-
Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Verbrennungsmotors.
-
Es
ist bekannt, einem Verbrennungsmotor Kraftstoff über ein Kraftstoffsystem mit
Kraftstoffpumpe und Dosierventil zuzuführen.
-
Im
Betrieb schwankt der im Brennraum und Kurbelgehäuse des Verbrennungsmotors
herrschende Druck sehr stark. Der Druck schwankt dabei sowohl innerhalb
eines Zyklus in Abhängigkeit
der Kolbenstellung als auch in Abhängigkeit der Drehzahl und der
Last. Bei Dosierventilen, die den Kraftstoff unter geringem Überdruck
zum Verbrennungsmotor zuführen,
wird die dem Verbrennungsmotor zugeführte Kraftstoffmenge von dem
Druck im Verbrennungsmotor beeinflusst.
-
Um
den Einfluss des schwankenden Drucks auf die dem Verbrennungsmotor
zugeführte
Kraftstoffmenge zu verringern, ist es bekannt, den Druck des Kraftstoffs,
der dem Dosierventil zugeführt
wird, nachzuführen.
Dadurch bleibt die Druck differenz zwischen dem Kraftstoff und dem
Verbrennungsmotor konstant.
-
Insbesondere
bei sehr schnelllaufenden Motoren wie sie beispielsweise in handgeführten Arbeitsgeräten wie
Motorsägen,
Trennschleifern oder dergleichen eingesetzt werden und bei denen
Drehzahlen von erheblich mehr als 10000 Umdrehungen pro Minute erreicht
werden können,
ist ein Nachführen
des Drucks im Kraftstoffsystem nicht oder nur mit unverhältnismäßig großem Aufwand
möglich.
-
Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betrieb
eines Verbrennungsmotors anzugeben, das auch bei schnelllaufenden
Motoren die Zufuhr einer gewünschten
Kraftstoffmenge zum Verbrennungsmotor erlaubt.
-
Diese
Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs
1 gelöst.
-
Dadurch,
dass die Steuerung den Öffnungszeitpunkt
und/oder den Schließzeitpunkt
des Dosierventils unter Berücksichtigung
des tatsächlich
herrschenden Gegendrucks festlegt, kann die zuzuführende Kraftstoffmenge
auf einfache Weise vergleichsweise genau dosiert werden. Am Kraftstoffsystem
müssen
keine Veränderungen
vorgenommen werden. Der Kraftstoff kann mit gegebenem, insbesondere
konstantem Druck zum Dosierventil gefördert werden. Eine Anpassung
des Kraftstoffdrucks an den Kurbelgehäusedruck ist vermieden. Dadurch kann
das Kraftstoffsystem einfach aufgebaut sein. Der gegebene Kraftstoffdruck
stellt sich beispielsweise bei der Förderung des Kraftstoffs von
einer vom schwankenden Kurbelgehäusedruck
angetriebenen Pumpe ein. Dabei können
sich Druckschwankungen beispielsweise dadurch ergeben, dass der
Verbrennungsmotor über
einen langen Zeitraum in Teillast betrieben wird. Auch beim Starten
des Verbrennungsmotors steht kein ausreichender Unterdruck im Kurbelgehäuse zur
Verfügung,
um einen Überdruck des
Kraftstoffs zu erzeugen. Vorteilhaft ist der Kraftstoffdruck jedoch
im Wesentlichen konstant über
alle Betriebszustände.
Dies kann beispielsweise durch entsprechend ausgelegte Druckregler
und Druckspeicher erreicht werden. Ein gesteuertes Nachführen des
Kraftstoffdrucks ist nicht vorgesehen.
-
Das
Dosierventil führt
den Kraftstoff insbesondere in einen Bereich des Verbrennungsmotors zu,
in dem Kurbelgehäusedruck
herrscht. Kurbelgehäusedruck
herrscht in den mit dem Kurbelgehäuse verbundenen Bereichen,
bei einem Zweitaktmotor also auch in den Überströmkanälen. Geringfügige Druckunterschiede
beispielsweise zwischen Kurbelgehäuse und Überströmkanälen können dabei vernachlässigt oder
kompensiert werden. Der Kraftstoffdruck entspricht dabei vorteilhaft
höchstens
dem maximalen Kurbelgehäusedruck.
Insbesondere ist der Kraftstoffdruck kleiner als der maximale Kurbelgehäusedruck.
Dadurch kann zur Förderung
des Kraftstoffs eine vom schwankenden Kurbelgehäusedruck angetriebene Pumpe,
insbesondere eine Membranpumpe, verwendet werden. Der Kraftstoffdruck
entspricht dabei vorteilhaft für
mindestens einen, insbesondere für
alle Betriebszustände
höchstens
dem höchsten
Kurbelgehäusedruck
in diesem Betriebszustand. Der maximale Kurbelgehäusedruck
stellt sich dabei üblicherweise
bei Volllast ein. In anderen Betriebszuständen liegt der höchste Kurbelgehäusedruck
des jeweiligen Betriebszustands unterhalb des maximalen Kurbelgehäusedrucks.
-
Vorteilhaft
führt das
Dosierventil den Kraftstoff in einen Überströmkanal des Verbrennungsmotors
zu. Der Verbrennungsmotor ist dabei insbesondere ein Zweitaktmotor.
Vorteilhaft wird dem Dosierventil Kraftstoff unter einem Druck zugeführt, der
Umgebungsdruck bis etwa 2 bar Überdruck
gegenüber dem
Umgebungsdruck beträgt.
Der Druck beträgt insbesondere
etwa 0,3 bar bis etwa 2 bar Überdruck und
vorteilhaft etwa 0,5 bar bis etwa 1,5 bar Überdruck gegenüber dem
Umgebungsdruck. Es kann zweckmäßig sein,
dass der Kraftstoffdruck Umgebungsdruck bis etwa 0,5 bar Überdruck,
insbesondere etwa 0,05 bar bis etwa 0,3 bar Überdruck gegenüber dem
Umgebungsdruck entspricht. Für
die Zufuhr von Kraftstoff unter einem so geringen Überdruck kann
die Kraftstoffpumpe einfach ausgebildet sein. Auch das Dosierventil
kann einen einfachen Aufbau besitzen. Bei einem Kraftstoffsystem,
das den Kraftstoff mit sehr geringem Überdruck fördert, ist eine Berücksichtigung
des tatsächlich
herrschenden Gegendrucks am Dosierventil zur genauen Kraftstoffdosierung
vorteilhaft, da aufgrund der geringen Druckdifferenz zum Druck im
Inneren des Verbrennungsmotors die Schwankungen des Drucks im Verbrennungsmotor
einen erheblichen Einfluss auf die zugeführte Kraftstoffmenge besitzen.
Bei Dosierventilen, die Kraftstoff unter sehr hohem Druck zuführen, insbesondere
bei Einspritzventilen, ist der Gegendruck dagegen in vielen Fällen vernachlässigbar
klein.
-
Um
eine gute Kraftstoffeinbringung und gleichzeitig einen geringen Überdruck
des Kraftstoffs zu erreichen, ist vor gesehen, dass das Verhältnis des absoluten
Kraftstoffdrucks zum absoluten Kurbelgehäusemitteldruck etwa 1,3 bis
etwa 2,8, insbesondere etwa 1,7 bis etwa 2,2 beträgt. Der
Kurbelgehäusemitteldruck
ist dabei der mittlere Druck über
eine gesamte Umdrehung der Kurbelwelle. Der Kraftstoffdruck und
der Kurbelgehäusemitteldruck
werden als absolute Drücke,
also nicht als Relativdrücke
gegenüber
dem Umgebungsdruck, ins Verhältnis
gesetzt. Der Kraftstoffdruck beträgt damit etwa das 1fache bis etwa
das 3fache des Kurbelgehäusemitteldrucks. Aufgrund
des geringen Kraftstoffdrucks kann die Kraftstoffpumpe einfach ausgebildet
sein.
-
Die
Einbringung des Kraftstoffs in den Überströmkanal soll vorteilhaft so
erfolgen, dass eine Ladungsschichtung im Brennraum ermöglicht wird. Hierzu
wird der Kraftstoff dann in den Überströmkanal eingebracht,
wenn der Druck im Überströmkanal und
damit auch der Druck im Kurbelgehäuse relativ hoch ist. Der Kraftstoff
wird dabei vorteilhaft zugeführt,
während
der Überströmkanal zum
Brennraum geöffnet
ist.
-
Es
kann auch vorgesehen sein, dass das Dosierventil den Kraftstoff
ins Kurbelgehäuse
zuführt. Dabei
ist eine Kraftstoffzufuhr direkt in den Kurbelgehäuseinnenraum
vorgesehen. Im Kurbelgehäuse
erfolgt eine Aufbereitung des eingebrachten Kraftstoffs durch die
bewegten Teile im Kurbelgehäuse.
Dadurch kann der Kraftstoff ins Kurbelgehäuse bei sehr geringem Überdruck
eingebracht werden. Es ist vorgesehen, dass dem Dosierventil Kraftstoff
unter einem Druck zugeführt
wird, der Umgebungsdruck bis etwa 0,5 bar, insbesondere etwa 0,05
bar bis etwa 0,3 bar Überdruck
gegenüber
dem Umgebungsdruck be trägt.
Dieser sehr geringe Überdruck
ist ausreichend, um Kraftstoff ins Kurbelgehäuse einzubringen. Das Verhältnis des
absoluten Kraftstoffdrucks zum absoluten Kurbelgehäusemitteldruck
soll dabei vorteilhaft etwa 0,0 bis etwa 1,7, insbesondere etwa 0,9
bis etwa 1,2 betragen. Der Kraftstoffdruck bleibt dabei vorteilhaft
für alle
Betriebszustände
konstant, während
sich der Kurbelgehäusemitteldruck
je nach Betriebszustand ändert.
-
Im
Verlauf einer Umdrehung der Kurbelwelle schwankt der Kurbelgehäusedruck
sehr stark und kann teilweise oberhalb des Drucks im Kraftstoffsystem
liegen. Bei der Zufuhr des Kraftstoffs unter sehr geringem Überdruck
ist deshalb vorgesehen, nur zu bestimmten Zeiten Kraftstoff zuzuführen. Im
Leerlauf müssen
nur geringe Kraftstoffmengen zugeführt werden. Um eine ausreichend
genaue Dosierung zu ermöglichen,
ist vorgesehen, dass der Kraftstoff im Leerlauf zu einem Zeitpunkt
zugeführt
wird, zu dem im Kurbelgehäuse
ein Druck herrscht, der zwischen Umgebungsdruck und etwa 0,3 bar
Unterdruck, insbesondere zwischen Umgebungsdruck und etwa 0,1 bar
Unterdruck gegenüber
dem Umgebungsdruck beträgt.
Dies ist üblicherweise
kurz nach dem unteren Totpunkt des Kolbens gegeben. Der Kurbelgehäusedruck
ist in diesem Bereich annähernd
konstant und liegt nur geringfügig
unterhalb des Umgebungsdrucks. Der gleichmäßige, annähernd konstante Druck im Kurbelgehäuse bewirkt
eine konstante Druckdifferenz zwischen dem Druck im Kraftstoffsystem
und dem Kurbelgehäusedruck.
Die Zeit, während
der Kraftstoff zugeführt
wird, ist in diesem Bereich deshalb etwa proportional zur zugeführten Kraftstoffmenge.
Dies ermöglicht
auf einfache Weise eine genaue Dosierung von Kraftstoff. Der Druckunterschied
zwischen dem Kurbelgehäusedruck
und dem Druck im Kraftstoffsystem ist vergleichsweise klein. Auch
für die
Zufuhr einer geringen Menge von Kraftstoff wird deshalb eine vergleichsweise
lange Zeit benötigt.
Bei der Zufuhr von Kraftstoff über
ein Dosierventil reagiert das Ventil mit gewissen zeitlichen Toleranzen,
die bei sehr kurzen Schaltzeiten des Ventils zu vergleichsweise
großen
Abweichungen der tatsächlich
zugeführten
Kraftstoffmenge von der zuzuführenden
Kraftstoffmenge resultieren. Dies kann durch die vergleichsweise
lange benötigte
Zeitdauer zum Einbringen von Kraftstoff bei geringem Unterdruck
im Kurbelgehäuse
vermieden werden, so dass sich eine genaue Dosierung von Kraftstoff
auf einfache Weise erreichen lässt.
-
Bei
Volllast muss dem Verbrennungsmotor eine große Menge von Kraftstoff zugeführt werden. Um
diese Kraftstoffmenge zuführen
zu können,
ist vorgesehen, dass der Kraftstoff bei Volllast zu einem Zeitpunkt
zugeführt
wird, zu dem der Druck im Kurbelgehäuse unterhalb des Kraftstoffdrucks
liegt. Der Kurbelgehäusedruck
soll dabei möglichst
gering sein, so dass sich eine große Druckdifferenz zum Druck
im Kraftstoffsystem ergibt. Es ist vorgesehen, dass das Dosierventil
frühestens
dann öffnet,
wenn der Kurbelgehäusedruck
unter den Druck des Kraftstoffs abgesunken ist. Dadurch kann vermieden
werden, dass Luft aus dem Ansaugkanal ins Kraftstoffsystem gelangt.
Das Dosierventil wird spätestens dann
geschlossen, wenn der Kurbelgehäusedruck wieder
auf den Wert des Drucks im Kraftstoffsystem angestiegen ist.
-
Zweckmäßig wird
der an der Austrittsöffnung herrschende
Gegendruck von einem Drucksensor gemessen, der im Austrittsraum
angeordnet ist. Der Austrittsraum umfasst dabei alle Bereiche, die
mit der Austrittsöffnung
fluidisch verbunden sind und in denen damit etwa der an der Austrittsöffnung herrschende
Druck herrscht. Der Austrittsraum steht dabei während der Dosierung von Kraftstoff
mit der Austrittsöffnung
in Verbindung. Es kann vorgesehen sein, dass der gemessene Gegendruck
direkt berücksichtigt
wird. Über
den gemessenen Gegendruck passt die Steuerung Öffnungszeitpunkt und/oder Schließzeitpunkt
des Dosierventils an. Es kann auch vorgesehen sein, dass der Gegendruck über die
Berücksichtigung
der Last berücksichtigt
wird. Die Last hat einen erheblichen Einfluss auf den Druck im Kurbelgehäuse, so
dass es für
die Anpassung von Öffnungszeitpunkt
und/oder Schließzeitpunkt
des Dosierventils ausreichend sein kann, die Last zu berücksichtigen.
Als lastabhängiger
Parameter wird vorteilhaft der Kurbelgehäusedruck erfasst. Es kann vorteilhaft
sein, über
den Kurbelgehäusedruck
zunächst
die Last zu erfassen und die Last bei der Ermittlung von Öffnungszeitpunkt
und/oder Schließzeitpunkt
des Dosierventils zu berücksichtigen,
anstatt den Kurbelgehäusedruck
als Gegendruck direkt zur Anpassung von Öffnungszeitpunkt und Schließzeitpunkt
heranzuziehen. Dies ist davon abhängig, ob sich die Zusammenhänge als
einfache Algorithmen oder Kennfelder darstellen lassen oder ob beispielsweise
bei der direkten Berücksichtigung
des Kurbelgehäusedrucks
aufwendige Berechungen notwendig sind.
-
Als
lastabhängiger
Parameter wird insbesondere der Kurbelgehäusedruck erfasst. Es kann jedoch
auch vorgesehen sein, dass als lastabhängiger Parameter die Stellung
eines in einem Ansaugkanal des Verbrennungsmotors angeordneten Drosselelements
erfasst wird. Der Ansaugkanal führt
dem Verbrennungsmotor Verbrennungsluft zu. Über die Stellung eines im Ansaugkanal
angeordneten Drosselelements ist ein Rückschluss auf die Last des
Verbrennungsmotors möglich.
Bei vollständig
geöffnetem Drosselelement
läuft der
Motor unter Volllast, während
bei teilweise oder vollständig
geschlossenem Drosselelement Teillastbetrieb bzw. Leerlaufbetrieb gegeben
ist. Zweckmäßig besitzt
das Drosselelement eine drehfest mit dem Drosselelement verbundene
Drosselwelle und die Stellung des Drosselelements wird von einem
Drosselwellensensor gemessen, der die Drehstellung der Drosselwelle
erfasst. Auf diese Weise kann die Last einfach bestimmt werden.
-
Es
kann auch vorgesehen sein, dass als lastabhängiger Parameter der Druck
in einem Ansaugkanal des Verbrennungsmotors erfasst wird. Der Druck
wird dabei insbesondere stromab eines im Ansaugkanal angeordneten
Drosselelements erfasst. Auch so ist auf einfache Weise eine Lastermittlung möglich.
-
Es
kann auch vorgesehen sein, dass der Gegendruck über die Berücksichtigung der Motordrehzahl
berücksichtigt
wird. Auch die Drehzahl des Verbrennungsmotors besitzt einen Einfluss
auf den Druck im Kurbelgehäuse
und damit auf den Gegendruck an der Austrittsöffnung des Dosierventils. Die Drehzahl
wird vorteilhaft über
einen Generator ermittelt, der an der Kurbelwelle angeordnet ist.
Der Generator kann gleichzeitig zur Erzeugung von Strom für weitere
elektrische Verbraucher, insbesondere auch zur Stromversorgung der
Steuerung, dienen. Vorteilhaft wird sowohl die Last als auch die
Drehzahl bei der Berücksichtigung
des Gegendrucks berücksichtigt.
-
Es
ist vorgesehen, dass die Steuerung den Öffnungszeitpunkt und den Schließzeitpunkt
in Abhängigkeit
der zuzuführenden
Kraftstoffmenge festlegt und dass die zuzuführende Kraftstoffmenge für jeden
Zyklus des Verbrennungsmotors ermittelt wird. Dadurch, dass die
zuzuführende
Kraftstoffmenge zyklusgenau ermittelt wird, ergibt sich ein sehr
gutes Laufverhalten des Verbrennungsmotors. Es ist eine schnelle
Anpassung an geänderte
Bedingungen möglich,
so dass der Verbrennungsmotor schnell reagiert.
-
Vorteilhaft
werden Öffnungs-
und Schließzeitpunkt
des Dosierventils in Abhängigkeit
der zuzuführenden
Kraftstoffmenge über
einen Referenzgegendruck ermittelt und mindestens einer der Zeitpunkte,
also Öffnungszeitpunkt
und/oder Schließzeitpunkt,
in Abhängigkeit
eines Parameters, der den Gegendruck an der Austrittsöffnung berücksichtigt, korrigiert.
Dadurch, dass Öffnungs-
und Schließzeitpunkt
des Dosierventils zunächst
ermittelt und anschließend
korrigiert werden, können
sowohl die Ermittlung als auch die Korrektur der Zeitpunkte vergleichsweise
einfach und damit sehr schnell erfolgen. Die Korrektur erfolgt dabei
vorteilhaft über
ein Kennfeld. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass die Korrektur über eine
Berechnung erfolgt. Es kann auch vorgesehen sein, dass die benötigte Kraftstoffmenge
und mindestens ein Parameter, der den Gegendruck an der Austrittsöffnung berücksichtigt,
ermittelt werden und Öffnungszeitpunkt
und Schließzeitpunkt
anhand der Kraftstoffmenge und des Parameters festgelegt werden.
Eine Fest legung von Öffnungszeitpunkt
und Schließzeitpunkt
für einen
Referenzgegendruck ist in diesem Fall nicht vorgesehen, vielmehr
werden Öffnungszeitpunkt
und Schließzeitpunkt
direkt aus Kraftstoffmenge und Parameter festgelegt. Die Festlegung
von Öffnungszeitpunkt
und Schließzeitpunkt
kann dadurch genauer erfolgen als bei der Korrektur zuvor festgelegter
Zeitpunkte. Öffnungszeitpunkt
und Schließzeitpunkt
können
anhand der Kraftstoffmenge und des Parameters über ein Kennfeld festgelegt
oder berechnet werden.
-
Ein
eigenständiger
erfinderischer Gedanke betrifft die dem Verbrennungsmotor zuzuführende Kraftstoffmenge.
Vorteilhaft wird dem Verbrennungsmotor pro Hub des Kolbens bezogen
auf die Leistung des Verbrennungsmotors bei Vollast zwischen 0,0006
g und 0,0015 g Kraftstoff je Kilowatt zugeführt. Es ist vorgesehen, dass
dem Verbrennungsmotor bei Vollast zwischen 0,025 g und 0,06 g Kraftstoff pro
Zyklus des Verbrennungsmotors und pro Liter Hubraum zugeführt werden.
Insbesondere beträgt die
dem Verbrennungsmotor im Leerlauf zugeführte Kraftstoffmenge pro Zyklus
etwa ein Drittel bis ein Viertel der Kraftstoffmenge, die dem Verbrennungsmotor
bei Nenndrehzahl pro Zyklus zugeführt wird. Dadurch wird ein
stabiles Laufverhalten des Verbrennungsmotors erreicht. Gleichzeitig
können
gute Abgaswerte erzielt werden.
-
Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden im Folgenden anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:
-
1 eine
schematische, teilgeschnittene, perspektivische Ansicht eines Verbrennungsmotors,
-
2 bis 4 Diagramme
des Druckverlaufs im Kurbelgehäuse
des Verbrennungsmotors über
eine Umdrehung der Kurbelwelle,
-
5 und 6 schematische
Ablaufdiagramme für
Verfahren zum Betrieb eines Verbrennungsmotors,
-
7 eine
schematische Darstellung eines Kennfelds zur Ermittlung des Öffnungszeitpunkts
eines Ventils im Abhängigkeit
von Last und Drehzahl,
-
8 eine
schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Verbrennungsmotors,
-
9 und 10 Diagramme
des Druckverlaufs im Kurbelgehäuse
des Verbrennungsmotors und der Öffnungs-
und Schließzeit
des Dosierventils über
eine Umdrehung der Kurbelwelle.
-
Der
in 1 gezeigte Verbrennungsmotor 1 ist als
Einzylinder-Zweitaktmotor ausgebildet und dient zum Antrieb eines
Werkzeugs in einem handgeführten
Arbeitsgerät
wie einer Motorsäge,
einem Trennschleifer, einem Freischneider oder dergleichen. Das
erfindungsgemäße Verfahren
ist auch bei anderen Motoren anwendbar. Der Verbrennungsmotor 1 besitzt
einen Zylinder 2, in dem ein Brennraum 3 ausgebildet
ist. Der Brennraum 3 ist von einem Kolben 5 begrenzt.
Der Kolben 5 ist im Zylinder 2 hin- und hergehend
gelagert und treibt über
ein Pleuel 6 eine in einem Kurbelgehäuse 4 drehbar gelagerte Kurbelwelle 7 an.
Ins Kurbelgehäuse 4 führt ein
vom Kolben 5 schlitzgesteuerter Ansaugkanal 12.
Im Ansaugkanal 12 ist eine Drosselklappe 13 mit
einer Drosselwelle 14 schwenkbar gelagert. Zur Betätigung der
Drosselklappe 13 ist drehfest auf der Drosselwelle 14 ein
Drosselhebel 15 angeordnet, an dem ein in 1 nicht
gezeigter Gaszug angreifen kann. An der dem Drosselhebel 15 gegenüberliegenden Seite
ist an der Drosselwelle 14 ein Drosselwellensensor 16 angeordnet,
der beispielsweise als Potentiometer ausgebildet sein kann. Der
Drosselwellensensor 16 ermittelt die Drehlage der Drosselwelle 14 und
damit die Stellung der Drosselklappe 13. Der Verbrennungsmotor 1 besitzt
eine Steuerung 28, mit der der Drosselwellensensor 16 verbunden
ist. Der Ansaugkanal 12 mündet mit einem Einlass 8 am
Zylinder 2. Aus dem Brennraum 3 führt ein
Auslass 9, der etwa gegenüberliegend zum Einlass 8 am
Umfang des Zylinders 2 angeordnet ist.
-
Im
Bereich des in 1 gezeigten unteren Totpunkt
des Kolbens 5 ist das Kurbelgehäuse 4 über auslassnahe Überströmkanäle 11 und
einlassnahe Überströmkanäle 10 mit
dem Brennraum 3 verbunden. Es sind zwei einlassnahe Überströmkanäle 10 und
zwei auslassnahe Überströmkanäle 11 vorgesehen,
von denen in 1 jeweils einer gezeigt ist.
Die nicht gezeigten Überströmkanäle 10, 11 sind
in 1 vor der den Auslass 9 teilenden Schnittebene
angeordnet.
-
Zur
Zufuhr von Kraftstoff besitzt der Verbrennungsmotor 1 ein
Kraftstoffsystem 29, das einen Kraftstofftank 20,
eine Kraftstoffpumpe 19, eine Kraftstoffleitung 18 und
ein Dosierventil 17 umfasst. Die Kraftstoffpumpe 19 fördert Kraftstoff
aus dem Kraftstofftank 20 über die Kraftstoffleitung 18 zum
Dosierventil 17. Die Kraftstoffpumpe 19 fördert den
Kraftstoff unter einem konstanten Druck zum Dosierventil 17.
Um einen konstanten Druck am Dosierventil sicherzustellen, kann
ein Druckbegrenzungsventil in der Kraftstoffleitung 18 angeordnet
sein. Das Dosierventil 17 ist an einem einlassnahen Überströmkanal 10 angeordnet
und mündet
mit einer Austrittsöffnung 37 in
den einlassnahen Überströmkanal 10.
Das Dosierventil 17 ist mit der Steuerung 28 verbunden.
Die Steuerung 28 steuert das Öffnen und Schließen der Austrittsöffnung 37 des
Dosierventils 17. Das Dosierventil 17 kann insbesondere
ein elektromagnetisches Ventil sein.
-
Am
Kurbelgehäuse 4 sind
ein Drucksensor 21 und ein Temperatursensor 22 angeordnet.
Der Drucksensor 21 misst den Druck pKGH und
die Temperatur im Kurbelgehäuse 4.
Auch der Drucksensor 21 und der Temperatursensor 22 sind
mit der Steuerung 28 verbunden.
-
Zusätzlich oder
alternativ zu dem Drucksensor 21 ist ein Drucksensor 21' vorgesehen,
der den Druck pA im Ansaugkanal 12 stromab
der Drosselklappe 13 misst. Auch der Drucksensor 21' ist mit der Steuerung 28 verbunden.
-
Außerhalb
des Kurbelgehäuses 4 ist
auf der Kurbelwelle 7 ein Generator 23 angeordnet,
der aufgrund der Drehung der Kurbel welle 7 Strom erzeugt. Gleichzeitig
liefert der Generator 23 ein Signal, aus dem sich die Drehzahl
n und die Position der Kurbelwelle 7 ermitteln läßt. Der
Generator 23 wird von einem auf der Kurbelwelle 7 angeordneten
Lüfterrad 24 übergriffen.
Am Umfang des Lüfterrads 24 sind
Polschuhe 26 angeordnet, die das Magnetfeld eines am Lüfterrad 24 angeordneten
Dauermagneten zum Umfang des Lüfterrads
leiten. Am Umfang des Lüfterrads 24 ist
ein Zündmodul 25 angeordnet,
in dem bei Drehung des Lüfterrads 24 aufgrund
des Magneten eine Spannung induziert wird. Diese Spannung liefert die
Zündspannung.
In den Brennraum 3 des Verbrennungsmotors 1 ragt
eine Zündkerze 27.
Das Zündmodul 25 kann
direkt mit der Zündkerze 27 verbunden
sein. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass das Zündmodul 25 und
die Zündkerze 27 mit der
Steuerung 28 verbunden sind. Die Spannungsversorgung der
Zündkerze 27 kann
auch über
den Generator 23 erfolgen. Der Generator 23 ist
mit der Steuerung 28 verbunden, die das Generatorsignal auswertet
und die Drehzahl n des Verbrennungsmotors 1 und die Position
der Kurbelwelle 7 ermittelt. Dabei kann die Position der
Kurbelwelle 7 einmal oder mehrmals je Umdrehung der Kurbelwelle 7 ermittelt
werden.
-
Im
Betrieb des Verbrennungsmotors 1 wird im Aufwärtshub des
Kolbens 5 Verbrennungsluft über den Ansaugkanal 12 durch
den Einlass 8 ins Kurbelgehäuse 4 angesaugt. Beim
Abwärtshub
des Kolbens 5 wird die Verbrennungsluft im Kurbelgehäuse 4 verdichtet.
Sobald der abwärtsfahrende
Kolben 5 die Überströmkanäle 10 und 11 zum
Brennraum 3 hin öffnet,
strömt
die Verbrennungsluft aus dem Kurbelgehäuse 4 in den Brennraum 3 über. Das
Dosierventil 17 führt
der Verbrennungsluft Kraft stoff zu. Das entstehende Kraftstoff/Luft-Gemisch
wird im Brennraum 3 vom aufwärtsfahrenden Kolben 5 verdichtet
und im Bereich des oberen Totpunkts von der Zündkerze 27 gezündet. Durch
die Verbrennung wird der Kolben 5 abwärts zum Kurbelgehäuse 4 beschleunigt.
Sobald der Auslass 9 öffnet,
entweichen Abgase aus dem Brennraum 3. Sobald die Überströmkanäle 10 und 11 zum
Brennraum 3 öffnen,
werden die restlichen im Brennraum 3 vorhandenen Abgase
von der über
die Überströmkanäle 10, 11 in
den Brennraum 3 nachströmenden
Verbrennungsluft ausgespült.
-
Die
Kraftstoffpumpe 19 fördert
zum Dosierventil 17 Kraftstoff unter einem konstanten Druck
p0. Je nach Bauart der Kraftstofffördereinrichtung
können
sich für
unterschiedliche Betriebszustände
auch unterschiedliche Kraftstoffdrücke p0 einstellen.
Vorteilhaft wird der Kraftstoffdruck durch entsprechende Regeleinrichtungen
und Steuereinrichtungen weitgehend konstant gehalten. Ein Nachführen des
Kraftstoffdrucks p0 in Abhängigkeit
des an der Austrittsöffnung 37 herrschenden
Drucks ist nicht vorgesehen. Der Druck p0 beträgt vorteilhaft
Umgebungsdruck bis etwa 2 bar Überdruck
gegenüber
der Umgebung. Insbesondere beträgt
der Überdruck
etwa 0,3 bar bis etwa 2 bar und vorteilhaft etwa 0,5 bar bis etwa
1,5 bar gegenüber
dem Umgebungsdruck. Als besonders vorteilhaft wird ein Druck p0 von etwa 1 bar Überdruck gegenüber dem
Umgebungsdruck angesehen. Es kann jedoch auch ein Kraftstoffdruck
p0' vorgesehen
sein, der maximal dem maximalen Kurgehäusedruck pmax entspricht
und der insbesondere kleiner als der maximale Kurbelgehäusedruck
pmax ist. Dies ist in 3 gezeigt.
An der Austrittsöffnung 37 des
Dosierventils 17 herrscht aufgrund der Bewegung des Kolbens 5 und
aufgrund unterschiedlicher Lastzustände ein stark schwankender
Druck. Der Druck an der Austrittsöffnung 37 entspricht
dem Druck im Kurbelgehäuse 4,
da der Überströmkanal 10 mit
dem Kurbelgehäuse 4 verbunden
ist. Der Druck an der Austrittsöffnung 37 entspricht
dem Druck, der in dem mit der Austrittsöffnung 37 verbundenen
Austrittsraum, im Ausführungsbeispiel
also in den Überströmkanälen 10 und 11 und
im Kurbelgehäuse 4,
herrscht. Der Austrittsraum ist insbesondere der Raum, der während der
Dosierung von Kraftstoff mit der Austrittsöffnung 37 verbunden
ist.
-
In 2 ist
der Kurbelgehäusedruck
pKGH über
eine Umdrehung der Kurbelwelle 7 als Überdruck gegenüber dem
Umgebungsdruck angegeben. Die Stellung der Kurbelwelle 7 ist
dabei als Kurbelwellenwinkel α angegeben.
Die Kurve 30 kennzeichnet den Relativdruck im Kurbelgehäuse 4 gegenüber dem
Umgebungsdruck bei Volllast und die Kurve 31 den Relativdruck
bei niedriger Teillast. Wie die 2 zeigt,
schwankt der Kurbelgehäusedruck
pKGH über eine
Umdrehung der Kurbelwelle 7 sehr stark und kann höher oder
niedriger als der Umgebungsdruck sein. Der Kurbelwellenwinkel α von 180° kennzeichnet
den unteren Totpunkt UT des Kolbens 5 und ein Kurbelwellenwinkel α von 360° bzw. 0° den oberen Totpunkt
OT des Kolbens 5. Der Zeitpunkt ÜÖ kennzeichnet das Öffnen der Überströmkanäle 10 und 11 in
den Brennraum 3 und der Zeitpunkt ÜS das Schließen der Überströmkanäle 10, 11 durch
den Kolben 5. Der Druck p0 kennzeichnet
den Druck des Kraftstoffs, der aus der Austrittsöffnung 37 in den Überströmkanal 10 übertritt.
Der Druck p0 ist konstant und beträgt im Ausführungsbeispiel
1 bar. In 2 ist außerdem der Kurbelgehäusemitteldruck
pM, also der mittlere Druck im Kurbelgehäuse 4 über einen
Zyklus des Verbrennungsmotors 1 exemplarisch für den in
der Kurve 30 gezeigten Druckverlauf bei Volllast angegeben.
Der Kraftstoffdruck p0 ist dabei so gewählt, dass der
als Absolutdruck angegebene Kraftstoffdruck p0 bezogen
auf den als Absolutdruck angegebenen Kurbelgehäusemitteldruck pM etwa
1,3 bis etwa 2,8, insbesondere etwa 1,7 bis etwa 2,2 beträgt. Der
Kraftstoffdruck p0 ist dabei vorteilhaft über alle
Betriebszustände
konstant, während
sich der Kurbelgehäusemitteldruck
pM je nach Betriebszustand ändert. Das sich
ergebende Verhältnis
aus absolutem Kraftstoffdruck zu absolutem Kurbelgehäusemitteldruck
soll für
alle Betriebszustände
im angegebenen Wertebereich liegen. Vorteilhaft entspricht der Kraftstoffdruck p0' höchstens
etwa dem in 4 gezeigten maximalen Kurbelgehäusedruck
pmax. Der maximale Kurbelgehäusedruck
pmax stellt sich dabei beim Öffnen der Überströmkanäle 10, 11 zum
Zeitpunkt ÜÖ ein. Der maximale
Kurbelgehäusedruck
pmax kennzeichnet insbesondere den größten sich
im Kurbelgehäuse 4 einstellenden
Druck über
alle Betriebszustände
des Verbrennungsmotors 1.
-
Im
Betrieb bestimmt die Steuerung 28 des Verbrennungsmotors 1 für jeden
Zyklus des Verbrennungsmotors 1 die zuzuführende Kraftstoffmenge. Der
Begriff Zyklus bezieht sich bei einem Zweitaktmotor auf eine Umdrehung
der Kurbelwelle 7. Bei einem Viertaktmotor umfasst ein
Zyklus zwei Umdrehungen der Kurbelwelle. Die Steuerung 28 kann
den zuzuführenden
Kraftstoff beispielsweise in Abhängigkeit
der Last L, der Temperatur und/oder der Drehzahl n des Verbrennungsmotors 1 bestimmen.
Anhand der zuzuführenden
Kraftstoffmenge legt die Steuerung 28 den Öffnungszeitpunkt
t1 und den Schließzeitpunkt t2 für das Dosierventil 17 fest
und steuert das Dosierventil 17 so an, dass das Dosierventil 17 zu
den festgelegten Zeitpunkten t1, t2 öffnet und
schließt.
Dabei kann einer der Zeitpunkte t1, t2 festgelegt und der andere Zeitpunkt t1, t2 von der Steuerung 28 in
Abhängigkeit
der zuzuführenden Kraftstoffmenge
festgelegt werden. Es können
auch beide Zeitpunkte t1, t2 von
der Steuerung 28 variabel festgelegt werden.
-
In
niedriger Teillast ist vorgesehen, dass das Dosierventil 17 zur
Zufuhr einer durch die Steuerung 28 ermittelten Kraftstoffmenge
zum Zeitpunkt t1 öffnet und zum Zeitpunkt t2 schließt.
Die Druckdifferenz zwischen dem Kraftstoffdruck p0 und
dem Kurbelgehäusedruck
PKGH zu den Zeitpunkten t1 und
t2 ist vergleichsweise groß. Zum Zeitpunkt
t1 besteht eine Druckdifferenz d3 zum Kraftstoffdruck p0 und
zum Zeitpunkt t2 eine Druckdifferenz d4. Die Druckdifferenzen d3 und
d4 sind im Ausführungsbeispiel annähernd gleich
groß.
Der Kurbelgehäusedruck
PKGH ändert sich
zwischen den Zeitpunkten t1 und t2 zwar, die Änderung ist jedoch nur vergleichsweise
gering.
-
Bei
Volllast ist der Kurbelgehäusedruck
PKGH, wie die Kurve 30 zeigt, zu
den Zeitpunkten t1 und t2 erheblich.
größer. Der
Differenzdruck d1 zwischen dem Kraftstoffdruck
p0 und dem Kurbelgehäusedruck pKGH ist
zum Zeitpunkt t1 bei Volllast erheblich
geringer als der Differenzdruck d3 bei niedriger
Teillast. Auch die Druckdifferenz d2 zum
Zeitpunkt t2 zwischen dem Kraftstoffdruck
p0 und dem Kurbelgehäusedruck pKGH ist
geringer als die Druckdifferenz d4 bei niedriger
Teillast. Die geringere Druckdifferenz führt dazu, dass bei gleichem Öffnungszeitpunkt
t1 und gleichem Schließzeitpunkt t2 für das Dosierventil 17 bei
Volllast eine geringere Kraftstoffmenge zugeführt wird als bei Teillast.
Um dies auszugleichen, kann die Öffnungsdauer
des Dosierventils 17 verlängert werden. Dies kann dadurch
erreicht werden, dass der Schließzeitpunkt t2 auf
einen späteren
Schließzeitpunkt
t2' oder der Öffnungszeitpunkt
t1 auf einen früheren Öffnungszeitpunkt t1' verschoben wird.
Es können
auch sowohl der Öffnungszeitpunkt
t1 als auch der Schließzeitpunkt t2 verschoben
werden. Durch die Veränderung
der Öffnungszeit
des Dosierventils 17 kann die Öffnungsdauer an den Gegendruck
an der Austrittsöffnung 37 des
Dosierventils 17 angepasst werden.
-
Wie 2 zeigt,
herrscht zum Zeitpunkt t1' eine Druckdifferenz
d1' zum
Kraftstoffdruck p0, die kleiner als die
Druckdifferenz d1 zum Zeitpunkt t1 ist. Die Druckdifferenz d2' zum Zeitpunkt t2' ist
größer als die
Druckdifferenz d2 zum Zeitpunkt t2. Auch diese geänderten Druckdifferenzen d1',
d2' müssen bei
der Anpassung der Öffnungszeit
t1 und der Schließzeit t2 des
Dosierventils 17 berücksichtigt
werden. Um das unterschiedliche Druckniveau im Kurbelgehäuse und damit
den Gegendruck an der Austrittsöffnung 37 zu berücksichtigen,
kann beispielsweise der Schließzeitpunkt
t2 in Abhängigkeit des Öffnungszeitpunkts
t1 und in Abhängigkeit der Motorlast in einem
Kennfeld hinterlegt werden. In dem Kennfeld kann auch ein Korrekturfaktor
für den
Schließzeitpunkt
t2 angegeben werden, mit dem ein Schließzeitpunkt,
der für
einen Referenzgegendruck ermittelt wurde, zu korrigieren ist.
-
Wie 2 zeigt,
ist das Dosierventil 17 bei der Zufuhr von Kraftstoff in
den Überströmkanal 10 nur
zu Zeitpunkten ge öffnet,
die nach dem öffnen
des Überströmkanals 10 und
vor dem Schließen
des Überströmkanals 10 liegen.
Die Zeitpunkte t1, t2,
t1' und
t2' liegen
zwischen den Zeitpunkten ÜÖ und ÜS. Demnach
wird Kraftstoff in den Überströmkanal 10 nur
dann zugeführt,
wenn der Überströmkanal 10 zum
Brennraum 3 hin geöffnet
ist und Verbrennungsluft aus dem Kurbelgehäuse 4 in den Brennraum 3 überströmt. Während dieser
Zeit ist der Druck im Überströmkanal 10 vergleichsweise
hoch. Dieser vergleichsweise hohe Gegendruck am Dosierventil 17 bewirkt
eine gute Ladungsschichtung zwischen der Kraftstoff enthaltenden
Verbrennungsluft im Überströmkanal 10 und
der nur sehr geringe Mengen von Kraftstoff oder keinen Kraftstoff
enthaltenden Verbrennungsluft im Kurbelgehäuse 4. Vor dem öffnen des
Dosierventils 17 strömt
deshalb aus dem Kurbelgehäuse 4 weitgehend
kraftstofffreie Luft in den Brennraum 3 ein. Diese kraftstofffreie
Luft trennt den mit Verbrennungsluft vermischt nachströmenden Kraftstoff
von den aus dem vorangegangenen Zyklus im Brennraum 3 angeordneten
Abgasen. Dadurch können
geringe Abgaswerte des Verbrennungsmotors erreicht werden.
-
In
den Diagrammen der 3 ist ebenfalls der Kurbelgehäusedruck
pKGH für
Volllast mit der Kurve 30 und für niedrige Teillast mit der
Kurve 31 angegeben. Um eine Anpassung an den an der Austrittsöffnung 37 des
Dosierventils 17 herrschenden Gegendruck vorzunehmen, muss
nicht notwendigerweise die Öffnungsdauer
des Dosierventils 17 geändert werden.
Wie 3 zeigt, ist es auch möglich, den Öffnungszeitpunkt t1 auf
einen späteren Öffnungszeitpunkt
t1'' und den Schließzeitpunkt
t2 auf einen späteren Zeitpunkt t2'' zu verschieben, um eine Anpassung an
den Gegendruck zu erreichen. Der im Zeitpunkt t1'' herrschende Differenzdruck d1'' zum Kraftstoffdruck
p0 ist größer als der Differenzdruck
d1 zum Zeitpunkt t1.
Ebenso ist der Differenzdruck d2'' zum Zeitpunkt t2'' größer als
der Differenzdruck d2 zum Zeitpunkt t2. Durch die Verschiebung von Öffnungszeitpunkt
t1 und Schließzeitpunkt t2 auf
einen späteren
Zeitpunkt wird der Differenzdruck zwischen Kraftstoffdruck p0 und Kurbelgehäusedruck pKGH vergrößert. Dadurch
wird die dem Verbrennungsmotor 1 zugeführte Kraftstoffmenge erhöht, ohne
dass die Öffnungsdauer
des Dosierventils 17 verändert wurde. Wie 3 zeigt,
sind die Differenzdrücke
d1'', d2'' im Ausführungsbeispiel immer noch geringer
als die Differenzdrücke
d3, d4 zu den Zeitpunkten
t1 und t2 bei niedriger
Teillast, die durch die Kurve 31 gezeigt ist. Durch das
Verschieben von Öffnungszeitpunkt
t1 und Schließzeitpunkt t2 kann
im Ausführungsbeispiel
keine vollständige
Kompensation des Gegendrucks am Dosierventil 17 erreicht
werden. Es kann deshalb zusätzlich
eine Verlängerung
der Öffnungszeit
vorgesehen sein.
-
In 4 ist
der Kurbelgehäusedruck
pKGH ebenfalls über dem Kurbelwellenwinkel α aufgetragen.
Die Kurve 32 zeigt den Druckverlauf im Kurbelgehäuse 4 bei
einer ersten, niedrigen Drehzahl und die Kurve 33 den Druckverlauf
bei einer zweiten, hohen Drehzahl. Wie 4 zeigt,
ist der Druck bei hohen Drehzahlen zwischen dem öffnen und Schließen der Überströmkanäle bis auf
einen kurzen Zeitraum nach dem öffnen
der Überströmkanäle größer als
der Druck bei niedrigen Drehzahlen. Auch die Drehzahl hat demnach
einen Einfluss auf den Gegendruck an der Austrittsöffnung 37 des
Dosierventils 17. Beide Kurven 32, 33 zeigen
den Druckverlauf bei der gleichen Last, nämlich bei Volllast. Um dem
Verbrennungsmotor 1 eine von der Steuerung 28 festgelegte Kraftstoffmenge
zuzuführen,
muss bei der ersten, niedrigen Drehzahl (Kurve 32) das
Dosierventil 17 zum Zeitpunkt t1 geöffnet und
zum Zeitpunkt t2 geschlossen werden. Bei
einer zweiten, hohen Drehzahl (Kurve 33) ist der Differenzdruck
zu den Zeitpunkten t1 und t2 zum
Druck p0 des Kraftstoffs (2 und 3)
geringer, so dass bei gleichem Öffnungs- und
Schließzeitpunkt
eine geringere Menge von Kraftstoff zugeführt wird. Um die gleiche Kraftstoffmenge
wie bei niedriger Drehzahl zuzuführen,
kann der Öffnungszeitpunkt
t1 auf einen früheren Öffnungszeitpunkt t1' und der Schließzeitpunkt
t2 auf einen späteren Schließzeitpunkt
t2' verschoben
werden. Es kann auch vorgesehen sein, den Öffnungszeitpunkt t1 oder
den Schließzeitpunkt
t2 zu verschieben. Zur Anpassung kann auch
vorgesehen sein, sowohl den Öffnungszeitpunkt
t1 als auch den Schließzeitpunkt t2 auf
einen späteren
Zeitpunkt zu verschieben und dabei die Öffnungsdauer des Dosierventils 17 unverändert zu
lassen, wie in 3 zur Anpassung an unterschiedliche
Lasten beschrieben.
-
Die 5 und 6 zeigen
schematisch Verfahren zur Berücksichtigung
des Gegendrucks an der Austrittsöffnung 37 des
Dosierventils 17. Das Verfahren nach 5 sieht
im Verfahrensschritt 38 vor, die zuzuführende Kraftstoffmenge zu ermitteln. Im
Verfahrensschritt 39 werden für die zuzuführende Kraftstoffmenge der Öffnungszeitpunkt
t1 und der Schließzeitpunkt t2 für das Dosierventil 17 für einen Referenzgegendruck
ermittelt. Im Verfahrensschritt 40 werden ein oder mehrere
Parameter zur Berücksichtigung
des Gegendrucks an der Austrittsöffnung 37 ermittelt.
Die Parameter können
beispielsweise der Druck im Kurbelgehäuse, die Last des Verbrennungs motors
oder die Drehzahl des Verbrennungsmotors sein. Die Last kann dabei über den
Druck pKGH im Kurbelgehäuse, über die Stellung eines im Ansaugkanal
angeordneten Drosselelements oder über den Druck pA im
Ansaugkanal berücksichtigt
werden. Der Druck pKGH wird von dem Drucksensor 21 gemessen,
der Druck pA vom Drucksensor 21' und die Stellung
der Drosselklappe 13 wird vom Drosselwellensensor 16 gemessen.
Vorteilhaft wird der Gegendruck über
mehrere Parameter, beispielsweise über die Last und die Drehzahl
berücksichtigt,
so dass sich eine vergleichsweise genaue Dosierung des Kraftstoffs
erreichen lässt.
Es kann jedoch auch vorgesehen sein, den Gegendruck nur teilweise
zu kompensieren und nur einen der Parameter, insbesondere die Drehzahl,
zu berücksichtigen.
-
Im
Verfahrensschritt 41 werden der Öffnungszeitpunkt t1 und/oder
der Schließzeitpunkt
t2 in Abhängigkeit der Parameter, mit
denen der Gegendruck berücksichtigt
wird, korrigiert. Dabei kann einer der Zeitpunkte korrigiert werden,
es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass beide Zeitpunkte korrigiert
werden. Die Korrektur kann insbesondere über ein Kennfeld oder über eine
Berechnung erfolgen. Bei der Korrektur wird vorteilhaft der Druckverlauf des
Gegendrucks in Abhängigkeit
des Kurbelwellenwinkels berücksichtigt.
Im Verfahrensschritt 42 wird das Dosierventil 17 von
der Steuerung 28 zu den festgelegten Zeitpunkten geöffnet bzw.
geschlossen.
-
Das
in 6 skizzierte Verfahren sieht im Verfahrensschritt 43 ebenfalls
die Ermittlung der in einem Zyklus zuzuführenden Kraftstoffmenge vor.
Die Ermittlung erfolgt dabei ebenso wie im Verfahren aus 5.
In Verfahrensschritt 44 werden Parameter zur Berücksichtigung
des Gegendrucks ermittelt. Dieser Verfahrensschritt entspricht dem
Verfahrensschritt 40 aus 5. Im Verfahrensschritt 45 werden
der Öffnungs-
und der Schließzeitpunkt
für das
Dosierventil 17 anhand der zuzuführenden Kraftstoffmenge und anhand
des oder der Parameter zur Berücksichtigung
des Gegendrucks direkt ermittelt. Die Ermittlung kann dabei über ein
oder mehrere Kennfelder oder über
eine Berechnung erfolgen. Im Verfahrensschritt 46 wird
das Dosierventil 17 zu den ermittelten Zeitpunkten t1, t2 geöffnet und
geschlossen.
-
In 7 ist
schematisch ein Kennfeld zur Ermittlung des Öffnungszeitpunkts t1 für
das Dosierventil 17 gezeigt. Im gezeigten Ausführungsbeispiel
wird der Schließzeitpunkt
t2 konstant gehalten. Der Öffnungszeitpunkt
t1 ist als Kurbelwellenwinkel α angegeben.
Der Öffnungszeitpunkt
t1 liegt zeitlich vor dem oberen Totpunkt
des Kolbens 5. Ein größerer Kurbelwellenwinkel α kennzeichnet
damit einen späteren öffnungszeitpunkt
t1, also bei gleichem Schließzeitpunkt
t2 eine kürzere Öffnungsdauer des Dosierventils 17.
In dem Kennfeld ist der Öffnungszeitpunkt
t1 in Abhängigkeit der Last L und der
Drehzahl n schematisch dargestellt. Dabei ist jeder Kombination
von Last L und Drehzahl n ein Öffnungszeitpunkt
t1 zugeordnet, so dass sich aus dem Kennfeld
für jede
Kombination von Last L und Drehzahl n ein Öffnungszeitpunkt t1 ermitteln
lässt.
-
8 zeigt
schematisch ein Ausführungsbeispiel
eines Verbrennungsmotors 1, dessen Aufbau im Wesentlichen
dem im 1 gezeigten Verbrennungsmotor 1 entspricht.
Dabei sind in
-
8 der
Einfachheit halber nicht alle Komponenten des Verbrennungsmotors 1 wie
Sensoren, Steuerung und dgl. gezeigt. Der in 8 gezeigte Verbrennungsmotor 1 unterscheidet
sich von dem in 1 gezeigten Verbrennungsmotor 1 dadurch, dass
das Dosierventil 17 nicht an einem Überströmkanal 10, 11 angeordnet
ist, sondern am Kurbelgehäuse 4.
Das Dosierventil 17 führt
demnach Kraftstoff direkt in den Kurbelgehäuseinnenraum zu. Wie 8 zeigt,
ist der Ansaugkanal 12 mit einem Luftfilter 34 verbunden, über den
Umgebungsluft ins Kurbelgehäuse 4 angesaugt
wird.
-
9 zeigt
mit einer Kurve 48 den Druckverlauf im Kurbelgehäuse 4 im
Leerlauf des Verbrennungsmotors 1. Die Kurve 48 gibt
den Druck dabei als Absolutdruck an. Der Umgebungsdruck pU ist mit einer gestrichelten Linie eingezeichnet.
Ebenfalls gestrichelt ist der sich ergebende Kurbelgehäusemitteldruck
pM angegeben. Der Kurbelgehäusemitteldruck pM liegt unterhalb des Umgebungsdrucks pU. Dem Dosierventil 17 wird Kraftstoff
unter einem Kraftstoffdruck p1 zugeführt. Der
Kraftstoffdruck p1 beträgt vorteilhaft Umgebungsdruck
bis etwa 0,5 bar, insbesondere etwa 0,05 bar bis etwa 0,3 bar Überdruck
gegenüber
dem Umgebungsdruck pU. Im gezeigten Ausführungsbeispiel
hat der Druck p1 des Kraftstoffs etwa 0,1
bar Überdruck
gegenüber
dem Umgebungsdruck pU. Die genannten Druckbereiche
für die Kraftstoffzufuhr
ins Kurbelgehäuse 4 können auch
für die
Kraftstoffzufuhr in den Überströmkanal 10 vorteilhaft
sein.
-
Wie 9 zeigt,
ist im Leerlauf vorgesehen, das Dosierventil 17 zu einem
Zeitpunkt t1 kurz nach dem unteren Totpunkt
UT des Kolbens 5 zu öffnen und
zu einem Zeitpunkt t2 kurz vor dem Schließen der Überströmkanäle ÜS zu schließen. Das
Dosierventil 17 führt
demnach Kraftstoff zu, während
die Überströmkanäle 10, 11 zum
Brennraum 3 hin geöffnet sind.
Während
dieser Zeitspanne kurz nach dem unteren Totpunkt UT des Kolbens 5 ist
der Kurbelgehäusedruck
pKGH annähernd
konstant und liegt im Bereich des Umgebungsdrucks pU· Der Kurbelgehäusedruck
pKGH liegt dabei vorteilhaft zwischen dem
Umgebungsdruck pU und etwa 0,3 bar Unterdruck,
insbesondere zwischen dem Umgebungsdruck pU und etwa
0,1 bar Unterdruck gegenüber
dem Umgebungsdruck pU. Aufgrund der geringen
Druckdifferenz zwischen dem Kraftstoffdruck p1 und
dem Kurbelgehäusedruck
pKGH können
auch kleine Mengen Kraftstoff genau dosiert werden. Da der Kurbelgehäusedruck
pKGH annähernd
konstant ist, ist die Öffnungsdauer
des Dosierventils 17 etwa proportional zur zugeführten Kraftstoffmenge,
so dass die Öffnungsdauer
und damit der Öffnungszeitpunkt
t1 und der Schließzeitpunkt t2 auf
einfache Weise festgelegt werden können. Wie 9 zeigt,
ist der Kraftstoffdruck p1 geringer als
der höchste
Kurbelgehäusedruck
pKGH im Leerlauf.
-
10 zeigt
den Verlauf des Kurbelgehäusedrucks
pKGH bei Volllast. Dabei gibt die Kurve 49 den
Absolutdruck im Kurbelgehäuse
bei einer mittleren Drehzahl und die Kurve 50 den Absolutdruck
im Kurbelgehäuse
bei einer hohen Drehzahl an. Der sich ergebende Kurbelgehäusemitteldruck
pM ist exemplarisch für den Druckverlauf bei der
Kurve 50 gezeigt. Der Kraftstoffdruck p1 liegt
deutlich unter dem maximalen Kurbelgehäusedruck pmax und
auch unter dem Kurbelgehäusemitteldruck
pM. Der maximale Kurbelgehäusedruck
pmax stellt sich dabei bei Volllast ein.
Der Kraftstoffdruck p1 ist dabei auch größer als der
höchste Kurbelgehäusedruck
pKGH, der sich im Leerlauf und bei Teillast
bzw. bei mittlerer Drehzahl einstellt.
-
Bei
dem durch die Kurve 49 angedeuteten Druckverlauf ist vorgesehen,
das Dosierventil 17 zu einem Zeitpunkt t1 zu öffnen, der
vor dem Schließen der Überströmkanäle 10, 11 liegt.
Das Dosierventil 17 wird zu einem Zeitpunkt t2 geschlossen,
der vor dem oberen Totpunkt liegt. Sowohl zum Zeitpunkt t1 als auch zum Zeitpunkt t2 liegt
der Kurbelgehäusedruck pKGH unterhalb des Kraftstoffdrucks p1. Dadurch ist gewährleistet, dass Kraftstoff
ins Kurbelgehäuse
angesaugt wird und keine Verbrennungsluft aus dem Kurbelgehäuse 4 ins
Kraftstoffsystem eintreten kann.
-
Bei
dem durch die Kurve 50 angedeuteten Druckverlauf im Kurbelgehäuse bei
hohen Drehzahlen ist vorgesehen, das Dosierventil 17 zu
einem Zeitpunkt t1' zu öffnen,
der nach dem Schließen
der Überströmkanäle ÜS liegt.
Zum Zeitpunkt t1' liegt der Kurbelgehäusedruck pKGH geringfügig unterhalb
des Kraftstoffdrucks p1. Das Dosierventil 17 wird
bei dem durch die Kurve 50 gezeigten Druckverlauf zu einem Zeitpunkt
t2' geschlossen,
der nach dem oberen Totpunkt OT liegt und bei dem der Kurbelgehäusedruck pKGH etwa dem Umgebungsdruck pU entspricht.
Die Zeitpunkte t1, t1', t2 und
t2' sind
so gewählt,
dass der Kurbelgehäusedruck
pKGH unterhalb des Kraftstoffdrucks p1 liegt. Die Schließzeitpunkte t2 und
t2' können dabei
später
gewählt
werden, falls eine größere Kraftstoffmenge
zugeführt
werden soll. Die Zeitpunkte t2 und t2' werden
dabei vorteilhaft so gewählt,
dass die Schließzeitpunkte
t2 und t2' vor dem Zeitpunkt
liegen, zu dem der Kurbelgehäusedruck
pKGH über
den Kraftstoffdruck p1 ansteigt.
-
Für die Zufuhr
von Kraftstoff direkt ins Kurbelgehäuse ist vorgesehen, dass das
Verhältnis
des absoluten Kraftstoffdrucks p1 zum absoluten
Kurbelgehäusemitteldruck
pM etwa 0,0 bis etwa 1,7, insbesondere etwa
0,9 bis etwa 1,2 beträgt.
Dies gilt vorteilhaft für
alle Betriebszustände.
Dadurch, dass das Dosierventil 17 nur dann geöffnet wird,
wenn der Kurbelgehäusedruck
pKGH unterhalb des Kraftstoffdrucks p1 liegt, kann der Kraftstoffdruck p1 sehr niedrig gewählt werden. Dadurch ergibt
sich ein einfacher Aufbau des Kraftstoffsystems. Vorteilhaft liegt
der Kraftstoffdruck p1 für alle Betriebszustände unterhalb
des maximalen Kurbelgehäusedrucks
pmax. Insbesondere für hohe Drehzahlen, vorteilhaft
auch für
mittlere Drehzahlen ist vorgesehen, dass der Kraftstoffdruck p1 maximal dem Kurbelgehäusemitteldruck pM entspricht.
-
Ein
eigenständiger
erfinderischer Gedanke betrifft die dem Verbrennungsmotor 1 pro
Hub des Kolbens 5 zuzuführende
Kraftstoffmenge. Bei Vollast beträgt die zuzuführende Kraftstoffmenge
pro Hub des Kolbens vorteilhaft zwischen 0,0006 g/kW und 0,0015
g/kW. Bezogen auf den Hubraum beträgt die zuzuführende Kraftstoffmenge
vorteilhaft 0,025 g bis 0,06 g pro Hub des Kolbens 5 und
pro Liter Hubraum. Mit diesen zugeführten Kraftstoffmengen kann
ein ruhiger Lauf des Verbrennungsmotors 1 erreicht werden.
Gleichzeitig können
die Abgaswerte gering gehalten werden. Die im Leerlauf zugeführte Kraftstoffmenge
beträgt
pro Motorzyklus vorteilhaft etwa ein Drittel bis ein Viertel der
Kraftstoffmenge, die bei Nenndrehzahl pro Motorzyklus zugeführt wird.
Das Dosierventil 17 ist so ausgebildet, dass die genannten
Kraftstoffmengen bei jedem Zyklus des Verbrennungsmotors 1 zugeführt werden
können.
Die zuzuführenden
Kraftstoffmengen sind insbesondere bei der Ausbildung des Verbrennungsmotors 1 als
Einzylinder-Zweitaktmotor vorteilhaft. Die genannten Kraftstoffmengen
sind auch für
den Betrieb eines Verbrennungsmotors vorteilhaft, bei dem Öffnungs-
und Schließzeitpunkt
des Dosierventils nicht unter Berücksichtigung des Gegendrucks
an der Austrittsöffnung
des Dosierventils festgelegt werden.