierung, die anzeigt, dass Niedertemperaturverbrennung durchgeführt werden sollte, gesetzt worden ist. Wenn die Niedertemperaturverbrennungs-Markierung zurückgesetzt worden ist, geht die Routine weiter zu Schritt 629, in dem die minimal zulässige Temperatur Tmin aus der durchschnittlichen Abfallrate ΔTEAV der Temperatur TE des Abgases auf der Basis des in 22 gezeigten Verhältnisses berechnet wird.
  • Als Nächstes wird in Schritt 630 festgestellt, ob die Temperatur TE des Abgases in Strömungsrichtung hinter dem Katalysator 19 niedriger als die minimal zulässige Temperatur Tmin geworden ist oder nicht. Wenn TE ≥ Tmin ist, geht die Routine weiter zu Schritt 631, in dem festgestellt wird, ob die Temperatur TEI des Abgases in Strömungsrichtung vor dem Katalysator 19, die vom Temperatursensor 45 erkannt wird, größer als eine vorbestimmte Temperatur geworden ist, beispielsweise 250°C . Wenn TEI ≥ 250°C ist, geht die Routine weiter zu Schritt 635, in dem das zweite Brennverfahren durchgeführt wird.
  • Andererseits geht, wenn in Schritt 630 festgestellt wird, dass TE < Tmin ist, oder in Schritt 631 festgestellt wird, dass TEI < 250°C ist, die Routine weiter zu Schritt 632, in dem die Niedertemperaturverbrennungs-Markierung gesetzt wird. Als Nächstes geht die Routine weiter zu Schritt 604, in dem auf Niedertemperaturverbrennung umgeschaltet wird. Wenn die Niedertemperaturverbrennungs-Markierung gesetzt ist, wird im nächsten Verarbeitungsdurchgang in Schritt 628 festgestellt, dass die Niedertemperaturverbrennungs-Markierung gesetzt worden ist, so dass die Routine weiter zu Schritt 633 geht, in dem festgestellt wird, ob die Temperatur TE des Abgases höher als die maximal zulässige Temperatur, beispielsweise 650°C, ist oder nicht. Wenn TE ≤ 650°C ist, geht die Routine weiter zu Schritt 604, in dem Niedertemperaturverbrennung durchgeführt wird. Im Gegensatz dazu geht, wenn TE > 650°C ist, die Routine weiter zu Schritt 634, in dem die Niedertemperaturverbrennungs-Markierung zurückgesetzt wird. Dann geht die Routine weiter zu Schritt 635, in dem auf das zweite Brennverfahren umgeschaltet wird.
  • Andererseits geht, wenn in Schritt 622 festgestellt wurde, dass L < Y(N) ist, die Routine weiter zu Schritt 623, in dem die Markierung I gesetzt wird, und dann wird in Schritt 624 die Niedertemperaturverbrennungs-Markierung zurückgesetzt. Als Nächstes geht die Routine weiter zu Schritt 604, in dem auf Niedertemperaturverbrennung umgeschaltet wird.
  • Entsprechend der vorliegenden Erfindung ist es, wie vorstehend erklärt, möglich, die Temperatur des verbrannten Gases in der Brennkammer durch Umschalten vom zweiten Brennverfahren auf das erste Brennverfahren anzuheben, wenn die Temperatur des verbrannten Gases in der Brennkammer angehoben werden soll.
  • Eine Brennkraftmaschine mit Kompressionszündung, bei der selektiv zwischen einem ersten Brennverfahren, bei dem die Menge des rückgeführten Abgases, das der Brennkammer zugeführt wird, größer ist als die Menge des rückgeführten Abgases, bei der die Erzeugung von Ruß einen Spitzenwert erreicht, und fast kein Ruß mehr erzeugt wird, und einem zweiten Brennverfahren, bei dem die Menge des rückgeführten Abgases, das der Brennkammer zugeführt wird, kleiner ist als die Menge des rückgeführten Abgases, bei der die Erzeugung von Ruß einen Spitzenwert erreicht, umgeschaltet wird und bei der vom zweiten Brennverfahren auf das erste Brennverfahren umgeschaltet wird, wenn die Temperatur eines Katalysators, der in einer Abgasführung der Brennkraftmaschine vorgesehen ist, dabei ist, unter die Aktivierungstemperatur abzufallen.

Claims (20)

  1. Eine Brennkraftmaschine mit Kompressionszündung, bei der eine Menge des erzeugten Rußes langsam zunimmt und dann einen Spitzenwert erreicht, wenn eine Menge des rückgeführten Abgases, das in eine Brennkammer zugeführt wird, zunimmt und bei der eine weitere Zunahme der Menge des rückgeführten Abgases, das in die Brennkammer zugeführt wird, dazu führt, dass die Temperatur des Kraftstoffs und des umgebenden Gases in der Brennkammer niedriger als eine Temperatur der Erzeugung von Ruß wird und deshalb fast keine Erzeugung von Ruß mehr erfolgt, wobei diese Brennkraftmaschine folgendes umfasst: eine Schaltvorrichtung zum selektiven Umschalten zwischen einem ersten Brennverfahren, bei dem die Menge des rückgeführten Abgases, das in die Brennkammer zugeführt wird, größer ist als die Menge des rückgeführten Abgases, bei der die Erzeugung von Ruß einen Spitzenwert erreicht, und fast keine Erzeugung von Ruß mehr erfolgt, und einem zweiten Brennverfahren, bei dem die Menge des rückgeführten Abgases, das in die Brennkammer zugeführt wird, kleiner ist als die Menge des rückgeführten Abgases, bei der die Erzeugung von Ruß einen Spitzenwert erreicht; und eine Bestimmungsvorrichtung, die eine der folgenden Bestimmungen durchführt: ob die Temperatur des verbrannten Gases in der Brennkammer angehoben werden sollte und ob die Mengen der aus der Brennkammer ausgestoßenen unverbrannten Kohlenwasserstoffe und Kohlenmonoxid erhöht werden sollten, wobei diese Schaltvorrichtung von diesem zweiten Brennverfahren auf dieses erste Brennverfahren umschaltet, wenn diese Bestimmungsvorrichtung bestimmt, dass die Temperatur des verbrannten Gases in der Brennkammer angehoben werden sollte oder dass die Mengen der aus der Brennkammer ausgestoßenen unverbrannten Kohlenwasserstoffe und Kohlenmonoxid erhöht werden sollten, wenn das zweite Brennverfahren durchgeführt wird.
  2. Eine Brennkraftmaschine mit Kompressionszündung nach Anspruch 1; wobei die Abgas-Rückführungsrate im ersten Brennverfahren mindestens ungefähr 55 Prozent beträgt.
  3. Eine Brennkraftmaschine mit Kompressionszündung nach Anspruch 1; wobei die Temperatur des Kraftstoffs und des diesen umgebenden Gases zum Zeitpunkt der Verbrennung nach dem ersten Brennverfahren eine Temperatur ist, bei der die Menge des im Abgas enthaltenen NOx ungefähr 10 ppm oder weniger beträgt.
  4. Eine Brennkraftmaschine mit Kompressionszündung nach Anspruch 1; wobei ein Katalysator mit einer Oxidationsfunktion in einem Abgaskanal der Brennkraftmaschine vorgesehen ist und diese Bestimmungsvorrichtung bestimmt, dass die Temperatur des verbrannten Gases in der Brennkammer angehoben werden sollte oder dass die Mengen der aus der Brennkammer ausgestoßenen unverbrannten Kohlenwasserstoffe und Kohlenmonoxid erhöht werden sollten, wenn es erforderlich ist, die Temperatur des verbrannten Gases in der Brennkammer anzuheben oder die Mengen der aus der Brennkammer ausgestoßenen unverbrannten Kohlenwasserstoffe und Kohlenmonoxid zu erhöhen, um den Katalysator im aktiven Zustand zu erhalten.
  5. Eine Brennkraftmaschine mit Kompressionszündung nach Anspruch 1; wobei ein Katalysator mit einer Oxidationsfunktion in einem Abgaskanal der Brennkraftmaschine vorgesehen ist und diese Bestimmungsvorrichtung bestimmt, dass die Temperatur des verbrannten Gases in der Brennkammer angehoben werden sollte oder dass die Mengen der aus der Brennkammer ausgestoßenen unverbrannten Kohlenwasserstoffe und Kohlenmonoxid erhöht werden sollten, wenn es erforderlich ist, die Temperatur des verbrannten Gases in der Brennkammer anzuheben und die Mengen der aus der Brennkammer ausgestoßenen unverbrannten Kohlenwasserstoffe und Kohlenmonoxid zu erhöhen, um den Katalysator im aktiven Zustand zu erhalten.
  6. Eine Brennkraftmaschine mit Kompressionszündung nach Anspruch 1; wobei der Katalysator ein Oxidationskatalysator, Dreiwegekatalysator oder NOx-Absorbierer ist.
  7. Eine Brennkraftmaschine mit Kompressionszündung nach Anspruch 5; wobei im ersten Brennverfahren unverbrannte Kohlenwasserstoffe aus der Brennkammer nicht in Form von Ruß, sondern in Form eines Rußvorläufers oder einer davor liegenden Form ausgestoßen werden und die unverbrannten Kohlenwasserstoffe, die aus der Brennkammer ausgestoßen werden, durch diesen Katalysator oxydiert werden.
  8. Eine Brennkraftmaschine mit Kompressionszündung nach Anspruch 5; wobei eine Erkennungsvorrichtung zur Erkennung einer repräsentativen Temperatur vorgesehen ist, welche die Temperatur des Katalysators repräsentiert, und diese Bestimmungsvorrichtung auf der Basis dieser repräsentativen Temperatur bestimmt, dass die Temperatur des verbrannten Gases in der Brennkammer angehoben werden sollte oder dass die Mengen der aus der Brennkammer ausgestoßenen unverbrannten Kohlenwasserstoffe und Kohlenmonoxid erhöht werden sollten.
  9. Eine Brennkraftmaschine mit Kompressionszündung nach Anspruch 8; wobei diese Erkennungsvorrichtung einen Temperatursensor umfasst, der in einem Abgaskanal der Brennkraftmaschine in Strömungsrichtung hinter diesem Katalysator vorgesehen ist, diese repräsentative Temperatur eine Temperatur des aus diesem Katalysator ausgestoßenen Abgases ist und diese Bestimmungsvorrichtung bestimmt, dass die Temperatur des verbrannten Gases in der Brennkammer angehoben werden sollte oder dass die Mengen der aus der Brennkammer ausgestoßenen unverbrannten Kohlenwasserstoffe und Kohlenmonoxid erhöht werden sollten, um den Katalysator im aktiven Zustand zu erhalten, wenn die Temperatur des Abgases auf eine vorbestimmte Temperatur absinkt.
  10. Eine Brennkraftmaschine mit Kompressionszündung nach Anspruch 9; wobei diese vorbestimmte Temperatur umso höher ist, je schneller die Abnahmerate der Temperatur des Abgases wird.
  11. Eine Brennkraftmaschine mit Kompressionszündung nach Anspruch 8; wobei diese Erkennungsvorrichtung aus einem Temperatursensor besteht, der in einem Abgaskanal der Brennkraftmaschine in Strömungsrichtung vor diesem Katalysator vorgesehen ist, diese repräsentative Temperatur eine Temperatur des in diesen Katalysator einströmenden Abgases ist und diese Bestimmungsvorrichtung bestimmt, dass die Temperatur des verbrannten Gases in der Brennkammer angehoben werden sollte oder dass die Mengen der aus der Brennkammer ausgestoßenen unverbrannten Kohlenwasserstoffe und Kohlenmonoxid erhöht werden sollten, um den Katalysator im aktiven Zustand zu erhalten, wenn die Temperatur des Abgases auf eine vorbestimmte Temperatur absinkt.
  12. Eine Brennkraftmaschine mit Kompressionszündung nach Anspruch 11; wobei diese vorbestimmte Temperatur eine konstante Temperatur ist.
  13. Eine Brennkraftmaschine mit Kompressionszündung nach Anspruch 1; wobei auf dieses erste Brennverfahren zeitweilig umgeschaltet wird, wenn bestimmt wird, dass die Temperatur des verbrannten Gases in der Brennkammer angehoben werden sollte oder dass die Mengen der aus der Brennkammer ausgestoßenen unverbrannten Kohlenwasserstoffe und Kohlenmonoxid erhöht werden sollten, wenn das zweite Brennverfahren durchgeführt wird.
  14. Eine Brennkraftmaschine mit Kompressionszündung nach Anspruch 1; wobei das Luft-Kraftstoff-Verhältnis zeitweilig auf fett geändert wird und dann auf dieses zweite Brennverfahren umgeschaltet wird, wenn von diesem ersten Brennverfahren auf dieses zweite Brennverfahren umgeschaltet wird.
  15. Eine Brennkraftmaschine mit Kompressionszündung nach Anspruch 1; wobei ein Brennkraftmaschinen-Betriebsbereich unterteilt wird in einen Teillast-Primärbetriebsbereich, in dem das erste Brennverfahren durchgeführt wird, einen Volllast-Sekundärbetriebsbereich, in dem das zweite Brennverfahren durchgeführt wird, und einen Grenzbereich zwischen dem ersten Betriebsbereich und dem zweiten Betriebsbereich, in dem das erste und das zweite Brennverfahren selektiv durchgeführt werden, und in diesem Grenzbereich normalerweise das zweite Brennverfahren durchgeführt wird und auf das erste Brennverfahren umgeschaltet wird, wenn bestimmt wird, dass die Temperatur des verbrannten Gases in der Brennkammer angehoben werden sollte oder dass die Mengen der aus der Brennkammer ausgestoßenen unverbrannten Kohlenwasserstoffe und Kohlenmonoxid erhöht werden sollten, wenn das zweite Brennverfahren in diesem Grenzbereich durchgeführt wird.
  16. Eine Brennkraftmaschine mit Kompressionszündung nach Anspruch 1; wobei diese Bestimmungsvorrichtung eine der folgenden Bestimmungen durchführt: ob die Temperatur des verbrannten Gases in der Brennkammer angehoben werden sollte und ob die Mengen der aus der Brennkammer ausgestoßenen unverbrannten Kohlenwasserstoffe und Kohlenmonoxid erhöht werden sollten und eine der folgenden Bestimmungen durchführt: ob die Temperatur des verbrannten Gases in der Brennkammer abgesenkt werden sollte und ob die Mengen der aus der Brennkammer ausgestoßenen unverbrannten Kohlenwasserstoffe und Kohlenmonoxid reduziert werden sollten, diese Schaltvorrichtung von diesem zweiten Brennverfahren auf dieses erste Brennverfahren umschaltet, wenn von dieser Bestimmungsvorrichtung bestimmt wird, dass die Temperatur des verbrannten Gases in der Brennkammer angehoben werden sollte oder dass die Mengen der aus der Brennkammer ausgestoßenen unverbrannten Kohlenwasserstoffe und Kohlenmonoxid erhöht werden sollten, wenn das zweite Brennverfahren durchgeführt wird, und diese Schaltvorrichtung von diesem ersten Brennverfahren auf dieses zweite Brennverfahren umschaltet, wenn von dieser Bestimmungsvorrichtung bestimmt wird, dass die Temperatur des verbrannten Gases in der Brennkammer abgesenkt werden sollte oder dass die Mengen der aus der Brennkammer ausgestoßenen unverbrannten Kohlenwasserstoffe und Kohlenmonoxid reduziert werden sollten, wenn das erste Brennverfahren durchgeführt wird.
  17. Eine Brennkraftmaschine mit Kompressionszündung nach Anspruch 16; wobei ein Katalysator mit einer Oxidationsfunktion im Abgaskanal der Brennkraftmaschine vorgesehen ist, eine Erkennungsvorrichtung zur Erkennung einer repräsentativen Temperatur vorgesehen ist, welche die Temperatur dieses Katalysators repräsentiert, auf das erste Brennverfahren umgeschaltet wird, um die Temperatur des verbrannten Gases in der Brennkammer anzuheben oder die Mengen der aus der Brennkammer ausgestoßenen unverbrannten Kohlenwasserstoffe und Kohlenmonoxid zu erhöhen, wenn diese repräsentative Temperatur auf eine vorbestimmte zulässige Mindesttemperatur absinkt, wenn das zweite Brennverfahren durchgeführt wird, und auf das zweite Brennverfahren umgeschaltet wird, um die Temperatur des verbrannten Gases in der Brennkammer abzusenken oder die Mengen der aus der Brennkammer ausgestoßenen unverbrannten Kohlenwasserstoffe und Kohlenmonoxid zu reduzieren, wenn diese repräsentative Temperatur auf eine vorbestimmte zulässige Höchsttemperatur steigt, wenn das erste Brennverfahren durchgeführt wird.
  18. Eine Brennkraftmaschine mit Kompressionszündung nach Anspruch 17; wobei diese vorbestimmte zulässige Mindesttemperatur eine Temperatur ist, die erforderlich ist, um den Katalysator in einem aktiven Zustand zu erhalten und diese vorbestimmte zulässige Höchsttemperatur eine Temperatur ist, die erforderlich ist, um eine Zerstörung dieses Katalysators zu verhindern.
  19. Eine Brennkraftmaschine mit Kompressionszündung nach Anspruch 1; wobei ein Katalysator mit einer Oxidationsfunktion im Abgaskanal der Brennkraftmaschine vorgesehen ist, eine Rechenvorrichtung zur Berechnung eines Summenwerts vorgesehen ist, der eine Menge des adsorbierten SOx in diesem Katalysator repräsentiert, und ein erstes Brennverfahren mit einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis durchgeführt wird, wenn dieser Summenwert einen vorbestimmten Wert übersteigt und die Temperatur des Katalysators eine Temperatur übersteigt, bei der sich das im Katalysator adsorbierte SOx zersetzt.
  20. Eine Brennkraftmaschine mit Kompressionszündung nach Anspruch 19; wobei dieser Summenwert ein Summenwert entweder der Betriebsdauer der Brennkraftmaschine, der Fahrstrecke eines Fahrzeugs oder der Menge des zugeführten Kraftstoffs ist.
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