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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein System für eine Brennkraftmaschine mit
einer Verbrennungskammer, in die inertes Gas eingeleitet wird, um
so eine Verbrennung zu bewirken.
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2. Beschreibung des Standes
der Technik
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Üblicherweise
sind bei einer Brennkraftmaschine, zum Beispiel bei einer Dieselmaschine,
um die Erzeugung von NOx zu begrenzen, eine Maschinen-Auslassleitung
und eine Maschinen-Einlassleitung
durch eine Abgas-Rezirkulationsleitung (anschließend als EGR bezeichnet) verbunden,
um Abgas, das heißt
EGR-Gas, über
die EGR-Leitung in die Maschinen-Einlassleitung
zurückzuführen. In
diesem Fall hat das EGR-Gas eine relativ hohe spezifische Wärme und
ist in der Lage, eine große
Menge an Wärme
zu absorbieren. Da somit die Menge an EGR-Gas zunimmt, das heißt, da die
EGR-Rate (die Menge an EGR-Gas/(die Menge an EGR-Gas + die Menge
an Einlassluft)) ansteigt, nimmt die Verbrennungstemperatur in der
Verbrennungskammer ab. Wenn die Verbrennungstemperatur abnimmt,
dann sinkt die Erzeugung der Menge an NOx. Je größer daher die EGR-Rate wird,
desto geringer wird die Erzeugung der Menge an NOx.
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Wie
vorstehend beschrieben, ist es allgemein bekannt, dass die Erzeugung
der Menge an NOx durch den Anstieg der EGR-Rate reduziert wird. Wenn
jedoch die EGR-Rate bei dem Prozess der Erhöhung der EGR-Rate einen bestimmten
Grenzwert übersteigt,
dann beginnt die Erzeugung der Menge an Ruß, nämlich Rauch, abrupt anzusteigen.
Diesbezüglich
wurde üblicherweise
in Betracht gezogen, dass dann, wenn die EGR-Rate über diesen
bestimmten Grenzwert hinaus ansteigt, die Menge an Rauch unendlich
steigt. Mit anderen Worten, die EGR-Rate, bei der die Menge an Rauch
abrupt anfängt
zu steigen, wurde als ein maximal erlaubter Wert der EGR-Rate betrachtet.
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Folglich
wurde die EGR-Rate üblicherweise unter
den maximal erlaubten Wert eingestellt. Obwohl der maximal erlaubte
Wert der EGR-Rate wesentlich variiert, und zwar abhängig von
dem Typ der Maschine oder vom Kraftstoff, beträgt er etwa 30% bis 50%. Daher
wird bei einer Dieselmaschine die EGR-Rate zumeist auf 30% bis 50%
eingestellt.
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Wie
vorstehend beschrieben, wurde üblicherweise
in Betracht gezogen, dass die EGR-Rate einen maximal erlaubten Wert
hat. Daher wird die EGR-Rate so eingestellt, um eine Erzeugung der Menge
an NOx und Rauch auf das maximal mögliche Ausmaß zu reduzieren,
indem gewährleistet
wird, dass die EGR-Rate den maximal erlaubten Wert nicht übersteigt.
Daher, auch wenn die EGR-Rate auf diese Weise bestimmt wurde, kann
die Erzeugung der Menge an NOx und Rauch nicht grenzenlos reduziert
werden. Tatsächlich
ist die Erzeugung einer beträchtlichen
Menge an NOx und Rauch unvermeidbar.
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Im
Verlauf von Studien von Verbrennungen in Dieselmaschinen wurde die
folgende Tatsache entdeckt. Das heißt, wie vorstehend beschrieben, wenn
die EGR-Rate größer als
der maximal erlaubte Wert gemacht wird, dann steigt die Erzeugung
der Menge an Rauch abrupt an. Die Erzeugung der Menge an Rauch hat
jedoch einen Spitzenwert. Wenn die EGR-Rate weiter ansteigt, nachdem
die Erzeugung der Menge an Rauch ihren Spitzenwert erreicht hat, dann
fängt die
Erzeugung der Menge an Rauch abrupt an zu sinken. Wenn die EGR-Rate
während
eines Leerlaufbetriebs auf 70% oder mehr eingestellt wird, oder
wenn die EGR-Rate auf etwa 55% oder mehr in dem Fall eingestellt
wird, in dem EGR-Gas intensiv gekühlt wird, dann wird kaum noch
NOx erzeugt, und die Erzeugung der Menge an Rauch wird annähernd Null.
Es wird nämlich
kaum noch Ruß erzeugt.
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Basierend
auf dieser Entdeckung wurden anschließend weitere Studien bezüglich der
Gründe durchgeführt, warum
kaum noch Ruß erzeugt
wird. Als Folge wurde ein neues, noch nie da gewesenes Verbrennungssystem
konstruiert, das in der Lage ist, gleichzeitig Ruß und NOx
zu reduzieren. Dieses neue Verbrennungssystem wird anschließend im
Detail erklärt.
Zusammenfassend basiert dieses Verbrennungssystem auf der Idee,
dass das Umwandeln von Kohlenwasserstoff gestoppt wird, bevor er
sich in Ruß verwandelt.
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Mit
anderen Worten, es wurde durch wiederholte Experimente und Studien
bestimmt, dass dann, wenn die Temperatur von Kraftstoff und Umgebungsgas
in der Verbrennungskammer während
der Verbrennung gleich oder kleiner ist als eine bestimmte Temperatur,
das Umwandeln von Kohlenwasserstoff gestoppt wird, bevor er zu Ruß wird,
und dass sich dann, wenn die Temperatur von Kraftstoff und Umgebungsgas
größer als
die oben genannte bestimmte Temperatur wird, der Kohlenwasserstoff
schnell in Ruß umwandelt.
In diesem Fall wird die Temperatur von Kraftstoff und Umgebungsgas
größtenteils
durch die endothermische Wirkung des Gases beeinflusst, das den
Kraftstoff zum Zeitpunkt der Kraftstoffverbrennung umgibt. Wenn
der endothermische Wert des Gases, das den Kraftstoff umgibt, gemäß einem exothermischen
Wert während
der Kraftstoffverbrennung eingestellt wird, dann kann die Temperatur
des Kraftstoffs und des Umgebungsgases gesteuert werden.
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Wenn
folglich die Temperatur von Kraftstoff und Umgebungsgas in der Verbrennungskammer gleich
oder kleiner als eine Temperatur eingestellt wird, bei der das Umwandeln
von Kohlenwasserstoff halbwegs gestoppt wird, dann wird kein Ruß mehr erzeugt.
Die Temperatur von Ruß und
Umgebungsgas in der Verbrennungskammer während der Verbrennung kann
gleich oder kleiner als eine Temperatur eingestellt werden, bei
der das Umwandeln von Kohlenwasserstoff halbwegs gestoppt wird,
und zwar durch Einstellen eines endothermischen Wertes des den Kraftstoff
umgebenden Gases. Andererseits kann der Kohlenwasserstoff, dessen
Umwandeln gestoppt wird, bevor er zu Ruß wird, leicht mit Hilfe einer Nachbehandlung
entfernt werden, wobei ein Oxidationskatalysator oder ähnliches
verwendet wird. Dies ist das Basiskonzept des neuen Verbrennungssystems.
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Eine
Maschine kann so gesteuert werden, dass sie zwischen einem ersten
Verbrennungsmodus, der dem neuen Verbrennungsmodus entspricht, und
einem zweiten Verbrennungsmodus umgeschaltet wird, der einem herkömmlichen
Verbrennungsmodus entspricht, und zwar basierend auf Anforderungen
bezüglich
der Leistung der Maschine. Jedoch wird jedesmal dann, wenn der Verbrennungsmodus umgeschaltet
wird, kurzfristig eine große
Menge an Rauch erzeugt. Es ist folglich gewünscht, ein häufiges Umschalten
zwischen dem ersten und dem zweiten Verbrennungsmodus zu vermeiden.
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Die
EP-A-0 964 140 als Stand der Technik gemäß Art. 54(3) EPC zeigt eine
Brennkraftmaschine mit zwei Verbrennungsmodi.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein System für eine Brennkraftmaschine zur
Verfügung
zu stellen, das eine geeignete Verbrennung erreicht, d. h., das
Erzeugen von Ruß (Rauch)
und NOx gleichzeitig verhindert, und das Auftreten einer unerwünschten
Situation vermindert, in der die Erzeugung einer Menge an Ruß beim Übergang
zwischen einem ersten Verbrennungsmodus und einem zweiten Verbrennungsmodus
ansteigt. Der erste Verbrennungsmodus ist eine Modus, bei dem eine
Menge an inertem Gas, das in die Verbrennungskammer geleitet wird,
größer ist
als die Menge, die einen Spitzenwert an erzeugtem Ruß bewirkt.
Der zweite Verbrennungsmodus ist der herkömmliche Verbrennungsmodus.
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Die
obige Aufgabe wird durch eine Kombination von Merkmalen gelöst, die
im Hauptanspruch aufgeführt
ist. Weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus
den abhängigen
Ansprüchen.
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Um
die obige Aufgabe zu lösen,
ist gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung ein System für eine Brennkraftmaschine vorgesehen,
bei dem eine Erzeugung einer Menge an Ruß auf einen Spitzenwert ansteigt,
wenn eine Menge an inertem Gas, das einer Verbrennungskammer zugeführt wird,
ansteigt, wobei das System eine Steuerung aufweist, die den Verbrennungsmodus
steuert, in dem die Maschine betrieben wird. Die Steuerung schaltet
zwischen einem ersten Verbrennungsmodus, bei dem eine Menge an inertem
Gas, die der Verbrennungskammer zugeführt wird, größer ist
als eine Menge des inerten Gases, das bewirkt, dass die Erzeugung einer
Menge an Ruß ein
Spitzenwert erreicht (und somit kaum Ruß erzeugt wird), und einen
zweiten Verbrennungsmodus, bei dem eine Menge an inertem Gas, die
der Verbrennungskammer zugeführt
wird, kleiner ist als die Menge des inerten Gases, die bewirkt,
dass die Erzeugung einer Menge an Ruß ein Spitzenwert erreicht.
Die Steuerung kann außerdem die
Frequenz des Umschaltens zwischen dem ersten Verbrennungsmodus und
dem zweiten Verbrennungsmodus bestimmen. Außerdem steuert die Steuerung
die Durchführung
des ersten Verbrennungsmodus und des zweiten Verbrennungsmodus so,
dass die Frequenz des Umschaltens zwischen dem ersten Verbrennungsmodus
und dem zweiten Verbrennungsmodus daran gehindert ist, zu groß zu werden
(d. h. größer als
ein vorbestimmter Wert), wenn beispielsweise bestimmt wird, dass
die Frequenz zu groß ist.
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Es
ist folglich möglich,
Ruß und
NOx zu reduzieren, das gleichzeitig aus der Verbrennungskammer ausgestoßen wird,
und eine unerwünschte
Situation zu vermeiden, in der die Erzeugung einer Menge an Ruß gemäß dem Übergang
zwischen dem ersten Verbrennungsmodus und dem zweiten Verbrennungsmodus
ansteigt.
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Obwohl
diese Zusammenfassung nicht alle Merkmale der vorliegenden Erfindung
offenbart, soll verstanden werden, dass der Schutzbereich der vorliegenden
Erfindung ausschließlich
durch die beigefügten
Ansprüche
definiert ist.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Die
vorstehenden und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden
Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung der bevorzugten
Ausführungsbeispiele
unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen verdeutlicht,
in denen:
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1 eine allgemeine Ansicht
von einer Diesel-Brennkraftmaschine
ist;
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2 Darstellungen zeigt, in
denen die Veränderung von dem Drosselklappenöffnungsgrad, der EGR-Rate,
dem Drehmoment, der Erzeugung der Menge an Rauch, HC, CO bzw, NOx
zeigt, und zwar abhängig
von dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis;
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3A und 3B den Verbrennungsdruck abhängig von
dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis
zeigen;
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4 Moleküle des Kraftstoffs zeigt;
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5 eine Beziehung zwischen
der Erzeugung einer Menge an Rauch und der EGR-Rate zeigt;
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6 eine Beziehung zwischen
einer gesamten Einlassgasmenge und einer Lastanforderung zeigt;
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7 ein erstes Betriebsgebiet
I und ein zweites Betriebsgebiet II zeigt;
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8 eine Ausgabe von einem
Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor zeigt;
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9 den Öffnungsgrad von einer Drosselklappe
und ähnlichem
zeigt;
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10A ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis in
dem Betriebsgebiet I zeigt;
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10B eine Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Tabelle
zeigt;
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11A und 11B eine Tabelle von einem Ziel-Öffnungsgrad
von der Drosselklappe oder ähnlichem
zeigen;
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12A ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis während eines
zweiten Verbrennungsmodus zeigt;
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12B eine Tabelle von einem
Luft-Kraftstoff-Verhältnis
während
des zweiten Verbrennungsmodus zeigt;
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13A und 13B Tabellen von einem Ziel-Öffnungsgrad
von der Drosselklappe oder ähnlichem
zeigen;
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14 eine Tabelle von einer
Kraftstoff-Einspritz-Menge zeigt;
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15, 16 und 17 Flussdiagramme
zur Steuerung des Betriebs der Maschine gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung sind;
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18, 19 und 20 Flussdiagramme
zur Steuerung des Betriebs der Maschine gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel
der Erfindung sind;
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21 ein erstes Betriebsgebiet
I und ein zweites Betriebsgebiet II zeigt;
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22 eine Darstellung von
einem Öffnungsgrad
von der Drosselklappe als eine Funktion der Zeit zeigt;
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23, 24 und 25 Flussdiagramme
zur Steuerung des Betriebs der Maschine gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung sind;
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26 ein erstes Betriebsgebiet
I, ein zweites Betriebsgebiet II und ein drittes Betriebsgebiet
III zeigt;
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27, 28 und 29 Flussdiagramme
zur Steuerung des Betriebs der Maschine gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung sind;
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30 und 31 Flussdiagramme zur Steuerung des Betriebs
der Maschine gemäß einem
fünften
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung sind;
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32 und 33 Flussdiagramme zur Steuerung des Betriebs
der Maschine gemäß einem
sechsten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung sind;
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34A ein Verschiebungs-Diagramm
für einen
ersten Verbrennungsmodus ist;
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34B ein Verschiebungs-Diagramm
für einen
zweiten Verbrennungsmodus ist; und
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36 ein erstes Betriebsgebiet I und ein zweites
Betriebsgebiet II zeigt.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung, das auf eine Viertakt-Diesel-Brennkraftmaschine
angewendet wird.
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Der
Maschinenkörper 1 weist
einen Zylinderblock 2, einen Zylinderkopf 3, einen
Kolben 4, eine Verbrennungskammer 5, ein elektronisch
gesteuertes Kraftstoffeinspritzventil 6, ein Einlassventil 7,
einen Einlassanschluss 8, ein Auslassventil 9 und
einen Auslassanschluss 10 auf. Der Einlassanschluss 8 ist über eine
entsprechende Einlassverteilerleitung 11 mit einem Ausgleichstank 12 verbunden,
und der Ausgleichstank 12 ist mit einem Auslassbereich
von einem Kompressor 16 von einem Vorverdichter, wie zum
Beispiel ein Abgas-Vorverdichter 15, über eine Einlassleitung 13 und
einen Zwischenkühler 14 verbunden.
Ein Einlassbereich des Kompressors 16 ist mit einem Luftreiniger 18 über eine
Lufteinlassleitung 17 verbunden. Eine Drosselklappe 20,
die durch einen Schrittmotor 19 angetrieben wird, ist in
der Einlassleitung 17 angeordnet. Ein Mengendurchflussmesser 21,
der den Mengendurchfluss der Einlassluft erfasst, ist in dem stromaufwärts gelegenen
Bereich von der Lufteinlassleitung 17 angeordnet.
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Eine
Ausgangswelle (nicht gezeigt) der Maschine 1 ist mit einem
automatischen Getriebe 60 verbunden, das einen Drehmomentwandler 61 und ein
Getriebe 62 aufweist. Eine Ausgangswelle des automatischen
Getriebes 60 ist mit den Antriebsrädern von einem Fahrzeug über ein
Differentialgetriebe (nicht gezeigt) verbunden.
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Das
Getriebe 62 ist mit einem Planetengetriebe und Friktionselementen
versehen, wie zum Beispiel eine Bremse und eine Kupplung, und steuert einen
Kupplungszustand der Friktionselemente durch Veränderung eines Steueröldrucks.
Folglich wird der Betrieb des Getriebes durchgeführt, indem jedes Zahnrad des
Planetengetriebes festgesetzt oder verbunden wird. Der Drehmomentwandler 61 ist mit
einer Pumpe, die direkt mit der Ausgangswelle der Maschine verbunden
ist, und einer Turbine versehen, die durch ein ausgestoßenes Fluid
der Pumpe angetrieben wird. Eine Ausgangswelle der Turbine (anschließend als
Ausgangswelle des Wandlers bezeichnet) ist direkt mit einer Eingangswelle
des Getriebes 62 verbunden. Der Drehmomentwandler 61 verstärkt einen
Drehmomenteingang von der Ausgangswelle der Maschine und überträgt das verstärkte Drehmoment
dann auf die Ausgangswelle des Wandlers. Außerdem ist ein Drehzahlsensor 63,
der ein Impulssignal mit einer Frequenz ausgibt, die einer Drehzahl
der Ausgangswelle des Wandlers entspricht, d. h. die Drehzahl der
Eingangswelle des Getriebes 62, und ein Umdrehungssensor 64,
der ein Impulssignal mit einer Frequenz ausgibt, die der Drehzahl
der Ausgangswelle des automatischen Getriebes 62 entspricht,
an das automatische Getriebe 60 angepasst.
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Der
Auslassanschluss 10 ist mit einem Einlassbereich von einer
Abgasturbine 23 des Abgas-Vorverdichters 15 über einen
Abgasverteiler 22 verbunden. Ein Auslassbereich der Abgasturbine 23 ist
mit einem katalytischen Wandler 26 über eine Abgasleitung 23 verbunden.
Der katalytische Wandler 26 beinhaltet einen Katalysator 25,
der eine Oxidationsfunktion durchführt. Ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 27 ist
in dem Abgasverteiler 22 angeordnet.
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Eine
Abgasleitung 28, die mit einem Auslassbereich des katalytischen
Wandlers 26 in Verbindung steht, und die Lufteinlassleitung 17 stromabwärts der Drosselklappe 20 sind
miteinander über
den EGR-Durchgang 29 verbunden. In dem EGR-Durchgang 29 ist
ein EGR-Steuerventil 31 angeordnet, das durch einen Schrittmotor 30 angetrieben
wird. Außerdem
ist ein Zwischenkühler 32 zum
Kühlen
des EGR-Gases, das durch den EGR-Durchgang 29 strömt, in dem
EGR-Durchgang 29 vorgesehen. In dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel wird ein Maschinen-Kühlmittel
in de Zwischenkühler 32 eingeleitet.
Das Maschinen-Kühlmittel
kühlt das EGR-Gas.
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Jedes
Kraftstoffeinspritzventil 6 ist über eine Kraftstoffzuführleitung 33 mit
einem Kraftstofftank verbunden, was nämlich als eine gemeinsame Druckleitung 34 bezeichnet
wird. Der Kraftstoff wird der gemeinsamen Druckleitung 34 von
einer elektrisch gesteuerten Kraftstoffpumpe 35 mit variablem Ausstoß zugeführt. Der
Kraftstoff, der der gemeinsamen Druckleitung 34 zugeführt wurde,
wird dem Kraftstoffeinspritzventil 6 über jeder Kraftstoffzuführleitung 33 zugeführt. Ein
Kraftstoffdrucksensor 36 zum Erfassen des Kraftstoffdrucks
in der gemeinsamen Druckleitung 34 ist daran angebracht.
Basierend auf einem Ausgangssignal von dem Kraftstoffdrucksensor 36 wird
die Ausstoßmenge
der Kraftstoffpumpe 35 so gesteuert, dass der Kraftstoffdruck
in der gemeinsamen Druckleitung 34 ein Ziel-Kraftstoffdruck
wird.
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Eine
Steuerung, wie zum Beispiel eine elektronische Steuereinheit (ECU) 40 beinhaltet
einen digitalen Computer und ist mit einem ROM (Nur-Lese-Speicher) 42,
einem RAM (Speicher mit wahlfreiem Zugriff) 43, einer CPU
(Mikroprozessor) 44, einem Eingangsanschluss 45 und
einem Ausgangsanschluss 46 versehen, die miteinander durch
einen bidirektionalen Bus 41 verbunden sind. Ausgangssignale
von dem Mengendurchflussmessgerät 21,
dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 27 und
dem Kraftstoffdrucksensor 36 werden dem Eingangsanschluss 45 jeweils über zugehörige A/D-Wandler 47 zugeführt. Außerdem werden
dem Eingangsanschluss 45 Impulssignale zugeführt, die
von den Sensoren 63 bzw. 64 ausgegeben werden.
Mit einem Gaspedal 50 ist ein Lastsensor 51 verbunden,
der eine Ausgangsspannung erzeugt, die proportional zu einem Druckwert
L von dem Gaspedal 50 ist. Die Ausgangsspannung von dem
Lastsensor 51 wird dem Eingangsanschluss 45 über einen
entsprechenden A/D-Wandler 47 zugeführt. Ein Kurbelwellenwinkelsensor 52,
der jedesmal dann einen Impuls erzeugt, wenn sich eine Kurbelwelle
dreht, beispielsweise um 30°,
ist mit dem Eingangsanschluss 45 verbunden. Die Drehzahl
der Maschine wird basierend auf einem Ausgangssignal von dem Kurbe1we11enwinkelsensor 52 berechnet. Außerdem ist
ein Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 53, der entsprechend
der Fahrzeuggeschwindigkeit einen Impuls erzeugt, mit dem Eingangsanschluss 45 verbunden.
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Ein
Navigationssystem 70 ist mit dem Eingangsanschluss 45 verbunden.
Das Navigationssystem 70 empfängt Informationssignale, wie
zum Beispiel die aktuelle Fahrtposition und Verkehrsinformationen.
Verkehrsinformationen beinhalten beispielsweise die Anzahl von Kurven
auf der Straße
oder das Ausmaß der
Steigung. Anstelle des Navigationssystems kann eine andere Empfangseinrichtung,
wie zum Beispiel ein Radio, verwendet werden, das die oben genannten
Informationen empfängt.
Der Ausgangsanschluss 46 ist mit dem Kraftstoffeinspritzventil 6,
dem Schrittmotor 19 zur Steuerung der Drosselklappe 20,
dem Schrittmotor 30 zur Steuerung des EGR-Steuerventils 31 und
der Kraftstoffpumpe 35 über
eine entsprechende Treiberschaltung 48 verbunden.
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2 zeigt ein experimentelles
Beispiel von Änderungen
bezüglich
des Ausgangsdrehmoments und Änderungen
bezüglich der
Ausstoßmenge
von Rauch, HC (Kohlenwasserstoff), CO und NOx in dem Fall, wenn
das Luft-Kraftstoff-Verhältnis
A/F (in 2 die horizontale
Achse) verändert
wird, indem ein Öffnungsgrad
der Drosselklappe 20 und eine EGR-Rate zum Zeitpunkt eines
Niederlastbetriebs der Maschine verändert werden. In diesem experimentellen
Beispiel wird die EGR-Rate größer, wenn
das Luft-Kraftstoff-Verhältnis
A/F kleiner wird. Wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis gleich oder kleiner als
ein stöchiometrisches
Luft-Kraftstoff-Verhältnis
ist (etwa 14,6), dann ist die EGR-Rate gleich oder größer 65%.
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Wie
in 2 gezeigt, wenn das
Luft-Kraftstoff-Verhältnis
A/F kleiner gemacht wird, indem die EGR-Rate erhöht wird (von der rechten Seite
zu der linken Seite in der Zeichnung), dann fängt die Erzeugung der Menge
an Rauch an zu steigen, wenn die EGR-Rate etwa 40% erreicht (wenn
das Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F
etwa 30 erreicht). Wenn dann die EGR-Rate weiter ansteigt (wenn
das Luft-Kraftstoff-Verhältnis
A/F kleiner gemacht wird), dann steigt die Erzeugung der Menge an
Rauch abrupt an und erreicht ihren Spitzenwert. Wenn dann die EGR-Rate weiter
ansteigt, dann fällt
die Erzeugung der Menge an Rauch abrupt ab. Wenn die EGR-Rate gleich
oder größer als
etwa 65% ist (wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F etwa 15,0 beträgt), dann
wird die Erzeugung der Menge an Rauch etwa zu Null. Das heißt, es wird
kaum Ruß erzeugt.
Zu diesem Zeitpunkt fällt
das Ausgangsdrehmoment der Maschine etwas ab, und die Erzeugung
der Menge an NOx wird vergleichsweise klein. Andererseits beginnt
die Erzeugung der Mengen an HC und CO anzusteigen.
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3A zeigt Veränderungen
bezüglich
des Verbrennungsdrucks in der Verbrennungskammer 5, wenn
sich das Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F
in der Nähe
von 21 befindet und die Erzeugung der Menge an Rauch ihren maximalen
Wert einnimmt. 3B zeigt
Veränderungen
bezüglich
des Verbrennungsdrucks in der Verbrennungskammer 5, wenn
sich das Luft-Kraftstoff- Verhältnis A/F
in der Nähe
von 18 befindet und die Erzeugung der Menge an Rauch etwa Null beträgt. Aus
dem Vergleich von 3A und 3B wird offensichtlich,
dass der Verbrennungsdruck in dem Fall kleiner ist, wenn die Erzeugung
der Menge an Rauch etwa Null ist (3B),
als in dem Fall, wenn die Erzeugung der Menge an Rauch groß ist (3A).
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Die
folgende Schlussfolgerung kann aus den experimentellen Ergebnissen
gezogen werden, die in 2, 3A und 3B gezeigt sind. Das heißt erstens, wenn
das Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F
gleich oder kleiner als 15,0 ist, dann ist die Erzeugung der Menge an
Rauch etwa Null, und die Erzeugung der Menge an NOx fällt drastisch
ab, wie dies in 2 gesehen werden
kann. Die Tatsache, dass die Erzeugung der Menge an NOx abgefallen
ist, bedeutet, dass die Verbrennungstemperatur in der Verbrennungskammer 5 abgefallen
ist. Folglich, wenn kaum Ruß erzeugt
wird, dann kann daraus geschlossen werden, dass die Verbrennungstemperatur
in der Verbrennungskammer 5 klein ist. Die gleiche Schlussfolgerung
kann aus 3B gezogen
werden. Das heißt,
der Verbrennungsdruck ist in dem in 3B gezeigten
Zustand gering, wo kaum Ruß erzeugt
wird. Daher kann aus diesem Zustand die Schlussfolgerung gezogen werden,
dass die Verbrennungstemperatur der Verbrennungskammer 5 klein
ist.
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Zweitens,
wie in 2 gezeigt, wenn
die Erzeugung der Menge an Rauch, nämlich die Erzeugung der Menge
an Ruß,
etwa zu Null wird, dann steigen die Ausstoßmengen von HC und CO an. Das
bedeutet, dass Kohlenwasserstoff ausgestoßen wird, bevor er zu Ruß wird.
Mit anderen Worten, der lineare Kohlenwasserstoff oder der aromatische
Kohlenwasserstoff, der in dem Kraftstoff enthalten ist, wie in 4 gezeigt, wird thermisch
zersetzt, wenn er auf einen Zustand von Sauerstoffmangel erhitzt
und ein Vorläufer
von Ruß gebildet
wird. Dann wird Ruß erzeugt,
der aus einer festen Phase von Kohlenstoffatomen besteht. In diesem
Fall ist der tatsächliche Prozess,
in dem Ruß erzeugt
wird, kompliziert, und es ist unklar, welchen Zustand der Vorläufer von
Ruß einnimmt.
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In
jedem Fall wächst
der Kohlenwasserstoff, wie in 4 gezeigt, über den
Vorläufer
von Ruß zu Ruß an. Folglich,
wie vorstehend beschrieben, wenn die Erzeugung der Menge an Ruß etwa zu
Null wird, dann steigen die ausgestoßenen Mengen an HC und CO an,
wie in 2 gezeigt. Zu
diesem Zeitpunkt ist HC entweder der Vorläufer von Ruß oder Kohlenwasserstoff in
einem Zustand vor dem Vorläufer
von Ruß.
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Die
oben beschriebenen Studien, die auf den experimentellen Ergebnissen
basieren, die in 2, 3A und 3B gezeigt sind, werden wie folgt zusammengefasst.
Das heißt,
wenn die Verbrennungstemperatur in der Verbrennungskammer 5 gering
ist, dann ist die Erzeugung der Menge an Ruß etwa Null. Zu diesem Zeitpunkt
wird der Vorläufer
von Ruß oder
Kohlenwasserstoff in einen Zustand vor dem Vorläufer von Ruß aus der Verbrennungskammer 5 ausgeschieden.
Als ein Ergebnis von sorgfältigen
Experimenten und Studien bezüglich
dieses Gegenstandes wurde bestimmt, dass der Umwandlungsprozess
von Ruß auf
halbem Wege gestoppt wird, das heißt, es wird in dem Fall kein
Ruß erzeugt,
wenn die Temperatur des Kraftstoffs und der Umgebungsluft in der Verbrennungskammer 5 gleich
oder kleiner ist als eine bestimmte Temperatur. Wenn die Temperatur des
Kraftstoffs oder der Umgebungsluft in der Verbrennungskammer 5 gleich
oder größer als
die bestimmte Temperatur wird, dann wird Ruß erzeugt.
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Die
Temperatur des Kraftstoffs und der Umgebungsluft zu dem Zeitpunkt
des Anhaltens des Prozesses der Erzeugung von Kohlenwasserstoff
in einem Zustand vor dem Vorläufer
von Ruß,
nämlich die
oben genannte bestimmte Temperatur, verändert sich abhängig von
verschiedenen Faktoren, wie zum Beispiel der Typ von Kraftstoff,
das Luft-Kraftstoff-Verhältnis,
das Kompressionsverhältnis
und ähnliches.
Es ist folglich nicht möglich,
einen einzigen konkreten Wert für
die oben genannte bestimmte Temperatur zur Verfügung zu stellen. Die bestimmte Temperatur
befindet sich jedoch in einer engen Beziehung zu der Erzeugung der
Menge an NOx und kann somit auf ein bestimmtes Gebiet begrenzt werden,
das sich aus der Erzeugung der Menge von NOx ableitet. Mit anderen
Worten, je höher
die EGR-Rate wird, desto geringer wird die Temperatur von Kraftstoff
und Umgebungsluft während
der Verbrennung. Je höher
die EGR-Rate wird, desto kleiner wird die Erzeugung der Menge an
NOx. In diesem Fall, wenn die Erzeugung der Menge an NOx etwa 10
ppm oder kleiner wird, wird kaum Ruß erzeugt. Folglich stimmt die
oben genannte bestimmte Temperatur virtuell mit einer Temperatur überein,
bei der die Erzeugung der Menge an NOx etwa 10 ppm oder kleiner
wird.
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Wenn
Ruß erzeugt
wurde, dann kann der Ruß nicht
mit Hilfe einer Nachbehandlung entfernt werden, die einen Katalysator
mit einer Oxidationsfunktion verwendet. Andererseits kann der Vorläufer von
Ruß oder
Kohlenwasserstoff in einem Zustand vor dem Vorläufer von Ruß einfach mit Hilfe einer Nachbehandlung
entfernt werden, die einen Katalysator mit einer Oxidationsfunktion
verwendet. Wenn eine solche Nachbehandlung, die den Katalysator
mit der Oxidationsfunktion verwendet, in Betracht gezogen wird,
dann gibt es einen großen
Unterschied zwischen dem Fall, in dem Kohlenwasserstoff aus der Verbrennungskammer 5 als
der Vorläufer
von Ruß oder
in einem Zustand vor dem Vorläufer
von Ruß ausgestoßen wird,
und dem Fall, in dem Kohlenwasserstoff aus der Verbrennungskammer 5 als
Ruß ausgestoßen wird.
Die wichtigen Merkmale des neuen Verbrennungssystems, das bei der
vorliegenden Erfindung verwendet wird, bestehen darin, dass Kohlenwasserstoff
aus der Verbrennungskammer 5 als der Vorläufer von
Ruß oder
in einem Zustand vor dem Vorläufer
von Ruß ausgestoßen wird,
ohne dass in der Verbrennungskammer 5 Ruß erzeugt
wird, und dass der Kohlenwasserstoff mit Hilfe eines Katalysators
mit einer Oxidationsfunktion oxidiert wird.
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Um
das Umwandeln von Kohlenwasserstoff in dem Zustand vor der Erzeugung
von Ruß (d.
h. als der Vorläufer)
zu stoppen, ist es erforderlich, den Kraftstoff und die Umgebungsluft
in der Verbrennungskammer 5 während der Verbrennung unter
einer Temperatur zu halten, bei der Ruß erzeugt wird. In diesem Fall
wurde bestimmt, dass der endothermische Effekt von Umgebungsgas
zum Zeitpunkt der Kraftstoffverbrennung einen enormen Effekt bei
der Begrenzung der Temperatur von Kraftstoff und Umgebungsgas hat.
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Mit
anderen Worten, wenn sich nur Luft um den Kraftstoff herum befindet,
dann reagiert der verdampfte Kraftstoff unmittelbar mit dem Sauerstoff
in der Luft und brennt. In diesem Fall steigt die Temperatur der
Luft, die sich entfernt von dem Kraftstoff befindet, nicht beträchtlich
an, und lediglich die Luft, die den Kraftstoff umgibt, erreicht
lokal eine sehr hohe Temperatur. Zu diesem Zeitpunkt ist nämlich die
Luft, die sich entfernt von dem Kraftstoff befindet, kaum Gegenstand
des endothermischen Effekts der Verbrennungswärme des Kraftstoffs. In diesem
Fall, da die Verbrennungstemperatur lokal sehr groß wird,
erzeugt der unverbrannter Kohlenwasserstoff, der die Verbrennungswärme erreicht
hat, Ruß.
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Wenn
sich andererseits der Kraftstoff in einer Mischung von einer großen Menge
an inertem Gas und einer kleinen Menge an Umgebungsluft befindet, sind
die Ergebnisse anders. In diesem Fall ist der verdampfte Kraftstoff überall verteilt,
reagiert mit dem Sauerstoff, der in dem inertem Gas vermischt ist,
und verbrennt. In diesem Fall, da das inerte Gas in der Umgebung
Verbrennungswärme
absorbiert, steigt die Verbrennungstemperatur nicht beträchtlich
an. Somit kann die Verbrennungstemperatur auf eine geringe Temperatur
begrenzt werden. Das Vorhandensein von inertem Gas spielt nämlich eine
wichtige Rolle bei der Begrenzung der Verbrennungstemperatur, und
der endothermische Effekt des inerten Gases macht es möglich, die
Verbrennungstemperatur gering zu halten.
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Um
in diesem Fall den Kraftstoff und die Umgebungsluft bei der Temperatur
zu halten, die kleiner ist als eine Temperatur, bei der Ruß erzeugt
wird, ist eine ausreichende Menge an inertem Gas erforderlich, das
Wärme in
einem Ausmaß absorbieren
kann, das ausreichend ist, um einen solchen Zweck zu erreichen.
Wenn folglich die Menge an Kraftstoff ansteigt, dann steigt entsprechend
die geforderte Menge an inertem Gas. Je größer in diesem Fall die spezifische
Wärme des
inerten Gases wird, desto größer wird
dessen endothermischer Effekt. Es ist daher bevorzugt, dass die
spezifische Wärme
des inerten Gases groß ist.
Von diesem Standpunkt, da CO2 und EGR eine
relativ große
spezifische Wärme
haben, ist es bevorzugt, EGR-Gas als das inerte Gas zu verwenden.
-
5 zeigt eine Beziehung zwischen
der EGR-Rate und dem Rauch in dem Fall, wenn EGR-Gas als das inerte
Gas verwendet wird und das Ausmaß der Abkühlung des EGR-Gases verändert wird.
Unter Bezugnahme auf 5 stellt
die Kurve A einen Fall dar, in dem das EGR-Gas bei etwa 90°C gehalten
wird, indem das EGR-Gas intensiv gekühlt wird, Kurve B stellt einen
Fall dar, in dem EGR-Gas durch ein kompaktes Kühlsystem gekühlt wird,
und Kurve C stellt einen Fall dar, in dem EGR-Gas nicht wesentlich
gekühlt
wird.
-
Wie
durch die Kurve A in 5 angegeben, erreicht
in dem Fall, wenn das EGR-Gas intensiv gekühlt wird, die Erzeugung der
Menge an Ruß ihren Spitzenwert,
wenn die EGR-Rate etwas kleiner als 50% ist. Wenn in diesem Fall
die EGR-Rate auf etwa 55% oder mehr eingestellt wird, dann wird
kaum Ruß erzeugt.
-
Andererseits,
wie durch die Kurve B angegeben, erreicht in dem Fall, in dem das
EGR-Gas durch ein kompaktes Kühlsystem
gekühlt
wird, die Erzeugung der Menge an Ruß ihren Spitzenwert, wenn die EGR-Rate
etwas größer als
50% ist. Wenn daher in diesem Fall die EGR-Rate auf etwa 65% oder
mehr eingestellt wird, dann wird kaum Ruß erzeugt.
-
Außerdem,
wie durch die Kurve C in 5 angegeben,
erreicht in dem Fall, wenn das EGR-Gas nicht wesentlich gekühlt wird,
die Erzeugung der Menge an Ruß ihren
Spitzenwert, wenn sich die EGR-Rate in der Nähe von 55% befindet. Wenn in diesem
Fall die EGR-Rate auf etwa 70% oder mehr eingestellt wird, dann
wird kaum Ruß erzeugt.
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5 zeigt eine Erzeugung einer
Menge an Rauch, wenn die Last der Maschine relativ groß ist. Wenn
die Last der Maschine absinkt, dann sinkt die EGR-Rate, bei der
die Erzeugung der Menge an Ruß ihren
Spitzenwert einnimmt, leicht ab, und die untere Grenze der EGR-Rate,
bei der Ruß kaum
erzeugt wird, sinkt ebenfalls leicht. Daher verändert sich die untere Grenze
der EGR-Rate, bei der kaum Ruß erzeugt
wird, abhängig
von dem Ausmaß der
Kühlung des
EGR-Gases oder der Last der Maschine.
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6 zeigt eine Menge der Mischung
an EGR-Gas und Luft sowie ein Verhältnis von Luft zu EGR-Gas in
der Mischung, die erforderlich ist, um den Kraftstoff und die Umgebungsluft
während
der Verbrennung bei einer Temperatur zu halten, die kleiner ist
als eine Temperatur, bei der Ruß erzeugt
wird, und zwar in dem Fall, wo EGR-Gas als inertes Gas verwendet
wird. In 6 stellt die
vertikale Achse die gesamte Einlassgasmenge dar, die in die Verbrennungskammer 5 eingeleitet
wird, und eine abwechselnd lang und kurz gestrichelte Linie Y stellt
eine gesamte Menge an Einlassgas dar, das in die Verbrennungskammer 5 eingeleitet
wird, wenn der Vorverdichter-Betrieb nicht durchgeführt wird.
Außerdem stellt
die horizontale Achse eine Last-Anforderung dar.
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Unter
Bezugnahme auf 6 stellt
das Verhältnis
von Luft, nämlich
die Menge an Luft in der Mischung, ein Menge an Luft dar, die erforderlich
ist, um die Verbrennung des eingespritzten Kraftstoffs vollständig durchzuführen. Das
heißt,
in dem in 6 gezeigten
Fall ist das Verhältnis
der Menge an Luft zu der Menge an eingespritztem Kraftstoff gleich
dem stöchiometrischen
Luft-Kraftstoff-Verhältnis.
Andererseits stellt in 6 das
Verhältnis
von EGR-Gas, nämlich
die Menge von EGR-Gas in der Mischung, eine minimale Menge an EGR-Gas
dar, die erforderlich ist, um den Kraftstoff und das Umgebungsgas
bei einer Temperatur zu halten, die kleiner ist als eine Temperatur,
bei der Ruß gebildet
wird. Die oben genannte Menge an EGR-Gas entspricht einer EGR-Rate
von etwa 55% oder mehr. In dem in 6 gezeigten
Ausführungsbeispiel
ist die EGR-Rate gleich oder größer als
70%. In dem Fall nämlich,
in dem die gesamte Menge an Einlassgas, das in die Verbrennungskammer 5 eingeleitet
wird, durch eine durchgezogene Linie X in 6 dargestellt ist und das Verhältnis der
Menge von Luft zu der Menge an EGR-Gas eingestellt ist, wie in 6 gezeigt, wird die Temperatur
von Kraftstoff und Umgebungsgas kleiner als eine Temperatur, bei
der Ruß erzeugt
wird, und daher entsteht kein Ruß. In diesem Fall beträgt die Erzeugung
der Menge an NOx etwa 10 ppm oder weniger. Folglich ist die Erzeugung
der Menge an NOx sehr gering.
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Wenn
die Menge an eingespritztem Kraftstoff ansteigt, dann steigt auch
die Verbrennungswärme an.
Um daher die Temperatur des Kraftstoffs und des Umgebungsgases kleiner
zu halten als eine Temperatur, bei der Ruß erzeugt wird, ist es erforderlich,
die Menge an Wärme
zu erhöhen,
die durch das EGR-Gas absorbiert wird. Daher muss, wie in 6 gezeigt wird, die Menge
an EGR-Gas erhöht
werden, wenn die Menge an eingespritztem Kraftstoff ansteigt. Mit
anderen Worten, ist es erforderlich, eine Menge an EGR-Gas zu erhöhen, wenn
die Last-Anforderung größer wird.
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In
diesem Fall hier, wenn keine Vorverdichtung durchgeführt wird,
beträgt
die obere Grenze der Menge X des gesamten Einlassgases, das in die
Verbrennungskammer 5 eingeleitet wird, gleich Y. In 6, in einem Gebiet, das
eine Last-Anforderung von
mehr als L0 hat, kann das Luft-Kraftstoff-Verhältnis nicht
bei den stöchiometrischen
Luft-Kraftstoff-Verhältnis gehalten
werden, wenn nicht die EGR-Gas-Rate reduziert wird, wenn die Last-Anforderungen
größer werden.
Mit anderen Worten, in dem Fall, wenn beabsichtigt ist, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis bei
dem stöchiometrischen
Luft-Kraftstoff-Verhältnis in
dem Gebiet beizubehalten, in dem die gewünschte Last größer als
L0 ist, obwohl keine Vorverdichtung durchgeführt wird,
dann wird die EGR-Rate reduziert, wenn die Last-Anforderung groß wird.
Folglich ist es in dem Gebiet mit der gewünschten Last größer als
L0 unmöglich,
die Temperatur des Kraftstoffs und des Umgebungsgases auf dem Wert
zu halten, der kleiner ist als die Temperatur, bei der Ruß erzeugt
wird.
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Wenn
jedoch, wie in 1 gezeigt
wird, das EGR-Gas zurück
in die Einlassseite des Vorverdichters zirkuliert wird, das heißt, über den
EGR-Durchgang 29 in die Lufteinlassleitung 17 des
Abgas-Vorverdichters 15, und zwar in dem Gebiet, in dem
die Last-Anforderung größer als
L0 ist, dann ist es möglich, die EGR-Rate auf dem
Wert zu halten, der gleich oder größer als 55% ist, beispielsweise
70%. Folglich kann die Temperatur des Kraftstoffs und des umgebenden
Gases auf dem Wert gehalten werden, der kleiner ist als die Temperatur,
bei der Ruß erzeugt wird.
Das heißt,
wenn das EGR-Gas so zurück
zirkuliert wird, dass die EGR-Rate in der Lufteinlassleitung 17 beispielsweise
70% wird, dann wird die EGR-Rate des Einlassgases bei dem Druck,
der durch den Kompressor 16 des Abgas-Vorverdichters 15 stark erhöht wird,
ebenfalls 70%. Es ist folglich möglich,
die Temperatur des Kraftstoffs und des Umgebungsgases bei der Temperatur
zu halten, bei der kein Ruß erzeugt
wird, solange es den Kompressor 16 ermöglicht wird, eine Druckerhöhung durchzuführen. Es
ist folglich möglich,
das Betriebsgebiet der Maschine zu erweitern, bei dem eine Niedrigtemperaturverbrennung
stattfinden kann. In dem Fall, wenn die EGR-Rate auf einen Wert
von gleich oder größer als 55%
in dem Gebiet bei der Last-Anforderung von mehr als L0 eingestellt
wird, wird das EGR-Steuerventil 31 vollständig geöffnet, und
die Drosselklappe 20 wird etwas geschlossen. Wie vorstehend
erwähnt, zeigt 6 die Verbrennung von Kraftstoff
bei dem stöchiometrischen
Luft-Kraftstoff-Verhältnis. Auch dann,
wenn die Luftmenge kleiner als die Luftmenge eingestellt wird, die
in 6 gezeigt ist, das
heißt
ein Einstellen des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses hin zur rechten Seite,
ist es möglich,
die Erzeugung der Menge an NOx auf etwa 10 ppm oder weniger zu begrenzen,
während
die Erzeugung von Ruß beschränkt wird.
Außerdem,
auch wenn die Einstellung der Menge an Luft größer ist als die Luftmenge,
die in 6 gezeigt ist,
das heißt,
Einstellen eines Durchschnittswertes des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses
auf einen mageren Wert, der von 17 bis 18 reicht, ist es möglich, die
Erzeugung der Menge an NOx auf etwa 10 ppm oder weniger zu begrenzen,
während
die Erzeugung von Ruß beschränkt wird.
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Wenn
das Luft-Kraftstoff-Verhältnis
fett gemacht wird, dann ist sehr viel Kraftstoff vorhanden. Da jedoch
die Verbrennungstemperatur auf einen geringen Wert begrenzt ist,
wandelt sich der überschüssige Kraftstoff
nicht in Ruß um,
so dass kein Ruß erzeugt
wird. Zu diesem Zeitpunkt wird außerdem lediglich eine sehr
geringe Menge an NOx erzeugt. Im Gegensatz dazu, wenn das durchschnittliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis mager
ist oder wenn sogar das Luft-Kraftstoff-Verhältnis
den stöchiometrischen Wert
erreicht, dann kann bei einer hohen Verbrennungstemperatur bei herkömmlichen
Systemen eine geringe Menge an Ruß erzeugt werden. Da jedoch gemäß der vorliegenden
Erfindung die Verbrennungstemperatur auf einen geringen Wert begrenzt ist,
wird kaum Ruß erzeugt.
Außerdem
wird kaum NOx erzeugt.
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Wie
oben erwähnt,
wenn eine Niedrigtemperaturverbrennung durchgeführt wird, dann wird unabhängig von
dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis kein
Ruß erzeugt.
Das heißt,
unabhängig
davon, ob das Luft-Kraftstoff-Verhältnis fett wird oder das stöchiometrische
Luft-Kraftstoff-Verhältnis
ist oder das Luft-Kraftstoff-Verhältnis mager wird, wird lediglich eine
geringe Menge an NOx erzeugt. Hinsichtlich der Verbesserung des
spezifischen Kraftstoffverbrauchs ist es folglich bevorzugt, das
durchschnittliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis mager einzustellen.
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In
diesem Fall kann der Kraftstoff und das Umgebungsgas in der Verbrennungskammer
während
der Verbrennung gleich oder kleiner als die Temperatur gehalten
werden, bei der das Umwandeln von Kohlenwasserstoff auf halbem Wege
gestoppt wird, aber nur dann, wenn die Last der Maschine relativ
gering ist, das heißt,
wenn der exothermische Wert der Verbrennung klein ist. Gemäß dem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung werden daher dann, wenn die Last der
Maschine relativ klein ist, der Kraftstoff und das Umgebungsgas
während
der Verbrennung bei einer Temperatur gehalten, die kleiner ist als
eine Temperatur, bei der das Umwandeln von Kohlenwasserstoff auf
halbem Wege gestoppt wird, und ein erster Verbrennungsmodus, nämlich die zuvor
beschriebene Niedrigtemperaturverbrennung, wird durchgeführt. Wenn
die Last der Maschine relativ hoch ist, dann wird ein zweiter Verbrennungsmodus,
nämlich
die herkömmlich
Verbrennung, durchgeführt.
Aus der vorstehenden Beschreibung ist offensichtlich, dass dann,
wenn der erste Verbrennungsmodus durchgeführt wird, nämlich die Niedrigtemperaturverbrennung,
die Menge an inertem Gas in der Verbrennungskammer größer ist
als eine Menge an inertem Gas, die der Erzeugung eines Spitzenwertes
von Ruß entspricht,
so dass kaum Ruß erzeugt
wird. Wenn der zweite Verbrennungsmodus durchgeführt wird, nämlich die herkömmliche
Verbrennung, dann ist die Menge an inertem Gas in der Verbrennungskammer
kleiner als die Menge an inertem Gas, die der Erzeugung eines Spitzenwertes
von Ruß entspricht.
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7 zeigt ein Betriebsgebiet
I als ein erstes Betriebsgebiet, in dem der erste Verbrennungsmodus
durchgeführt
wird, nämlich
die Niedrigtemperaturverbrennung, und ein Betriebsgebiet II als
ein zweites Betriebsgebiet, in dem der zweite Verbrennungsmodus
durchgeführt
wird, nämlich
die herkömmliche
Verbrennung. In 7 stellt
die vertikale Achse L ein Ausmaß der
Betätigung
des Gaspedals 50 dar, das heißt, die Last-Anforderung, und
die horizontale Achse N stellt sie Drehzahl der Maschine dar. Außerdem stellt
X(N) eine erste Grenze zwischen dem ersten Betriebsgebiet I und
dem zweiten Betriebsgebiet II dar, und Y(N) stellt eine zweite Grenze zwischen
dem ersten Betriebsgebiet I und dem zweiten Betriebsgebiet II dar.
Basierend auf der ersten Grenze X(N) wird bestimmt, ob ein Übergang
von dem ersten Betriebsgebiet I in das zweite Betriebsgebiet II
erfolgt ist oder nicht. Basierend auf der zweiten Grenze Y(N) wird
bestimmt, ob ein Übergang
von dem zweiten Betriebsgebiet II in das erste Betriebsgebiet I
stattgefunden hat oder nicht.
-
Das
heißt,
wenn der Betriebszustand der Maschine in dem ersten Betriebsgebiet
I und eine Niedrigtemperaturverbrennung durchgeführt wird, wenn die Last-Anforderungen
L die erste Grenze X(N) übersteigen,
die eine Funktion der Drehzahl N der Maschine ist, dann wird bestimmt,
dass ein Übergang
in das zweite Betriebsgebiet II erfolgt ist. Daher wird die normale
Verbrennung durchgeführt.
Dann, wenn die Last-Anforderung L kleiner als die zweite Grenze
Y(N) wird, wird bestimmt, dass ein Übergang in das erste Betriebsgebiet
I durchgeführt
wurde. Daher wird wieder eine Niedrigtemperaturverbrennung durchgeführt.
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Ein
Grund, weshalb die erste Grenze X(N) und die zweite Grenze Y(N),
die mehr in Richtung auf eine untere Lastseite geneigt als die erste
Grenze X(N), vorgesehen sind, besteht darin, dass die Verbrennungstemperatur
an einer hohen Lastseite in dem zweiten Betriebsgebiet II relativ
hoch ist und die Niedrigtemperaturverbrennung nicht sofort unmittelbar
durchgeführt
werden kann, und zwar auch dann nicht, wenn die Last-Anforderung
L kleiner geworden ist als die erste Grenze X(N). Mit anderen Worten, wenn
nicht die Last-Anforderung L unverhältnismäßig klein geworden und unter
die zweite Grenze Y(N) gesunken ist, dann kann die Niedrigtemperaturverbrennung
nicht unmittelbar beginnen. Ein anderer Grund besteht darin, das
eine Hysterese eingestellt ist, um Fluktuationen zwischen dem ersten
Betriebsgebiet I und dem zweiten Betriebsgebiet II zu vermeiden.
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Wenn
sich die Maschine im ersten Betriebsgebiet I befindet und die Niedrigtemperaturverbrennung
durchgeführt
wird, dann wird kaum Ruß erzeugt.
Statt dessen wird unverbrannter Kohlenwasserstoff aus der Verbrennungskammer 5 in
der Form eines Vorläufers
von Ruß oder
in einem Zustand vor dem Vorläufer
von Ruß ausgestoßen. Zu
diesem Zeitpunkt wird der unverbrannte Kohlenwasserstoff, der aus
der Verbrennungskammer 5 ausgestoßen wird, durch den Katalysator 25 ausreichend
oxidiert, der eine Oxidationsfunktion hat.
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Als
Katalysator 25 kann ein Oxidationskatalysator, ein Drei-Wege-Katalysator
oder ein NOx-Absorbierer verwendet werden. Der NOx-Absorbierer hat
die Funktionen des Absorbierens von NOx, wenn das durchschnittliche
Luft-Kraftstoff-Verhältnis
in der Verbrennungskammer 5 mager ist, und stößt das NOx
aus, wenn das durchschnittliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis in
der Verbrennungskammer 5 fett ist.
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Der
NOx-Absorbierer weist einen Träger
auf, zum Beispiel aus Aluminium. An dem Träger ist beispielsweise eines
von zumindest einem Material gehalten, das aus einem Alkalimetall
ausgewählt
ist, wie zum Beispiel Kalium (K), Natrium (Na), Lithium (Li) und
Cäsium
(Cs). Ein Erdalkalimetall, wie zum Beispiel Barium (Ba) und Calcium
(Ca), und seltene Erdmetalle, wie zum Beispiel Lanthan (La) und
Yttrium (Y), sowie ein Edelmetall, wie. zum Beispiel Platin (Pt).
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Der
Oxidationskatalysator, der Drei-Wege-Katalysator und der NOx-Absorbierer
haben ebenfalls die Funktionen der Oxidation. Daher, wie oben beschrieben,
können
der Drei-Wege-Katalysator und der NOx-Absorbierer als Katalysator 25 verwendet
werden.
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8 zeigt die Ausgabe von
dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 27.
Wie in 8 gezeigt, verändert sich
der Ausgangsstrom I von dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 27 entsprechend
dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis
A/F. Daher kann das Luft-Kraftstoff-Verhältnis aus dem Ausgangsstrom
I von dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 27 bestimmt
werden.
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Ein Überblick
der Betriebssteuerung, die in dem ersten Betriebsgebiet I und in
dem zweiten Betriebsgebiet II stattfindet, wird nun unter Bezugnahme
auf 9 beschrieben.
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9 zeigt Veränderungen
in Bezug auf den Öffnungsgrad
der Drosselklappe 20, den Öffnungsgrad des EGR-Steuerventils 31,
die EGR-Rate, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis, die Einspritzzeit und
die Einspritzmenge gemäß den Veränderungen
der Last-Anforderung L. Wie in 9 gezeigt,
nimmt in dem ersten Betriebsgebiet I, wo die Last-Anforderung L
gering ist, wenn die Last-Anforderung L größer wird, der Öffnungsgrad
der Drosselklappe 20 schrittweise zu, und zwar etwa von
einem vollständig
geschlossenen Zustand zu einem Öffnungsgrad
von 2/3. Außerdem,
wenn die Last-Anforderung L größer wird,
dann wird der Öffnungsgrad
des EGR-Steuerventils 31 schrittweise größer, und
zwar etwa von einem vollständig
geschlossenen Zustand bis zu einem vollständig offenen Zustand. Außerdem,
gemäß einem
in 9 gezeigten Beispiel,
beträgt
die EGR-Rate etwa 70% in dem ersten Betriebsgebiet I, und das Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist
relativ mager (ein mageres Luft-Kraftstoff-Verhältnis).
-
Mit
anderen Worten, die Öffnungsgrade
der Drosselklappe 20 und des EGR-Steuerventils 31 werden
so gesteuert, dass die EGR-Rate etwa 70% beträgt und das Luft-Kraftstoff-Verhältnis in
dem ersten Betriebsgebiet I etwas mager ist. Außerdem wird in dem ersten Betriebsgebiet
I eine Kraftstoffeinspritzung durchgeführt, und zwar vor dem oberen
Todpunkt TDC der Kompression. In diesem Fall wird eine Einspritz-Startzeit 8S verzögert, wenn
die Last-Anforderung L größer wird.
Außerdem
wird die Einspritz-Endzeit θE
ebenfalls verzögert,
wenn die Einspritz-Startzeit θS
verzögert
ist.
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Während des
Leerlaufbetriebs wird die Drosselklappe 20 geschlossen,
bis sie fast vollständig
geschlossen ist, und das EGR-Steuerventil 31 wird geschlossen,
bis es fast vollständig
geschlossen ist. Wenn die Drosselklappe 20 geschlossen
wird, bis sie fast vollständig
geschlossen ist, wird der Druck in der Verbrennungskammer 5 zu
Beginn der Kompression gering. Somit wird der Kompressionsdruck
klein. Wenn der Kompressionsdruck klein wird, dann wird die Höhe der Kompressionsarbeit,
die von dem Kolben 4 durchgeführt wird, ebenfalls klein,
so dass die Vibration des Maschinenkörpers 1 vermindert
wird. Mit anderen Worten, um während
eines Leerlaufbetriebs die Vibrationen des Maschinenkörpers 1 zu vermindern,
wird die Drosselklappe 20 geschlossen, bis sie nahezu vollständig geschlossen
ist.
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Andererseits,
wenn die Maschine einen Übergang
von dem ersten Betriebsgebiet I in das zweite Betriebsgebiet II
durchläuft,
dann wird der Öffnungsgrad
der Drosselklappe 20 schrittweise von einem Öffnungsgrad
von 2/3 bis hin zu einem vollständig
geöffneten
Zustand vergrößert. Zu
diesem Zeitpunkt, gemäß dem in 9 gezeigten Beispiel, nimmt
die EGR-Rate schrittweise von etwa 70% auf etwa 40% oder weniger
ab, und das Luft-Kraftstoff-Verhältnis
steigt schrittweise. Das heißt,
da die EGR-Rate durch einen in 5 gezeigten
Bereich läuft,
wo eine große
Menge an Rauch erzeugt wird, wird kurzzeitig eine große Menge
an Rauch erzeugt, wenn die Maschine einen Übergang von dem ersten Betriebsgebiet
I in das zweite Betriebsgebiet II durchläuft.
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In
dem zweiten Betriebsgebiet II wird die herkömmliche Verbrennung durchgeführt. In
dem zweiten Betriebsgebiet II wird, mit Ausnahme von einigen wenigen
Ausnahmebereichen, die Drosselklappe 20 in einem vollständig geöffneten
Zustand gehalten, und der Öffnungsgrad
des EGR-Steuerventils 31 wird schrittweise reduziert, wenn
die Last-Anforderung L größer wird.
In dem zweiten Betriebsgebiet II wird die EGR-Rate kleiner, wenn
die Last-Anforderung L größer wird,
und das Luft-Kraftstoff-Verhältnis
wird kleiner, wenn die Last-Anforderung
L größer wird.
Jedoch bleibt das Luft-Kraftstoff-Verhältnis
mager, und zwar auch dann, wenn die Last-Anforderung L groß wird. Außerdem, liegt die Einspritz-Startzeit θS in der Nähe des oberen
Todpunkts TDC der Kompression.
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10A zeigt ein Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F
in dem ersten Betriebsgebiet I. Unter Bezugnahme auf 10A stellen die Kurven,
die mit A/F = 15,5, A/F = 16, A/F = 17 und A/F = 18 bezeichnet sind,
die Fälle
dar, in denen das Luft-Kraftstoff-Verhältnis 15,5, 16, 17 bzw. 18
beträgt.
Die Luft-Kraftstoff-Verhältnisse
zwischen den jeweiligen Kurven werden mittels einer proportionalen
Verteilung bestimmt. In dem ersten Betriebsgebiet I ist das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis mager.
Wenn die Last-Anforderung L kleiner wird, dann wird das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F
in Richtung auf die magere Seite verschoben.
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Mit
anderen Worten, wenn die Last-Anforderung L kleiner wird, dann sinkt
die Verbrennungstemperatur. Folglich, wenn die Last-Anforderung
L kleiner wird, dann kann die Niedrigtemperaturverbrennung leichter
durchgeführt
werden, und zwar auch dann, wenn die EGR-Rate kleiner geworden ist. Wenn
die EGR-Rate kleiner wird, dann wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis größer. Wenn daher, wie in 10A gezeigt, die Last-Anforderung
L kleiner wird, wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F
größer gemacht.
Je größer das
Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F wird,
desto mehr wird die Rate des Kraftstoffverbrauchs verbessert. Um
daher das Luft-Kraftstoff-Verhältnis in
Richtung der mageren Seite auf den maximal möglichen Wert einzustellen,
wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F
gemäß diesem
Ausführungsbeispiel
größer gemacht,
wenn die Last-Anforderung L kleiner wird.
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In
diesem Fall wird das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F vorläufig in
dem ROM 42 als eine Funktion der Last-Anforderung L und der Drehzahl N der
Maschine in der Form einer Tabelle gespeichert, wie in 10B gezeigt. Außerdem werden
ein Ziel-Öffnungsgrad
ST der Drosselklappe 20 und ein Ziel-Öffnungsgrad SE des EGR-Steuerventils 31,
die erforderlich sind, um das Luft-Kraftstoff-Verhältnis in Richtung
auf das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F einzustellen, wie
in 10A gezeigt, vorläufig in
dem ROM 42 als eine Funktion der Last-Anforderung L und
der Drehzahl N der Maschine in der Form von Tabellen gespeichert,
wie in 11A bzw. 11B gezeigt.
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12A zeigt das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis in
dem zweiten Betriebsgebiet II, das heißt, wenn die herkömmliche Verbrennung
durchgeführt wird.
Unter Bezugnahme auf 12A stellen
die Kurven, die durch A/F = 24, A/F = 35, A/F = 45 und A/F = 60
dargestellt sind, die Fälle
dar, in denen das Luft-Kraftstoff-Verhältnis 24, 35, 45 bzw. 60 beträgt. In diesem
Fall wird das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F vorläufig in
dem ROM 42 als eine Funktion der Last-Anforderung L und der Drehzahl N der
Maschine in der Form einer Tabelle gespeichert, wie in 12B gezeigt. Außerdem werden
ein Ziel-Öffnungsgrad
ST der Drosselklappe 20 und ein Ziel-Öffnungsgrad SE des EGR-Steuerventils 31,
die erforderlich sind, um das Luft-Kraftstoff-Verhältnis in
Richtung auf das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F einzustellen, wie
in 12A gezeigt, vorläufig in
dem ROM 42 als eine Funktion der Last-Anforderung L und
Drehzahl N der Maschine in der Form von Tabellen gespeichert, wie
in 13A bzw. 13B gezeigt.
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Außerdem wird
die Einspritzmenge Q, wenn der zweite Verbrennungsmodus durchgeführt wird, basierend
auf der Last-Anforderung
L und der Drehzahl N der Maschine berechnet. Die Einspritzmenge Q
wird vorläufig
in dem ROM 42 als eine Funktion der Last-Anforderung L
und der Drehzahl N der Maschine in der Form einer Tabelle gespeichert,
wie in 14 gezeigt.
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Als
nächstes
erfolgt eine Erläuterung
bezüglich
der Betriebssteuerung von dem Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme
auf 15 bis 17.
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Als
erstes wird in Schritt 100 ein Zähler C1, der die Anzahl von
lesbaren Daten der Last L zählt, inkrementiert
(C1 ← C1
+ 1). Als nächstes
wird in Schritt 101 eine Last gelesen, die durch den Lastsensor 51 erfasst
wird. Als nächstes
wird in Schritt 102 bestimmt, ob die gelesene Last L größer ist
als die Summe aus der vorher gelesenen Last L0 und einem vorbestimmten
Wert ΔL.
Wenn in Schritt 102 bestimmt wurde, dass L > L0 + ΔL (JA), dann
wird bestimmt, dass sich die Last L verändert hat, und dann geht der
Prozess zu Schritt 104. Wenn andererseits bestimmt wurde,
dass L ≤ L0
+ ΔL, das
heißt
NEIN in Schritt 102, dann geht der Prozess zu Schritt 103.
In Schritt 103 wird bestimmt, ob die gelesene Last kleiner
ist als der Wert, der durch Subtrahieren des vorbestimmten Wertes ΔL von dem
zuvor gelesenen Wert L0 berechnet wird, oder nicht. Wenn in Schritt 103 bestimmt
wurde, das L < L0 – ΔL (JA), dann
wird bestimmt, dass sich die Last L verändert hat, und dann geht der
Prozess zu Schritt 104. Wenn andererseits bestimmt worden
ist, dass L ≥ L0 – ΔL, das heißt NEIN
in Schritt 103, dann wird bestimmt, dass sich die Last
L nicht verändert
hat, und dann geht der Prozess zu Schritt 105.
-
Dann
wird in Schritt 104 ein Zähler C2 inkrementiert (C2 ← C2 + 1).
Der Zähler
C2 zählt
die Anzahl der Daten der Last L, die sich im Vergleich mit der vorhergehenden
Last L0 verändert
haben. In Schritt 105 wird bestimmt, ob C2 gleich oder
größer als
ein vorbestimmter Grenzwert C2T ist oder nicht. Wenn in Schritt 105 bestimmt
wird, dass C2 ≥ C2T (JA),
dann wird bestimmt, dass die Frequenz der Veränderung der Last groß ist, und
dann geht der Prozess zu Schritt 116. Es wird nämlich bestimmt,
dass die Frequenz des Übergangs
zwischen den Verbrennungsmodi, der erste Verbrennungsmodus (Niedrigtemperaturverbrennung)
und der zweite Verbrennungsmodus (herkömmliche Verbrennung) groß ist. In
Schritt 116 wird der zweite Verbrennungsmodus durchgeführt, und
eine Durchführung
der ersten Verbrennung wird verhindert. Wenn in Schritt 105 bestimmt
wird, dass C2 < C2T
(NEIN), dann geht der Prozess zu Schritt 106.
-
In
Schritt 106 wird bestimmt, ob eine Flagge I, die angibt,
dass sich die Maschine in dem ersten Betriebsgebiet I befindet,
gesetzt ist oder nicht. Wenn die Flagge I gesetzt ist, dann geht
der Prozess zu Schritt 107, wo bestimmt wird, ob die Last-Anforderung
L größer als
die erste Grenze X(N) geworden ist oder nicht. Wenn die Beziehung
L ≤ X(N)
erreicht ist, dann geht der Prozess zu Schritt 111, wo
die Niedrigtemperaturverbrennung durchgeführt wird.
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Wenn
in Schritt 107 bestimmt wird, dass L > X(N), dann geht der Prozess zu Schritt 108,
wo die Flagge I zurückgesetzt
wird. Der Prozess geht dann weiter zu Schritt 116, in dem
der zweite Verbrennungsmodus durchgeführt wird.
-
Wenn
andererseits in Schritt 106 bestimmt worden ist, dass die
Flagge I nicht gesetzt ist, dann geht der Prozess zu Schritt 109,
wo bestimmt wird, ob die Last-Anforderung L kleiner als die zweite Grenze
Y(N) geworden ist oder nicht. Wenn die Beziehung L ≥ Y(N) erreicht
ist, dann geht der Prozess weiter zu Schritt 116, wo der
zweite Verbrennungsmodus unter einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis durchgeführt wird.
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Wenn
in Schritt 109 bestimmt wird, dass L < Y(N), dann geht der Prozess zu Schritt 110,
wo die Flagge I gesetzt wird. Der Prozess geht dann weiter zu Schritt 111,
wo der erste Verbrennungsmodus durchgeführt wird.
-
Danach
wird in Schritt 111 ein Ziel-Öffnungsgrad ST der Drosselklappe 20 aus
der in 11A gezeigten
Tabelle berechnet, und der Öffnungsgrad
der Drosselklappe 20 wird auf den so berechneten Öffnungsgrad
ST eingestellt. In Schritt 112 wird ein Ziel-Öffnungsgrad
SE des EGR-Steuerventils 31 aus der in 11B gezeigten Tabelle berechnet, und
der Öffnungsgrad
des EGR-Steuerventils 31 wird auf den so berechneten Ziel-Öffnungsgrad
SE eingestellt. Dann wird in Schritt 113 eine Mengendurchflussrate GA
der Einlassluft (anschließend
einfach als eine Menge an Einlassgas GA bezeichnet) gelesen, die durch
die Mengendurchflussmesseinrichtung 21 erfasst wird, und
danach wird in Schritt 114 das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F
aus der in 10B gezeigten
Tabelle berechnet. Danach wird in Schritt 115 eine Kraftstoffeinspritzmenge
Q eingestellt, die für
das Einstellen des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses auf das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F
erforderlich ist.
-
Wie
vorstehend erläutert,
werden in dem Fall, in dem die Niedrigtemperaturverbrennung durchgeführt wird,
wenn sich die Last-Anforderung L oder die Drehzahl N der Maschine
verändert
haben, der Öffnungsgrad
der Drosselklappe 20 und der Öffnungsgrad des EGR-Steuerventils 31 unmittelbar
so eingestellt, um mit den Ziel-Öffnungsgraden
ST und SE zusammenfallen, die der Last-Anforderung L und der Drehzahl
N der Maschine entsprechen. Wenn folglich beispielsweise die Last-Anforderung
L ansteigt, dann steigt die Menge an Luft in der Verbrennungskammer 5 unmittelbar
an, so dass das durch die Maschine erzeugte Drehmoment unmittelbar
ansteigt.
-
Andererseits,
wenn die Menge der Einlassluft so verändert wird, dass der Öffnungsgrad
der Drosselklappe 20 oder der Öffnungsgrad des EGR-Steuerventils 31 verändert werden,
dann wird die Veränderung
der Menge an Einlassluft GA durch die Mengendurchflussmesseinrichtung 21 erfasst, und
die Kraftstoffeinspritzmenge Q wird auf der Basis der erfassten
Menge an Einlassluft GA gesteuert. Das heißt, die Kraftstoffeinspritzmenge
Q wird verändert,
nachdem sich die Menge an Einlassluft GA tatsächlich verändert hat.
-
In
Schritt 116 wird die Ziel-Kraftstoffeinspritzmenge Q aus
der in 14 gezeigten
Tabelle berechnet, und die Kraftstoffeinspritzmenge wird auf die so
berechnete Ziel-Kraftstoffeinspritzmenge
Q eingestellt. Als nächstes
wird in Schritt 117 der Ziel-Öffnungsgrad ST der Drosselklappe 20 aus
der in 13 gezeigten
Tabelle berechnet. Danach wird in Schritt 118 der Ziel-Öffnungsgrad
des EGR-Steuerventils 31 aus der in 13B gezeigten Tabelle berechnet, und
der Öffnungsgrad
des EGR-Steuerventils 31 wird auf den Ziel-Öffnungsgrad SE eingestellt.
-
Als
nächstes
wird in Schritt 119 die Menge an Einlassluft GA durch die
Mengendurchflussmesseinrichtung 21 gelesen. Als nächstes wird
in Schritt 120 das aktuelle Luft-Kraftstoff-Verhältnis (A/F)R auf der Basis der Kraftstoffeinspritzmenge
Q und der Menge an Einlassluft GA berechnet. Als nächstes wird
in Schritt 121 das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F
aus der in 12B gezeigten
Tabelle berechnet. Als nächstes
wird in Schritt 122 bestimmt, ob das aktuelle Luft-Kraftstoff-Verhältnis (A/F)R größer ist
als das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F
oder nicht. Wenn bestimmt wird, dass (A/F)R > A/F, dann geht der
Prozess zu Schritt 123, wo der Korrekturwert ΔST von dem Öffnungsgrad
der Drosselklappe lediglich um einen vorbestimmten Wert α reduziert
wird, und dann geht der Prozess zu Schritt 125. Im Gegensatz
dazu, wenn die Beziehung (A/F)R ≤ A/F erreicht
ist, dann geht der Prozess zu Schritt 124, in dem der Korrekturwert ΔST lediglich
um einen feststehenden Wert α erhöht wird,
und dann geht der Prozess zu Schritt 125. In Schritt 125 wird
der endgültige
Ziel-Öffnungsgrad
ST durch Addieren des Korrekturwertes ΔST zu dem Ziel-Öffnungsgrad
ST der Drosselklappe 20 berechnet, und der Öffnungsgrad
der Drosselklappe 20 wird auf den endgültigen Ziel-Öffnungsgrad
ST eingestellt. Das heißt,
der Öffnungsgrad
der Drosselklappe 20 wird so gesteuert, dass das aktuelle Luft-Kraftstoff-Verhältnis (A/F)R das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F
wird.
-
Wie
oben erläutert,
wird in dem Fall, wenn der zweite Verbrennungsmodus durchgeführt wird, wenn
die Last-Anforderung
L oder die Drehzahl N der Maschine verändert werden, die Kraftstoffeinspritzmenge
unmittelbar mit der Ziel-Kraftstoffeinspritzmenge Q in Übereinstimmung
gebracht, die der Last-Anforderung L und der Drehzahl N der Maschine
entspricht. Wenn beispielsweise die Last-Anforderung L ansteigt,
dann steigt die Kraftstoffeinspritzmenge unmittelbar so an, dass
das durch die Maschine erzeugte Drehmoment unmittelbar ansteigt.
-
Wenn
andererseits das Luft-Kraftstoff-Verhältnis gegenüber dem Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F
verschoben wird, wenn die Kraftstoffeinspritzmenge Q ansteigt, dann
wird der Öffnungsgrad
der Drosselklappe 20 so gesteuert, dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu
dem Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F
wird. Das heißt,
das Luft-Kraftstoff-Verhältnis wird
verändert,
nachdem sich die Kraftstoffeinspritzmenge Q verändert hat.
-
In
diesem Ausführungsbeispiel
wird während der
Niedrigtemperaturverbrennung die Kraftstoffeinspritzmenge Q durch
einen offenen Regelkreis gesteuert, wobei während des zweiten Verbrennungsmodus
das Luft-Kraftstoff-Verhältnis
durch Veränderung
des Öffnungsgrades
der Drosselklappe 20 gesteuert wird. Die Kraftstoffeinspritzmenge
Q kann jedoch durch eine Rückführsteuerung
basierend auf einem Ausgangssignal von dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 27 gesteuert
werden, wenn die Niedrigtemperaturverbrennung durchgeführt wird.
Wenn andererseits der zweite Verbrennungsmodus durchgeführt wird,
kann das Luft-Kraftstoff-Verhältnis gesteuert
werden, indem der Öffnungsgrad
des EGR-Steuerventils 31 verändert wird.
-
In 26 wird die vorhergehende
Last L0 erneuert (L0 ← L),
die aktuelle Last wird nämlich
durch die vorhergehende Last L0 ersetzt. Danach wird in Schritt 127 der
Zähler
C1 mit dem vorbestimmten Grenzwert C1T verglichen. Wenn die Beziehung
C1 < C1T erreicht
ist, das heißt
NEIN in Schritt 127, dann wird bestimmt, dass die Anzahl
von Daten nicht ausreichend ist, um zu bestimmen, ob die Frequenz
der Veränderung
der Last L hoch ist oder nicht, und dann wird die Routine beendet.
Im Gegensatz dazu, wenn die Beziehung C1 ≥ C1T erreicht ist, das heißt JA in Schritt 127,
dann wird bestimmt, dass die Entscheidung bezüglich der Frequenz der Veränderung
der Last L beendet ist, und dann werden die Zähler C1 und C2 in Schritten 128 bzw. 129 für die nächste Funktion
der Routine zurückgesetzt.
-
In
dem oben genannten Ausführungsbeispiel wird
vorausgesetzt, dass sich ein Betriebszustand der Maschine in dem
Zustand befindet, wo der erste Verbrennungsmodus und der zweite
Verbrennungsmodus häufig
umgeschaltet werden. Wenn sich der Betriebszustand der Maschine
in einem hochfrequenten Zustand befindet, das heißt die Frequenz der
Veränderung
der Last ist hoch, dann wird die Durchführung des ersten Verbrennungsmodus
verhindert. Während
des hochfrequenten Zustandes wird nämlich nur der zweite Verbrennungsmodus durchgeführt. Als
Folge ist es möglich,
eine unerwünschte
Situation zu vermindern, in der die Erzeugung einer Menge an Ruß entsprechend
dem Übergang
zwischen dem ersten Verbrennungsmodus und dem zweiten Verbrennungsmodus
ansteigt.
-
Ein
zweites Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung wird nun beschrieben. Die Struktur des
Ausführungsbeispiels
ist die gleiche wie die des ersten Ausführungsbeispiels, das in 1 gezeigt ist.
-
Eine
Erläuterung
der Betriebssteuerung des Ausführungsbeispiels
erfolgt nun unter Bezugnahme auf 18 bis 20, wobei besonderes Augenmerk
auf Prozessen liegt, die verschieden sind von dem ersten Ausführungsbeispiel.
Anschließend
wird die Beschreibung von Schritten weggelassen, die die gleichen
Bezeichnungen haben wie oben beschrieben.
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In
dem zweiten Ausführungsbeispiel
geht der Prozess in Schritt 105 weiter zu Schritt 1800,
wenn bestimmt wurde, dass C2 ≥ C2T
(JA). In dem Fall, werden das erste Betriebsgebiet I und das zweite
Betriebsgebiet II so eingestellt, wie in 21 gezeigt. Aus einem Vergleich von 7 und 21 wird verstanden, dass das erste Betriebsgebiet
I in diesem Ausführungsbeispiel
verkleinert ist. Daher wird der erste Verbrennungsmodus kaum durchgeführt. Im Gegensatz
dazu, wenn in Schritt 105 NEIN bestimmt wurde, geht der
Prozess weiter zu Schritt 106, und zwar ohne eine Verminderung
des ersten Betriebsgebiets I. In diesem Fall sind das erste Betriebsgebiet
I und das zweite Betriebsgebiet II in 7 statt
in 21 gezeigt.
-
Die
folgenden in 19 und 20 gezeigten Schritte sind
die gleichen wie die Schritte, die in 16 und 17 gezeigt sind, und daher
wird eine Erläuterung
dieser Schritte weggelassen.
-
In
dem zweiten Ausführungsbeispiel
wird bestimmt, ob sich ein Betriebszustand der Maschine in einem
Zustand befindet, in dem häufig
ein Umschalten zwischen dem ersten Verbrennungsmodus und dem zweiten
Verbrennungsmodus stattfindet oder nicht. Wenn sich der Betriebszustand
der Maschine in einem hochfrequenten Zustand befindet, das heißt, die
Frequenz der Veränderung
der Last ist hoch, dann wird das erste Betriebsgebiet I verkleinert,
wo der erste Verbrennungsmodus durchgeführt wird. Der erste Verbrennungsmodus
wird nämlich kaum
durchgeführt,
und dann wird die Anzahl der Häufigkeit
des Umschaltens zwischen dem ersten Modus und dem zweiten Modus
vermindert. Als ein Ergebnis ist es möglich, das Auftreten einer
unerwünschten
Situation zu reduzieren, in der eine Erzeugung einer Menge an Ruß gemäß dem Übergang zwischen
dem ersten Verbrennungsmodus und dem zweiten Verbrennungsmodus ansteigt.
-
Außerdem wird
in den oben genannten Ausführungsbeispielen
die Bestimmung, ob sich die Last L verändert hat oder nicht, in jeder
Routine durchgeführt.
Es ist jedoch auch möglich
zu bestimmen, dass die Frequenz der Veränderung der Last L hoch ist, und
zwar wie folgt. 22 zeigt
eine Grafik von einem Öffnungsgrad
der Drosselklappe als eine Funktion der Zeit. In der Grafik bedeutet
jeder schraffierte Bereich einen absoluten integrierten Wert des Öffnungsgrads
der Drosselklappe. Wenn ein absoluter integrierter Wert oder ein
quadratische integrierter Wert von dem Messwert, beispielsweise
ein Öffnungsgrad
der Drosselklappe, der zwischen t1 und t2 gemessen wird, wie in 22 gezeigt, größer ist
als der vorbestimmte Wert, dann ist es möglich zu bestimmen, dass die
Frequenz der Veränderung
der Last L hoch ist. Als Messwert können auch eine Geschwindigkeit
des Fahrzeugs, eine Drehzahl der Maschine und eine Einspritzmenge
verwendet werden.
-
Ein
drittes Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung wird nun beschrieben. Die Struktur des
Ausführungsbeispiels
ist die gleiche wie in dem ersten Ausführungsbeispiel, das in 1 gezeigt ist.
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Eine
Erläuterung
der Betriebssteuerung des Ausführungsbeispiels
erfolgt unter Bezugnahme der 23 bis 25, die sich im wesentlichen
auf Prozesse beziehen, die verschieden sind von den obigen Ausführungsbeispielen.
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In
dem dritten Ausführungsbeispiel
wird zuerst in Schritt 100' ein
Zähler
C1', der die Anzahl
von lesbaren Daten der Last L und der Drehzahl N der Maschine zählt, inkrementiert
(C1' ← C1' + 1). Danach wird
in Schritt 101 die vom Lastsensor 51 erfasste
Last L gelesen, und in Schritt 2200 wird die Drehzahl N
der Maschine basierend auf einem Ausgabewert des Kurbelwellenwinkelsensors 52 gelesen.
Danach wird in Schritt 2201 bestimmt, ob sich der Betriebszustand
der Maschine in dem dritten Betriebsgebiet III befindet oder nicht,
wie in 26 gezeigt, das
ein Grenzgebiet zwischen dem ersten Betriebsgebiet I und dem zweiten
Betriebsgebiet II ist (und der auch Bereiche des ersten und des
zweiten Betriebsgebiets beinhalten kann). Wenn bestimmt wurde, dass
sich der Betriebszustand der Maschine in dem dritten Gebiet III
befindet, das heißt
JA in Schritt 2201, dann ist bestimmt, dass sich der aktuelle
Betriebszustand der Maschine in dem Gebiet befindet, wo eine Möglichkeit
des Umschaltens zwischen dem ersten Verbrennungsmodus und dem zweiten
Verbrennungsmodus groß ist,
und dann geht der Prozess zu Schritt 104'. Im Gegensatz dazu, wenn in Schritt 2201 NEIN
bestimmt wurde, dann geht der Prozess zu Schritt 105'.
-
In
Schritt 104' wird
dann ein Zähler
C2', der die Höhe der Frequenz
zählt,
wenn sich der Betriebszustand der Maschine in dem dritten Betriebsgebiet III
befindet, inkrementiert (C2' ← C2' + 1). In Schritt 105' wird bestimmt,
ob C2' gleich oder
größer als
der vorbestimmte Grenzwert C2T' ist
oder nicht. Wenn in Schritt 105' bestimmt wird, dass C2' ≥ C2T' (JA), dann wird bestimmt, dass sich
der aktuelle Betriebszustand der Maschine in dem dritten Betriebsgebiet III
befindet, und dann geht der Prozess zu Schritt 116. Es
wurde nämlich
bestimmt, dass die Frequenz des Übergangs
zwischen den Verbrennungsmodi, der erste Verbrennungsmodus (Niedrigtemperaturverbrennung)
und der zweite Verbrennungsmodus (herkömmliche Verbrennung), groß ist. In
Schritt 116 wird der zweite Verbrennungsmodus durchgeführt. Wenn bestimmt
wurde, dass C2' < C2T' (NEIN) ist, dann geht
der Prozess zu Schritt 106.
-
Die
nachfolgende Schritte 106 bis 125, die in 24 gezeigt sind, sind die
gleichen Schritte, wie in 16 gezeigt.
-
Wie
in 25 gezeigt, wird
in Schritt 127' der Zähler C1' mit dem vorbestimmten
Grenzwert C1T' verglichen.
Wenn die Beziehung C1' < C1T' erreicht ist, das
heißt
NEIN in Schritt 127',
dann ist bestimmt, dass die Anzahl von Daten nicht ausreicht, um
zu bestimmen, ob die Frequenz der Häufigkeit, in der sich der Betriebszustand
der Maschine in dem dritten Betriebsgebiet III befindet, ausreicht,
und dann wird die Routine beendet. Im Gegensatz dazu, wenn die Beziehung
C1' ≥ C1T' erreicht ist, dass
heißt
JA in Schritt 127',
dann ist bestimmt, dass die Entscheidung bezüglich der Häufigkeit, in der sich der Betriebszustand
der Maschine in dem dritten Betriebsgebiet III befindet, beendet
ist, und dann werden die Zähler
C1' und C2' in Schritten 128' bzw. 129' für den nächsten Betrieb
der Routine zurückgesetzt.
-
In
dem oben genannten dritten Ausführungsbeispiel
wird bestimmt, ob sich ein Betriebszustand der Maschine in dem Zustand
befindet, in dem ein Umschalten zwischen dem ersten Verbrennungsmodus
und dem zweiten Verbrennungsmodus häufig stattfindet oder nicht.
Wenn der Betriebszustand der Maschine ein hochfrequenter Zustand
ist, das heißt, der
Betriebszustand der Maschine befindet sich oft in dem dritten Betriebsgebiet
III, dann wird die Durchführung
des ersten Verbrennungsmodus verhindert. Es wird nämlich nur
der zweite Verbrennungsmodus durchgeführt, wenn sich der Betriebszustand
der Maschine oft in dem dritten Betriebsgebiet III befindet. Als
ein Ergebnis ist es möglich,
das Auftreten einer unerwünschten
Situation zu vermindern, in der eine Erzeugung von Mengen an Ruß gemäß dem Übergang
zwischen dem ersten Verbrennungsmodus und dem zweiten Verbrennungsmodus
ansteigt.
-
Ein
viertes Ausführungsbeispiel
wird nun beschrieben. Die Struktur des Ausführungsbeispiels ist die gleiche
wie die des ersten Ausführungsbeispiels, das
in 1 gezeigt ist.
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Eine
Erläuterung
bezüglich
der Betriebssteuerung des vierten Ausführungsbeispiels erfolgt unter Bezugnahme
auf 27 bis 29 mit genauer Betrachtung
der Prozesse, die verschieden sind von denen des dritten Ausführungsbeispiels.
-
In
dem vierten Ausführungsbeispiel
geht der Prozess zu Schritt 1800, wenn in Schritt 105' bestimmt wurde,
das C2' ≥ C2T' (JA). In diesem
Fall sind das erste Betriebsgebiet I und das zweite Betriebsgebiet
II so eingestellt, wie in 21 gezeigt. Aus
einem Vergleich von 7 und 21 ist ersichtlich, dass
das erste Betriebsgebiet I in diesem Ausführungsbeispiel verkleinert
ist. Daher wird der erste Verbrennungsmodus kaum durchgeführt. Im Gegensatz
dazu, wenn in Schritt 105 NEIN bestimmt wird, dann geht
der Prozess ohne eine Verkleinerung des ersten Betriebsgebiets I
zu Schritt 106.
-
Die
folgenden in 28 und 29 gezeigten Schritte sind
die gleichen Schritte, wie in 24 und 25 gezeigt, und daher wird
eine Erläuterung
dieser Schritte weggelassen.
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In
dem vierten Ausführungsbeispiel
wird bestimmt, ob sich ein Betriebszustand der Maschine in dem Zustand
befindet, in dem das Umschalten zwischen dem ersten Verbrennungsmodus
und dem zweiten Verbrennungsmodus häufig stattfindet, oder nicht.
Wenn sich der Betriebszustand der Maschine in einem hochfrequenten
Zustand befindet, das heißt,
dass der Betriebszustand der Maschine oft in dem dritten Betriebsgebiet
III ist, dann wird das erste Betriebsgebiet verkleinert, in dem
der erste Verbrennungsmodus durchgeführt wird. Der erste Verbrennungsmodus
wird nämlich
kaum durchgeführt,
und dann ist die Anzahl der Häufigkeit
des Umschaltens zwischen dem ersten Modus und dem zweiten Modus
reduziert. Als ein Ergebnis ist es möglich, das Auftreten einer
unerwünschten
Situation zu reduzieren, in der die Erzeugung einer Menge an Ruß erhöht wird,
und zwar entsprechend dem Übergang
zwischen dem ersten Verbrennungsmodus und dem. zweiten Verbrennungsmodus.
-
Außerdem wird
in dem dritten und vierten Ausführungsbeispiel,
wie oben erläutert,
die Bestimmung des Betriebszustands der Maschine, ob sich nämlich der
Zustand in dem dritten Betriebsgebiet III befindet oder nicht, basierend
auf der Last L und der Drehzahl N der Maschine durchgeführt. Es
ist jedoch auch möglich,
diese Bestimmung basierend auf anderen Parametern durchzuführen, beispielsweise
ein Öffnungsgrad
der Drosselklappe oder die Einspritzmenge.
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Ein
fünftes
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung wird nun beschrieben. Die Struktur des
Ausführungsbeispiels
ist die gleiche wie die des ersten Ausführungsbeispiels, das in 1 gezeigt ist.
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Eine
Erläuterung
der Betriebssteuerung des fünften
Ausführungsbeispiels
erfolgt unter Bezugnahme auf 30 und 31.
-
Zuerst
werden in Schritt 2900 Straßeninformationen gelesen, die
von einem Navigationssystem 70 empfangen werden. Als nächstes wird
in Schritt 2901 bestimmt, ob das Fahrzeug, beispielsweise
auf einer Straße
mit vielen Kurven oder mit einer starken Steigung fährt. Wenn
in Schritt 2901 JA bestimmt wird, dann wird bestimmt, dass
der aktuelle Betriebszustand der Maschine sich in dem Bereich befindet, wo
eine Möglichkeit
des Umschaltens zwischen dem ersten Verbrennungsmodus und dem zweiten
Verbrennungsmodus groß ist,
und dann geht der Prozess zu Schritt 116, wo der zweite
Verbrennungsmodus durchgeführt
wird. Im Gegensatz dazu, wenn in Schritt 2901 NEIN bestimmt
wird, dann geht der Prozess zu Schritt 106.
-
Die
nachfolgenden Schritte 106 bis 125, wie in 30 und 31 gezeigt, sind die gleichen Schritte, wie
in 16 gezeigt. Jedoch
wird in dem Ausführungsbeispiel
die Betriebssteuerungsroutine nach Schritt 115 und 125 beendet.
Der Prozess, der den oben genannten Schritten 127 bis 129 entspricht, wird
nämlich
nicht durchgeführt.
-
Wenn
in dem obigen fünften
Ausführungsbeispiel
das Fahrzeug auf einer Straße
mit vielen Kurven oder einer starken Steigung fährt, dann wird die Durchführung des
ersten Verbrennungsmodus verhindert. Es wird nämlich nur der zweite Verbrennungsmodus
durchgeführt,
wenn das Fahrzeug auf einer solchen Straße fährt. Als Folge ist es möglich, das
Auftreten einer unerwünschten
Situation zu verhindern, in der die Erzeugung einer Menge an Ruß gemäß dem Übergang
zwischen dem ersten Verbrennungsmodus und dem zweiten Verbrennungsmodus
ansteigt.
-
Nun
wird ein sechstes Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung beschrieben. Die Struktur des sechsten Ausführungsbeispiels
ist die gleiche wie in dem ersten Ausführungsbeispiel, das in 1 gezeigt ist.
-
Eine
Erläuterung
der Betriebssteuerung des sechsten Ausführungsbeispiels erfolgt unter
Bezugnahme auf 32 und 36, wobei besonderes Augenmerk auf Prozesse
gerichtet wird, die von dem oben genannten fünften Ausführungsbeispiel verschieden sind.
-
Wenn
in dem sechsten Ausführungsbeispiel in
Schritt 2901 JA bestimmt wird, dann geht der Prozess zu
Schritt 1800. In diesem Fall werden das erste Betriebsgebiet
I und das zweite Betriebsgebiet II so eingestellt, wie in 21 gezeigt. Aus einem Vergleich
von 7 und 21 ist offensichtlich, dass das
erste Betriebsgebiet I in diesem Ausführungsbeispiel verkleinert
ist. Daher wird der erste Verbrennungsmodus kaum durchgeführt. Wenn
im Gegensatz dazu in Schritt 2901 NEIN bestimmt wird, dann geht
der Prozess ohne eine Verkleinerung des ersten Betriebsgebiets I
zu Schritt 106.
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Die
folgenden in 32 und 33 gezeigten Schritte sind
die gleichen wie die Schritte, die in 30 und 31 gezeigt sind, und daher
wird eine Beschreibung dieser Schritte weggelassen.
-
In
dem sechsten Ausführungsbeispiel
wird bestimmt, ob sich ein Betriebszustand der Maschine in dem Zustand
befindet, in dem ein Umschalten zwischen dem ersten Verbrennungsmodus
und dem zweiten Verbrennungsmodus häufig auftritt oder nicht. Wenn
sich der Betriebszustand der Maschine in einem hochfrequenten Zustand
befindet, das heißt,
dass das Fahrzeug auf einer Straße mit vielen Kurven oder einer
starken Steigung fährt,
dann wird das erste Betriebsgebiet I, in dem der erste Verbrennungsmodus
durchgeführt
wird, verkleinert. Der erste Verbrennungsmodus wird nämlich kaum
durchgeführt,
und dann ist die Anzahl der Häufigkeit
des Umschaltens zwischen dem ersten Modus und dem zweiten Modus
reduziert. Als eine Folge ist es möglich, das Auftreten einer
unerwünschten
Situation zu reduzieren, in der die Erzeugung einer Menge an Ruß gemäß dem Übergang
zwischen dem ersten Verbrennungsmodus und dem zweiten Verbrennungsmodus
ansteigt.
-
Außerdem wird
in dem fünften
und sechsten Ausführungsbeispiel,
wie oben erläutert,
die Entscheidung, ob sich der Betriebszustand in dem Zustand befindet,
in dem der erste Verbrennungsmodus und der zweite Verbrennungsmodus
oft umgeschaltet werden, auf Basis der Straßeninformation durchgeführt, die
von dem Navigationssystem 70 empfangen wird. Es ist jedoch
auch möglich
zu bestimmen, dass das Fahrzeug auf einer Straße mit vielen Kurven oder einer
steil nach oben gerichteten Steigung fährt, wenn eine Fahrzeuggeschwindigkeit
oder die Drehzahl der Maschine zufällig ansteigt oder wenn ein Öffnungsgrad
der Drosselklappe oder die Kraftstoffeinspritzmenge groß sind.
-
Außerdem wird
in dem fünften
und sechsten Ausführungsbeispiel,
wie oben erläutert,
die Entscheidung, ob das Fahrzeug auf einer Straße mit vielen Kurven oder einer
steilen Steigung fährt,
auf Basis der Straßeninformation
durchgeführt,
die von dem Navigationssystem 70 empfangen wird. In den
obigen Ausführungsbeispielen
ist es jedoch auch möglich
zu bestimmen, ob sich der Betriebszustand der Maschine in dem dritten
Betriebsgebiet III befindet, wie in 26 gezeigt,
das heißt,
die Grenze zwischen dem ersten Betriebsgebiet I und dem zweiten Betriebsgebiet
II, und zwar basierend auf der Straßeninformation, die von dem
Navigationssystem 70 empfangen wird.
-
Außerdem ist
es in jedem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel möglich, einen
zusätzlichen Schritt
kurz vor Schritt 111 durchzuführen, in dem ein Schiebediagramm
für den
ersten Verbrennungsmodus, wie in 34A gezeigt,
zur Anwendung mit dem automatischen Getriebe 60 ausgewählt wird.
Auf ähnlich
Weise kann kurz vor Schritt 116 ein zusätzlicher Schritt durchgeführt werden,
in dem ein Schiebediagramm für
den zweiten Verbrennungsmodus, wie in 34B gezeigt,
für das
automatische Getriebe 60 angewendet wird.
-
In
den in 34A und 34B gezeigten Schiebediagrammen
zeigt die horizontale Achse die Drehzahl N des Motors, und die vertikale
Achse zeigt die Last L. Jedoch kann die horizontale Achse auch durch
eine Fahrzeuggeschwindigkeit und einen Öffnungsgrad der Drosselklappe
ersetzt werden. Dies ist möglich,
da die hohe Fahrzeuggeschwindigkeit der hohen Drehzahl des Motors
entspricht und ein kleiner Öffnungsgrad
der Drosselklappe einer niedrigen Last der Maschine entspricht.
-
Wie
aus dem Vergleich von 34A mit 34B offensichtlich ist,
sind die nach oben geschobenen Positionen und die nach unten geschobenen
Positionen, die in 34A gezeigt
sind, wo der erste Verbrennungsmodus durchgeführt wird, in Richtung auf die
höhere
Drehzahl und die geringere Lastseite verschoben, im Vergleich mit 34B, wo der zweite Verbrennungsmodus
durchgeführt
wird. Wenn daher der erste Verbrennungsmodus (Niedrigtemperaturverbrennung)
durchgeführt
wird, wird der Verschiebepunkt eingestellt, so dass niedrigere Schaltstufen
einfach gewählt
werden können.
-
Andererseits,
wie in 7 gezeigt, wird
die Durchführung
der Niedrigtemperaturverbrennung begrenzt, das heißt, der
Betriebszustand der Maschine befindet sich in dem ersten Betriebsgebiet
I, wenn es möglich
ist, die Temperatur des Kraftstoffs und der Umgebungsluft auf einem
Wert zu halten, der geringer ist als die Temperatur, bei der Ruß erzeugt
wird. Wenn sich nämlich
der Betriebszustand der Maschine in dem ersten Betriebsgebiet I
befindet, dann sollte die Last der Maschine relativ gering und die
Verbrennungswärme
relativ gering sein. Wie in 35 gezeigt,
wenn Schaltstufe mit hoher Drehzahl in dem ersten Betriebsgebiet
I ausgewählt
ist, dann wird die Drehzahl der Maschine von N2 auf N1 reduziert,
und die Last der Maschine steigt von L2 auf L1, wenn eine Arbeitsbelastung
feststehend ist. Als eine Folge sollte der Betriebszustand der Maschine
in das zweite Betriebsgebiet II geschaltet werden. Die Niedrigtemperaturverbrennung
wird nämlich
nicht länger
durchgeführt.
Im Gegensatz dazu ist es gemäß der vorliegenden
Erfindung möglich,
die Drehzahl N2 der Maschine und die Last L2 der Maschine beizubehalten, da
die niedrigere Schaltstufe leicht absichtlich ausgewählt wird.
Der Betriebszustand der Maschine wird nämlich in dem ersten Betriebsgebiet
gehalten, weshalb die Niedrigtemperaturverbrennung kontinuierlich
durchgeführt
wird.
-
Wie
oben beschrieben, wenn die Niedrigtemperaturverbrennung durchgeführt wird,
wenn das Schiebediagramm verwendet wird, das in 34A und 34B gezeigt
ist, muss die Schiebeposition in Richtung auf eine höhere Drehzahl
der Maschine und auf eine niedrigere Lastseite verschoben werden,
im Vergleich dazu, wenn der zweite Verbrennungsmodus durchgeführt wird.
Wenn folglich eine geforderte Arbeitsbelastung, die das Produkt
ist, das aus der Drehzahl der Maschine und der Last der Maschine berechnet
wird, wenn die Niedrigtemperaturverbrennung durchgeführt wird,
gleich einer geforderten Arbeitsbelastung ist, wenn der zweite Verbrennungsmodus
durchgeführt
wird, dann ist es möglich,
eine geringere Schaltstufe auszuwählen, wenn die Niedrigtemperaturverbrennung
durchgeführt
wird, so dass die Drehzahl der Maschine höher und die Last der Maschine
geringer sein sollte, und zwar im Vergleich zu dem Fall, wenn der
zweite Verbrennungsmodus durchgeführt wird. Das heißt, die
Niedrigtemperaturverbrennung kann unter der Bedingung einer höheren Drehzahl
der Maschine und einer geringeren Last der Maschine durchgeführt werden,
wenn die Arbeitslast gleich ist. Das Gebiet, in dem die Niedrigtemperaturverbrennung
durchgeführt
werden kann, wird nämlich
wesentlich vergrößert. Folglich
ist es möglich,
das Auftreten einer unerwünschten
Situation zu reduzieren, in der eine Erzeugung einer Menge an Ruß gemäß dem Übergang
zwischen dem ersten Verbrennungsmodus und dem zweiten Verbrennungsmodus
ansteigt.
-
In
der obigen Beschreibung werden sowohl der nach oben verschobene
Punkt als auch der nach unten verschobene Punkt in Richtung auf
die hohe Drehzahl der Maschine und auf die Seite der niedrigen Last
verschoben, wie in 34A und 34B gezeigt. Es ist jedoch
nicht immer erforderlich, beide Schiebepositionen zu verschieben.
Es ist nämlich möglich, lediglich
eine Schiebeposition zu verschieben, und zwar abhängig von
der Anforderung.
-
In
dem dargestellten Ausführungsbeispiel
ist die Steuerung (elektronische Steuereinheit 40) der Maschine
als ein programmierter Mehrzweckcomputer implementiert. Für den Fachmann
ist offensichtlich, dass die Steuerung auch unter Verwendung einer
einzelnen integrierten Schaltung für spezielle Zwecke (zum Beispiel
ASIC) mit einem Haupt- oder Zentralprozessorabschnitt für die gesamte
Systempegelsteuerung und separaten Abschnitten implementiert werden
kann, die für
die Durchführung
mehrerer verschiedener spezieller Berechnungen, Funktionen und anderer
Prozesse durch Steuerung des Zentralprozessorabschnitts bestimmt
sind. Die Steuerung kann auch eine Vielzahl von bestimmten separaten
oder programmierbaren integrierten oder anderen elektronischen Schaltungen
oder Vorrichtungen sein (z. B. verdrahtete Elektronik oder logische Schaltungen,
wie zum Beispiel diskrete Bauelement-Schaltungen oder programmierbare
Logikeinrichtungen, wie zum Beispiel PLDs, PLAs, PALs oder ähnliches).
Die Steuerung kann unter Verwendung eines geeigneten programmierbaren
Mehrzweckcomputers implementiert werden, zum Beispiel ein Mikroprozessor,
ein Mikrocontroller oder eine andere Prozessoreinrichtung (CPU oder
MPU), und zwar entweder alleine oder in Verbindung mit einer oder mehreren
Daten- und Signalverarbeitungseinrichtungen (zum Beispiel integrierte
Schaltungen). Allgemein kann irgendeine Einrichtung oder Baugruppe von
Vorrichtungen als die Steuerung verwendet werden, mit denen eine
Maschine mit einer endlichen Anzahl von Zuständen benutzt werden kann, die
in der Lage ist, die in 15–20, 23–25, 27–32 und/oder 33 gezeigten Flussdiagramme zu implementieren.
Für eine
maximale Daten-Signal-Verarbeitungskapazität und Geschwindigkeit kann
eine verteilte Verarbeitungsarchitektur verwendet werden.
-
Ein
System für
eine Brennkraftmaschine ist in der Lage, gleichzeitig Ruß und NOx
zu reduzieren, und verhindert das Entstehen einer unerwünschten Situation,
in der die Erzeugung einer Menge an Ruß entsprechend häufiger Übergänge zwischen
einem ersten Verbrennungsmodus und einem zweiten Verbrennungsmodus
ansteigt. In dem System werden der erste Verbrennungsmodus, bei
dem eine Menge an inertem Gas in die Verbrennungskammer eingeleitet
wird, die größer ist
als eine Menge des inerten Gases, die bewirkt, dass die Erzeugung
einer Menge an Ruß auf
einen Spitzenwert ansteigt, so dass kaum Ruß erzeugt wird, und ein zweiter
Verbrennungsmodus wahlweise durchgeführt, bei dem eine Menge an inertem
Gas, das der Verbrennungskammer zugeführt wird, kleiner ist als die
Menge des inerten Gases, die bewirkt, dass die Erzeugung einer Menge
an Ruß ein
Spitzenwert erreicht. Wenn die Bedingungen so sind, das ein Umschalten
zwischen dem ersten Verbrennungsmodus häufig stattfinden kann, dann wird
die Durchführung
des ersten Verbrennungsmodus gesteuert. Die Frequenz des Umschaltens
kann bestimmt werden, und zwar beispielsweise auf einer Frequenz
der Veränderung
der Maschinenlast, eines Betriebszustands der Maschine oder Straßeninformationen.