DE19821217A1

DE19821217A1 - Einspritzsystem zur Steuerung der Kraftstoffeinspritzung für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE19821217A1
Application number: DE19821217A
Authority: DE
Inventors: Masaei Nozawa; Sigenori Isomura; Yukio Sawada; Daiji Isobe
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1997-05-13
Filing date: 1998-05-12
Publication date: 1998-11-19
Also published as: US6062201A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Einspritzsystem zur Steuerung der Kraftstoffeinspritzung für eine Brennkraftmaschine sowie auf ein entsprechendes Einspritzverfahren.

Wenn im folgenden der Ausdruck "Einspritzung" oder sinngleiche Ausdrücke benutzt werden, ist damit stets die Einspritzung von Kraftstoff gemeint.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Die Veröffentlichung JP 4-303141 A offenbart ein Steuersystem für eine Brennkraftmaschine. Bei diesem System wird das Sprit zende, d. h. der Zeitpunkt, zu dem die Kraftstoffeinspritzung en det, vor Beginn eines Saughubes oder in die Zeit während des Saughubes gelegt, und zwar in Abhängigkeit von dem Zeitpunkt, zu dem ein Einlaßventil vollständig schließt. Genauer gesagt endet die Einspritzung vor Beginn des Saughubes, wenn der Zeitpunkt, zu dem das Einlaßventil vollständig schließt, vor einem vorbe stimmten Grenzzeitpunkt liegt, und endet sie während des Saughu bes, wenn der Ventilschließzeitpunkt später als der vorbestimmte Grenzzeitpunkt liegt. Dieses System ermöglicht es, die Ein spritzphase in Abhängigkeit von Änderungen des Betriebszustandes des Einlaßventils, die aufgrund von Änderungen der Last der Brennkraftmaschine auftreten, auf geeignete Weise zu steuern und dadurch die Verbrennung zu stabilisieren sowie den Ladewirkungs grad zu verbessern.

Da jedoch bei diesem System der eingespritzte Kraftstoff in den Zylinder kontinuierlich bis zu einer späten Phase des Saughubes einströmt (bis zum Schließen des Einlaßventils), liegt selbst dann, wenn das Einlaßventil geschlossen wird, noch unverdampfter Kraftstoff vor. Aus diesem Grunde kann es vorkommen, daß sich die Verbrennungsbedingungen im Zylinder verschlechtern, daß un verdampfter Kraftstoff in Form von unverbrannten Kohlenwasser stoffen ausgestoßen wird und daß die Benetzung mit Kraftstoff erhöht ist. Weil der Kraftstoff nicht vollständig verdampft wird, wird die Verdampfungswärme nicht effektiv ausgenutzt und ist der Ladewirkungsgrad der angesaugten Luft bzw. des angesaug ten Luft-Kraftstoff-Gemischs niedrig.

Die Veröffentlichung JP 3-950 A offenbart ein bekanntes System, bei dem die eingespritzte Kraftstoffmenge proportional zu einer Erhöhung und Verringerung der in den Zylinder gesaugten Luftmen ge erhöht bzw. verringert wird, so daß das Luft-Kraftstoff-Ver hältnis des in den Zylinder gesaugten Gemischs während des Saughubes für alle Kurbelwinkel gleich bzw. konstant ist. Diese Ausbildung ermöglicht es, die Verteilung des Gemischs im Zylin der zu homogenisieren und auf diese Weise die Verbrennung zu stabilisieren.

Da jedoch bei diesem System das Gemisch in den Zylinder während der gesamten Periode des Saughubes, während der das Einlaßventil offen ist, gesaugt wird, wird das Gemisch in den Zylinder auch während solcher Zeiträume gesaugt, in denen die Einströmge schwindigkeit der angesaugten Luft bzw. des angesaugten Gemischs sehr niedrig ist. Daher kann das Gemisch nicht vollständig homo genisiert werden und wird keine günstige Verbrennung erreicht. Dies hat zur Folge, daß es praktisch nicht möglich ist, die Steuerung der Kraftstoffeinspritzung in der Weise zu realisie ren, daß das Luft-Kraftstoff-Verhältnis im Magerbereich liegt, um eine Verringerung des Kraftstoffverbrauchs und der Stick oxidemission zu erzielen. Dies heißt mit anderen Worten, daß ei ne gesteuerte Magerverbrennung nicht möglich ist.

Die Veröffentlichungen JP 60-11652 A und JP 60-122239 A offenba ren ein weiteres bekanntes System, bei dem eine geschichtete Verbrennung durchgeführt wird. Dies erfolgt, indem die Ein spritzphase für die Einspritzung mittels eines Einspritzventils annähernd in die zweite Hälfte des Saughubes gelegt wird. Um ei ne effektiv geschichtete Ladung und Verbrennung zu realisieren, wird ferner der Druck des dem Einspritzventil zugeführten Kraft stoffs (Kraftstoffdruck) um so mehr erhöht, je größer die in den Motor eingesaugte Luftmenge ist. Ferner wird das Spritzende, d. h. diejenige Winkelstellung der Kurbelwelle, bei der die Ein spritzung endet, in Abhängigkeit vom Betriebszustand des Motors geändert.

Zwar ist es bei diesem System möglich, eine geschichtete Ver brennung durchzuführen, indem der Kraftstoff annähernd während der zweiten Hälfte des Saughubes eingespritzt wird. Aufgrund der Teilchengröße des Kraftstoffs, der vom Einspritzventil einge spritzt und geliefert wird, ist jedoch die Benetzung des Saug stutzens mit Kraftstoff erhöht. Dies heißt mit anderen Worten, daß die Verbrennung unvollständig ist und daß die Schichtung des Gemischs nicht ausreichend ist, weil der mittlere Teilchendurch messer im allgemeinen im Bereich von ungefähr 150 bis 200 µm liegt, was eine starke Benetzung des Saugstutzens und des Zylin ders verursacht und kaum ermöglicht, ein homogenes Gemisch zu schaffen.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Einspritzsystem zur Steuerung der Kraftstoffeinspritzung für eine Brennkraftma schine zu schaffen, bei dem der Ladewirkungsgrad der in den Zy linder angesaugten Luft verbessert ist und bei dem die Kraft stoffverbrennung stabilisiert ist.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Einspritzsystem zur Steuerung der Kraftstoffeinspritzung für eine Brennkraftmaschine zu schaffen, das es ermöglicht, das in den Zylinder eingesaugte Gemisch homogen auszubilden und den Be reich, in dem der Kraftstoffverbrauch und das Luft-Kraftstoff-Ver hältnis gesteuert werden können, zu erweitern.

Eine dritte Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Einspritzsystem zur Steuerung der Kraftstoffeinspritzung für eine Brennkraftmaschine zu schaffen, das es ermöglicht, durch Schichtung des in den Zylinder eingeleiteten Gemischs die Mager grenze des Gemischs zu erweitern.

Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß durch die Einspritzsysteme gemäß den Patentansprüchen 1, 13, 15 und 19 gelöst.

Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird der Antrieb eines Einspritzventils derart gesteuert, daß der mittels des Ein spritzventils eingespritzte Kraftstoff innerhalb einer bestimm ten Periode einströmt, die auf den Ventilöffnungszeitpunkt des Einlaßventils abgestimmt ist. Da die Einströmung des Kraftstoffs in den Zylinder endet, bevor der Saughub des Motors endet, wird ein großer Teil des einströmenden Kraftstoffs schnell verdampft und erfolgt das Mischen des verdampften Kraftstoffs mit der an gesaugten Luft innerhalb der Ventilöffnungsperiode des Einlaß ventils in beschleunigter Weise. Das heißt mit anderen Worten, daß die Verdampfung des dem Zylinder zugeführten Kraftstoffs be endet ist, bevor das Einlaßventil geschlossen wird und das An saugen endet. Da dabei die Verdampfungswärme der umgebenden Luft entnommen wird und die Temperatur der Luft im Zylinder während der Verdampfung des Kraftstoffs sinkt, nimmt die Dichte, d. h. das Gewicht je Volumeneinheit, der in den Zylinder angesaugten Luft zu. Ergebnis ist, daß der Ladewirkungsgrad der angesaugten Luft erhöht werden kann und daß der Verbrennungsvorgang des Kraftstoffs stabilisiert werden kann. Ferner ermöglicht dies, daß mehr Luft angesaugt wird und daß das abgegebene Drehmoment der Brennkraftmaschine erhöht ist.

Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird der Antrieb des Einspritzventils derart gesteuert, daß der Kraftstoff während eines Zeitraumes des Saughubes in den Zylinder einströmt, wäh rend dessen die Einströmgeschwindigkeit der angesaugten Luft ei nen vorgegebenen Grenzwert übersteigt, und daß der Durchfluß, d. h. die Menge je Zeiteinheit, des dem Zylinder zugeführten Kraftstoffs in Abhängigkeit von der Einströmgeschwindigkeit der in den Zylinder angesaugten Luft gesteuert wird. Der Kraftstoff wird während der Einleitung in den Zylinder von der Luftströ mung, deren Einströmgeschwindigkeit verhältnismäßig hoch ist, mitgerissen, und der Durchfluß des Kraftstoffs in den Zylinder wird in Abhängigkeit von der Einströmgeschwindigkeit gesteuert. Ferner wird der mittels des Einspritzventils eingespritzte Kraftstoff in den Zylinder innerhalb eines Zeitraumes des Saug hubes eingeleitet, während dessen die Einströmgeschwindigkeit den vorgegebenen Grenzwert übersteigt. Das aus dem Kraftstoff und der Luft gebildete Gemisch wird im Zylinder homogen ge mischt. Dies hat zur Folge, daß eine Homogenisierung des in den Zylinder angesaugten Gemischs erreicht werden kann, daß der Kraftstoff stabil verbrannt werden kann und daß der Bereich, in nerhalb dessen der Kraftstoffverbrauch und das Luft-Kraftstoff-Ver hältnis gesteuert werden können, erweitert ist. Ferner ermög licht die Homogenisierung des Gemischs, daß dauerhaft eine Steuerung der Kraftstoffeinspritzung im Bereich eines mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnisses durchgeführt werden kann (gesteuerte Magerverbrennung) und daß durch die gesteuerte Ma gerverbrennung die Stickoxidemission im Abgas verringert werden kann.

Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung wird der mittels des Einspritzventils eingespritzte Kraftstoff derart zerstäubt, daß die Teilchengröße des Kraftstoffs 70 µm oder weniger beträgt, und wird der Antrieb des Einspritzventils derart gesteuert, daß der Durchfluß des dem Zylinder zugeführten Kraftstoffs um so mehr erhöht wird, je weiter der Saughub fortschreitet. Die Zerstäu bung des Kraftstoffs wird erreicht durch Steuerung des Drucks von Druckluft, die dem Einspritzventil, das als luftunterstütz tes Einspritzventil ausgebildet ist, zugeführt wird und/oder durch Einspritzen des mittels des Einspritzventils versprühten Kraftstoffs in Richtung zu einem kegeligen Abschnitt des eine hohe Temperatur aufweisenden Einlaßventils und/oder durch Ver wendung eines Vielloch-Einspritzventils, das beispielsweise 12 Spritzlöcher aufweist.

Bei dieser Ausbildung wird das Einspritzventil entsprechend der jenigen Periode des Saughubes gesteuert, die dem Öffnen des Ein laßventils folgt, und wird der mittels des Einspritzventils ein gespritzte Kraftstoff in den Zylinder (Brennraum) eingesaugt, nachdem er in den Saugstutzen der Brennkraftmaschine einge spritzt worden ist. Da der Durchfluß des in den Zylinder ein strömenden Kraftstoffs um so mehr zunimmt, je weiter der Saughub fortschreitet, wird ein großer Anteil des Kraftstoffs unmittel bar vor dem Schließen des Einlaßventils angesaugt. Dementspre chend kann im Zylinder ein geschichtetes Gemisch ausgebildet werden, so daß selbst im Magerbereich des Luft-Kraftstoff-Ver hältnisses eine stabile Verbrennung erzielt werden kann. Dies heißt genauer, daß im Bereich des Zündkerze eine Atmosphäre mit einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis erzeugt wird, das für eine Ver brennung ausreicht, und daß daher selbst dann, wenn die Atmo sphäre insgesamt mager ist, eine stabile Verbrennung erzielt wird. Da der mittels des Einspritzventils eingespritzte Kraft stoff zerstäubt wird auf eine Teilchengröße von ungefähr 70 µm oder weniger, ist die Verdampfung des Kraftstoffs im Zylinder beschleunigt, so daß die bei herkömmlichen Einspritzsystemen auftretenden Schwierigkeiten durch unvollständige Verbrennung aufgrund einer Benetzung des Zylinders verringert bzw. vermieden werden.

Somit erlaubt der dritte Aspekt der Erfindung eine Schichtung des dem Zylinder zugeführten Gemischs, was wiederum zur Folge hat, daß die Magergrenze des Gemischs erweitert ist und daß die Brennkraftmaschine in einem Bereich mit niedrigem Kraftstoffver brauch betrieben werden kann. Zu beachten ist, daß der optimale Bereich der mittleren Teilchengröße SMD des eingespritzten Kraftstoffs im Bereich von 10 bis 30 µm liegt.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Weitere Einzelheiten sowie weitere Ziele, Einsatzmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Be schreibung von Ausführungsbeispielen und aus den Zeichnungen, in denen gleiche Bezugszeichen gleiche bzw. entsprechende Elemente bezeichnen. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht eines Einspritzsystems zur Steuerung der Kraftstoffeinspritzung für eine Brennkraft maschine gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Er findung;

Fig. 2 eine Schnittdarstellung, die ausführlicher ein luftunter stütztes Einspritzventil zeigt;

Fig. 3 ein Zeitdiagramm, das den Ventilhub eines Einlaßventils während des Öffnens, den Ventilhub eines Auslaßventils während des Öffnens, die Einspritzphase des Einspritzven tils und den Verlauf der Einströmgeschwindigkeit bei ge öffnetem Einlaßventil zeigt;

Fig. 4A bis 4C schematische Darstellung, die das Einströmen des Kraftstoffs in den Zylinder gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel erläutern;

Fig. 5 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Anteil der Kraftstoffeinströmzeit und der Drehmomentzunahme zeigt;

Fig. 6A und 6B Zeitdiagramme, die eine Betriebsweise mit ein maliger Einspritzung und eine Betriebsweise mit unter teilter Einspritzung erläutern;

Fig. 7 ein Diagramm, das in Abhängigkeit vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine ein Feld für einmalige Einspritzung und ein Feld für unterteilte Einspritzung zeigt;

Fig. 8 ein Diagramm, das Felder unterschiedlichen Kraftstoff drucks in Abhängigkeit vom Betriebszustand der Brenn kraftmaschine zeigt;

Fig. 9 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Druck von dem Einspritzventil zugeführter Druckluft und der Teil chengröße SMD des Kraftstoffs zeigt;

Fig. 10 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Teilchen größe SMD des Kraftstoffs und der Drehmomentzunahme zeigt;

Fig. 11, das die Beziehung zwischen dem Einspritzendzeitpunkt (Spritzende) und einer Abweichung ΔLKV des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses für verschiedene Teilchengrößen zeigt;

Fig. 12A und 12B Zeitdiagramme, die für Übergangsvorgänge ei ne magere Spitze und eine fette Spitze des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses zeigen;

Fig. 13 ein Ablaufdiagramm, das eine Routine zur Berechnung von TAU wiedergibt;

Fig. 14 ein Ablaufdiagramm, das eine Routine zur Antriebssteue rung des Einspritzventils wiedergibt;

Fig. 15 ein Ablaufdiagramm, das eine Routine zur Steuerung des Kraftstoffdrucks wiedergibt;

Fig. 16 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Teilchen größe und der Klopfgrenze wiedergibt;

Fig. 17 eine Schnittdarstellung, die ein piezogetriebenes Ein spritzventil gemäß einer ersten Abwandlung des ersten Ausführungsbeispiels zeigt;

Fig. 18 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der an einen piezoelektrischen Block angelegten Spannung und einem Ventilhub wiedergibt;

Fig. 19 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der an den pie zoelektrischen Block angelegten Spannung und dem Durch fluß des eingespritzten Kraftstoffs wiedergibt;

Fig. 20 eine schematische Darstellung, die ein Einspritzsystem zur Steuerung der Kraftstoffeinspritzung für eine Brenn kraftmaschine gemäß einer zweiten Abwandlung des ersten Ausführungsbeispiels zeigt;

Fig. 21, ein Ablaufdiagramm, das eine Routine zur Steuerung der Ventilverstellung wiedergibt;

Fig. 22 ein Diagramm, das ein Kennfeld für die Vorverstellung wiedergibt;

Fig. 23 ein Ablaufdiagramm, das einen Ausschnitt einer Routine zur Antriebssteuerung des Einspritzventils wiedergibt;

Fig. 24 ein Zeitdiagramm, das die Funktionsweise der zweiten Ab wandlung erläutert;

Fig. 25 ein Zeitdiagramm, das die Funktionsweise der zweiten Ab wandlung erläutert;

Fig. 26 ein Zeitdiagramm, das die Funktionsweise der zweiten Ab wandlung erläutert;

Fig. 27 ein Zeitdiagramm, das die Funktionsweise der zweiten Ab wandlung erläutert;

Fig. 28 ein Diagramm, das in Abhängigkeit vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine ein Feld für einmalige Einsprit zung und ein Feld für unterteilte Einspritzung gemäß ei ner weiteren Abwandlung des ersten Ausführungsbeispiels zeigt;

Fig. 29, ein Diagramm, das in Abhängigkeit vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine ein Feld für einmalige Einsprit zung und ein Feld für unterteilte Einspritzung gemäß ei ner wiederum weiteren Abwandlung des ersten Ausführungs beispiels zeigt;

Fig. 30, ein Diagramm, das in Abhängigkeit vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine ein Feld für einmalige Einsprit zung und ein Feld für unterteilte Einspritzung gemäß ei ner weiteren Abwandlung des ersten Ausführungsbeispiels zeigt;

Fig. 31 ein Zeitdiagramm, das den Ventilhub des Einlaßventils während des Öffnens, den Ventilhub des Auslaßventils wäh rend des Öffnens, die Einspritzphase des Einspritzven tils, den Verlauf der Einströmgeschwindigkeit bei geöff netem Einlaßventil und den Verlauf der Kraftstoffge schwindigkeit des in den Zylinder eingeleiteten Kraft stoffs für ein zweites Ausführungsbeispiel für den Fall mit Proportionierung der Kraftstoffgeschwindigkeit zeigt;

Fig. 32 ein Zeitdiagramm, das den Ventilhub des Einlaßventils während des Öffnens, den Ventilhub des Auslaßventils wäh rend des Öffnens, die Einspritzphase des Einspritzven tils, den Verlauf der Einströmgeschwindigkeit bei geöff netem Einlaßventil und die Kraftstoffgeschwindigkeit des in den Zylinder eingeleiteten Kraftstoffs bei dem zweiten Ausführungsbeispiel für den Fall der Mittelwertbildung der Kraftstoffgeschwindigkeit zeigt;

Fig. 33A und 33B Zeitdiagramme, die die Betriebsweise mit einmaliger Einspritzung und die Betriebsweise mit unter teilter Einspritzung erläutern;

Fig. 34 ein Diagramm, das in Abhängigkeit vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine ein Feld für einmalige Einsprit zung und ein Feld für unterteilte Einspritzung wieder gibt;

Fig. 35 ein Diagramm, das in Abhängigkeit vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine Felder für verschiedene Kraft stoffdrücke wiedergibt;

Fig. 36 ein Zeitdiagramm, das die Einspritzphase des Einspritz ventils sowie die Steuerung des Kraftstoffdrucks wieder gibt;

Fig. 37A und 37B Diagramme, die die unterschiedlichen Wirkungen von verschiedenen Teilchengrößen SMD erläutern;

Fig. 38 ein Zeitdiagramm, das eine Früheinspritzung gemäß einer ersten Abwandlung des zweiten Ausführungsbeispiels erläu tert;

Fig. 39 ein Zeitdiagramm, das eine Zusatzeinspritzung gemäß der ersten Abwandlung des zweiten Ausführungsbeispiel erläu tert;

Fig. 40A und 40B Diagramme, die durch Unterschiede der Teil chengröße SMD verursachte unterschiedliche Wirkungen bei der ersten Abwandlung des zweiten Ausführungsbeispiels erläutern;

Fig. 41 ein Zeitdiagramm, das den Ventilhub des Einlaßventils während des Öffnens, den Ventilhub des Auslaßventils wäh rend des Öffnens, die Einspritzphase des Einspritzven tils, den Hub des Ventilelements des Einspritzventils, den Verlauf der Einströmgeschwindigkeit bei geöffnetem Einlaßventil und den Kraftstoffdurchfluß des in den Zy linder einströmenden Kraftstoffs für ein drittes Ausfüh rungsbeispiel mit variablem Kraftstoffdurchfluß wieder gibt;

Fig. 42A und 42B Diagramme, die eine Betriebsweise mit variablem Durchfluß des Kraftstoffs und eine Betriebsweise mit fe stem Durchfluß des Kraftstoffs erläutern;

Fig. 43 ein Ablaufdiagramm, das eine Routine zur Antriebssteue rung des Einspritzventils gemäß dem dritten Ausführungs beispiel wiedergibt;

Fig. 44 ein Diagramm, das in Abhängigkeit vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine Felder für verschiedene Betriebs weisen der Kraftstoffeinspritzung zeigt;

Fig. 45 ein Diagramm, das Versuchsergebnisse zeigt, die die Wir kung des dritten Ausführungsbeispiels bestätigen;

Fig. 46 ein Diagramm, das Versuchsergebnisse zeigt, die die Wir kung des dritten Ausführungsbeispiels bestätigen;

Fig. 47 ein Zeitdiagramm, das den Ventilhub des Einlaßventils während des Öffnens, den Ventilhub des Auslaßventils wäh rend des Öffnens, die Einspritzphase des Einspritzven tils, den Verlauf der Einströmgeschwindigkeit bei geöff netem Einlaßventil und den Kraftstoffdurchfluß in den Zy linder gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel zeigt;

Fig. 48A und 48B Zeitdiagramme, die den Verlauf des Kraft stoffdurchflusses des in den Zylinder eingespeisten Kraftstoffes gemäß einer ersten Abwandlung des dritten Ausführungsbeispiels zeigen; und

Fig. 49A und 49B Zeitdiagramme, die den Verlauf des Kraft stoffdurchflusses des in den Zylinder eingespeisten Kraftstoffes gemäß einer zweiten Abwandlung des dritten Ausführungsbeispiels zeigen.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE [Erstes Ausführungsbeispiel]

Das Einspritzsystem gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel steuert die eingespritzte Kraftstoffmenge bei einem Mehrzylinder-Otto motor mit Kraftstoffeinspritzung, wobei jedes Einspritzven til zum Einspritzen des Kraftstoffs in den jeweiligen Zylinder mittels einer elektronischen Steuereinheit gesteuert wird, die im wesentlichen aus einem Mikrocomputer besteht. Die Steuerein heit steuert und treibt das an einem Saugstutzen angeordnete Einspritzventil derart, daß der Kraftstoff dem Zylinder inner halb einer vorgegebenen Periode, d. h. innerhalb eines vorgegebe nen Zeitabschnitts oder Zeitraumes, zugeführt wird.

Wie in Fig. 1 erkennbar ist, sind eine Abgasleitung 3 und eine Saugleitung 2 mit einer Brennkraftmaschine 1 verbunden, die im folgenden auch als Motor bezeichnet wird. Die Saugleitung 2 ist mit einer Drosselklappe 5 versehen, das mit einem Gaspedal 4 in Verbindung steht. Der Öffnungswinkel der Drosselklappe 5 wird mittels eines Öffnungswinkelfühlers 6 erfaßt. An einer Aus gleichskammer 7 der Saugleitung 2 ist ein Saugdruckfühler 8 an geordnet.

Ein Kolben 10 ist hin- und herbewegbar in einem Zylinder 9 des Motors 1 angeordnet und ist mit einer nicht dargestellten Kur belwelle über eine Pleuelstange 11 verbunden. Oberhalb des Kol bens ist ein Brennraum 13 ausgebildet, der vom Zylinder 9 und einem Zylinderkopf 12 begrenzt wird. Der Brennraum 13 steht mit der Saugleitung 2 und der Abgasleitung 3 über ein Einlaßventil 14 bzw. ein Auslaßventil 15 in Verbindung. In der Abgasleitung 3 ist ein LKV-Fühler 16, d. h. ein Fühler für das Luft-Kraftstoff-Ver hältnis, angeordnet. Dieser Fühler ist vom Grenzstromtyp und liefert in einem weiten Wertebereich ein lineares Signal, das dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis entspricht und proportional zur Sauerstoffkonzentration (oder zur Konzentration von Kohlenmon oxid, bei dem es sich um unvollständig verbranntes Gas handelt) innerhalb des Abgases ist. Ferner befindet sich am Zylinder 9, d. h. an dessen Kühlwassermantel, ein Temperaturfühler 23 zur Er fassung der Temperatur des Kühlwassers.

An einem Saugstutzen 17 des Motors 1 ist ein elektromagnetisch angetriebenes Einspritzventil 18 vorgesehen. Dem Einspritzventil 18 wird Kraftstoff (Benzin) aus einem Kraftstoffbehälter 19 zu geführt. Das Einspritzventil 18 ist Bestandteil eines Mehrpunkt-Ein spritzsystems, das für jedes gegabelte Saugrohr des Ansaug krümmers ein Einspritzventil aufweist. Beim vorliegenden Ausfüh rungsbeispiel sind die Einspritzventile 18 der einzelnen Zylin der miteinander über eine Förderleitung 25 verbunden. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das Einspritzventil 18 als luftunterstütztes Vierloch-Einspritzventil ausgebildet.

Zwischen dem Kraftstoffbehälter 19 und dem Einspritzventil 18 ist eine Kraftstoffpumpe 26 angeordnet, die Kraftstoff in die Förderleitung 25 unter Steuerung des Kraftstoffdrucks einspeist. Von stromauf der Saugleitung zugeführte Frischluft wird im Saug stutzen 17 mit dem von dem Einspritzventil 18 eingespritzten Kraftstoff gemischt, und das Gemisch wird dem Brennraum 13 in nerhalb des Zylinders 9 zugeführt, während das Einlaßventil 14 offen ist.

Eine im Zylinderkopf 12 angeordnete Zündkerze 23 zündet, wenn Zünd(hoch)spannung von einer Zündvorrichtung 28 anliegt. Mit der Zündvorrichtung 28 ist ein Zündverteiler 20 zum Verteilen der Zündspannung auf die einzelnen Zündkerzen 27 verbunden, die je weils einem der Zylinder zugeordnet sind. Der Zündverteiler 20 ist mit einem Bezugsstellungsfühler 21 versehen, der in Abhän gigkeit vom Drehwinkel der Kurbelwelle jeweils nach 720°KW ein Impulssignal liefert. Ferner ist der Zündverteiler 20 mit einem Drehwinkelfühler 22 versehen, der nach kleineren Kurbelwinkel schritten, beispielsweise jeweils nach 30°KW, ein Impulssignal liefert.

Die elektronische Steuereinheit 30 besteht beispielsweise aus einem Mikrocomputersystem und umfaßt einen A/D-Wandler 31, eine Ein-Ausgabeschnittstelle (I/O) 32, eine Zentraleinheit (CPU) 33, einen Festspeicher (ROM) 34, einen Direktzugriffsspeicher (RAM) 35, einen Direktzugriffs-Hintergrundspeicher 36 und weitere Ele mente. Die einzelnen vom Öffnungswinkelfühler 6, vom Saugdruck fühler 8, vom LKV-Fühler 16 und vom Temperaturfühler 23 erfaßten Impulssignale werden am A/D-Wandler 31 eingegeben, der eine Ana log/Digitalumwandlung vornimmt, und gelangen über einen Sammel weg 37 zur Zentraleinheit 33. Die einzelnen Impulssignale vom Bezugsstellungsfühler 21 und vom Drehwinkelfühler 22 werden über die Ein-Ausgabeschnittstelle 32 und den Sammelweg 37 an der Zen traleinheit 33 eingegeben. Die Zentraleinheit 33 ermittelt den Drosselöffnungswinkel, den Ansaugluftdruck PM, das Luft- Kraftstoff-Verhältnis LKV, die Temperatur Tw des Kühlwassers, ein der Bezugsstellung der Kurbelwelle entsprechendes Bezugs signal sowie die Drehzahl Ne der Brennkraftmaschine.

Im Zuge der Steuerung der Kraftstoffeinspritzung bestimmt die Zentraleinheit 33 aufgrund des Bezugssignals denjenigen Zylin der, in den Kraftstoff eingespritzt werden soll bzw. muß. Ferner steuert die Zentraleinheit auf der Grundlage der verschiedenen erfaßten und berechneten Signale, die den Betriebszustand der Brennkraftmaschine beschreiben, die Kraftstoffmenge, die mittels des Einspritzventils 18 eingespritzt werden soll bzw. muß. Dann wird, unter Steuerung durch die Zentraleinheit 33, innerhalb ei nes vorgegebenen Zeitraums, währenddessen der Übergang vom Aus laßhub zum Saughub der Brennkraftmaschine 1 erfolgt, Kraftstoff eingespritzt und dem Brennraum 13 innerhalb des Zylinders 9 zu geführt, wenn das Einlaßventil 14 während des Saughubes offen ist.

Im folgenden wird die Ausbildung des Einspritzventils 18 aus führlich unter Bezugnahme auf Fig. 2 erläutert. Das Einspritz ventil 18 dieses Ausführungsbeispieles ist als elektromagneti sches Ventil ausgebildet, das in Ruhestellung geschlossen ist.

Wie Fig. 2 zeigt, sind die Hauptbestandteile des Einspritzven tils 18 ein Düsenkörper 41, ein Ventilelement 42, ein elektroma gnetischer Stellantrieb 43 sowie ein Druckluftadapter 44. Im Dü senkörper, der eine im wesentlichen zylindrische Gestalt hat, sind eine Führungsbohrung 46, in der verschiebbar das Ventilele ment 42 angeordnet ist, sowie vier Spritzlöcher 45 ausgebildet, von denen lediglich eines dargestellt ist. Die Spritzlöcher 45 befinden sich am unteren Ende (in der in Fig. 2 unteren Stirn fläche) und dienen zum Einspritzen von Kraftstoff in die Sau gleitung 2. Zwischen dem Spritzloch 45 und der Führungsbohrung 46 des Düsenkörpers 41 ist ein konischer Ventilsitz 47 ausgebil det.

An dem das Spritzloch 45 des Düsenkörpers 41 aufweisenden Ende (unteres Ende in Fig. 2) ist der Druckluftadapter 44 angebracht. Der Druckluftadapter 44 leitet den durch das Spritzloch 45 ein gespritzten Kraftstoff in die Saugleitung 2. Der Druckluftadap ter 44 ist mit mehreren Einlaßöffnungen 48 zum Einleiten von Zu satz- bzw. Druckluft versehen, die die Zerstäubung des Kraft stoffs beschleunigt. Ferner ist der Druckluftadapter 44 mit Zweigkanälen 49 versehen, die das Gemisch aus dem Kraftstoff, der durch die Spritzlöcher 45 eingespritzt wird, und der Druck luft, die durch die Einlaßöffnungen 48 zugeführt wird, auftei len, so daß es in verschiedenen Richtungen und unter vorgegebe nen Winkeln eingespritzt wird. Die Zweigleitungen 49 sind in zwei Richtungen derart aufgeteilt, daß sie auf die Mitten der kegeligen Abschnitte der zwei Einlaßventile 14 gerichtet sind, die jedem Zylinder zugeordnet sind. Da das Einspritzventil 18 gemäß diesem Ausführungsbeispiel vier Spritzlöcher aufweist han delt es sich um ein "Vierloch-Einspritzventil".

An die Einlaßöffnungen 48 ist ein Druckregler 71 angeschlossen, der den Druck der Druckluft, die den Einlaßöffnungen 48 des Druckluftadapters 44 zugeführt wird, so steuert, daß eine be stimmte Druckdifferenz bezüglich des Drucks stromab der Drossel klappe in der Saugleitung 2 vorliegt. Mit dem Druckregler 71 ist eine Pumpe 72 verbunden, die Druckluft liefert und angetrieben wird, wenn die Zündung eingeschaltet wird. Daher wird die Zer stäubung des aus den Spritzlöchern 45 eingespritzten Kraftstoffs beschleunigt durch die Zufuhr von Luft aus den Einlaßöffnungen 48, die die vorgegebene Druckdifferenz bezüglich des Ansaug drucks stromab der Drosselklappe hat. Das beschriebene Ein spritzventil ist derart ausgebildet, daß die Einlaßöffnungen 48 mittels der Pumpe 72 über den Druckregler 71 kontinuierlich mit Druckluft unter einem Druck von ungefähr 300 kPa gespeist wer den. Das Einspritzventil kann auch derart ausgebildet sein, daß die Pumpe 72 synchron zur Kraftstoffeinspritzung aktiviert wird und nur dann Druckluft zugeführt wird. In diesem Fall beginnt die Druckluftlieferung unmittelbar vor Beginn der Einspritzung und wird sie beendet, wenn die Einspritzung endet.

Das nadelförmige Ventilelement 42 ist mit Führungsabschnitten 51a und 51b versehen, die an in Axialrichtung des Ventilelemen tes 42 beabstandeten Stellen ausgebildet sind. Während das Ven tilelement 42 in der Führungsbohrung 46 gleitet, stehen die Füh rungsabschnitte 51a und 51b in Berührung mit der inneren Um fangsfläche der Führungsbohrung 46. Das Ventilelement 42 ist ferner mit ebenen Flächen 52a und 52b versehen, die in Umfangs richtung neben und zwischen den Führungsabschnitten 51a bzw. 51b ausgebildet sind. Kraftstoff kann durch die zwischen den Flächen 52a und 52b sowie der inneren Umfangs fläche der Führungsbohrung 46 ausgebildeten Spalte strömen.

Das Ventilelement 42 ist ferner mit einem Sitzabschnitt 53 ver sehen, der in Anlage am Ventilsitz 47 des Düsenkörpers 41 treten kann. Das Ventilelement kann sich zwischen einer Schließstellung (der in Fig. 2 gezeigten Stellung), in der der Sitzabschnitt auf dem Ventilsitz 47 aufsitzt und dadurch das Spritzloch 45 schließt, und einer Offenstellung bewegen, in der der Sitzab schnitt 53 um eine bestimmte Strecke vom Ventilsitz 47 abgehoben ist und dadurch das Spritzloch 45 offenhält.

An der oberen Stirnseite des Düsenkörpers 41 ist ein ringförmi ger Anschlag 54 angeordnet. Das Ventilelement 42 verläuft durch den Anschlag 54 und steht somit aus dem Anschlag 54 in Richtung zu einem Gehäuse 55 vor. Im Bereich des Anschlags 54 ist das Ventilelement 42 mit einem umlaufenden Flansch 56 versehen. Wenn der elektromagnetische Stellantrieb 43 aktiviert ist und dadurch das Ventilelement 42 nach oben zieht, trifft der Flansch 56 auf den Anschlag 54, wodurch die Offenstellung des Ventilelements 52 begrenzt ist.

Der innerhalb des Gehäuses 55 angeordnete elektromagnetische Stellantrieb 43 umfaßt einen Kern (Anker) 57, einen Stator 58 sowie eine elektromagnetische Spule 59. Der Kern 57 ist mit dem Ventilelement 42 derart verbunden, daß sie sich wie ein Teil be wegen, und ist ständig der Kraft einer Schließfeder 60 ausge setzt, die in Richtung der Schließstellung des Ventilelements 42, d. h. nach unten in Fig. 2, wirkt. Der Stator 58 hat eine zy lindrische Gestalt und besteht aus einem magnetischen Werkstoff. Er ist koaxial bezüglich des Kerns 57 angeordnet und weist einen Flanschabschnitt 58a auf, der mit dem Rand des Gehäuses 55 ver stemmt und dadurch am Gehäuse 55 befestigt ist. Innerhalb des Stators 58 ist ein rohrförmiger Zylinder 61 angeordnet. Stromauf des Zylinders 61 befindet sich eine Einlaßöffnung 62, durch die Kraftstoff zuströmen kann. Die Einlaßöffnung 62 ist mit einem Filter 63 versehen.

Die elektromagnetische Spule 59 ist mit einem Anschluß 64 ver bunden, über den Steuersignale von außen, d. h. von der Steuer einheit 30, zugeführt werden. Der Anschluß 64 wird von einer Muffe 65 getragen, die an einem spritzgegossenen Kunstharzteil 66 ausgebildet ist, das am oberen Ende des Gehäuses 55 angeord net ist.

Wenn Kraftstoff durch die Einlaßöffnung 62 zuströmt, wird er durch das Filter 64, den Zylinder 61, den Kern 57 und einen Spalt zwischen dem Anschlag 54 sowie dem Ventilelement 42 im Einspritzventil 18 zur Führungsbohrung geleitet. Wenn dann die elektromagnetische Spule 59 mittels der Steuereinheit 30 erregt wird, erzeugt sie eine Magnetkraft, durch die der Kern 57 entge gen der Kraft der Schließfeder 60 nach oben in Fig. 2 gezogen wird. Dadurch wird ein Spalt zwischen dem Ventilsitz 47 und dem Sitzabschnitt 53 geöffnet, so daß Kraftstoff durch die Spritzlö cher 45 sowie die Zweigkanäle 49 des Druckluftadapters 44 in die Saugleitung 2 eingespritzt wird.

Im folgenden werden die Betriebsweisen und Funktionen des vor stehend beschriebenen Einspritzsystems erläutert. Die Funktionen des Einspritzsystems gemäß dem beschriebenen Ausführungsbeispiel können wie folgt zusammenfassend beschrieben werden:

a) Steuerung der Einströmphase des Kraftstoffs in den Zylinder auf eine bestimmte Periode während der Anfangsphase des Saug hubes (Steuerung der Einströmphase);
b) Unterteilte Einspritzung des Kraftstoffs entsprechend dem Betriebszustand des Motors (unterteilte Kraftstoffeinsprit zung); und
c) Zerstäubung des dem Zylinder zugeführten Kraftstoffs (Zerstäubung des eingespritzten Kraftstoffs).

Im folgenden wird zunächst die Funktion (a) "Steuerung der Ein strömphase" unter Bezugnahme auf die Fig. 3 bis 5 erläutert.

Fig. 3 ist ein Zeitdiagramm, das die Ventilhübe des Einlaßven tils 14 und des Auslaßventils 15 während des Öffnens, die Ein spritzphase des Einspritzventils 18 und den Verlauf der Ein strömgeschwindigkeit bei geöffnetem Einlaßventil 14 zeigt, wobei auf der horizontalen Achse die oberen Totpunkte (OT) und die un teren Totpunkt (UT) während eines Arbeitsspiels des Kolbens 10 eingetragen sind. Obwohl die Einströmgeschwindigkeit etwas nach dem Öffnungszeitpunkt des Einlaßventils 14 anzuwachsen beginnt, sind diese Zeitpunkte aus Gründen der Einfachheit in Fig. 3 als gleichzeitig dargestellt.

Wie Fig. 3 zeigt, öffnet das Auslaßventil 15 kurz vor dem UT und schließt es unmittelbar nach dem Ansaug-OT. Das Einlaßventil 14 öffnet kurz vor dem Ansaug-OT und schließt unmittelbar nach dem UT. Während das Einlaßventil 14 geöffnet ist, übersteigt die Einströmgeschwindigkeit einen vorgegebenen Grenzwert Vr während einer bestimmten Periode, die in Fig. 3 mit "T" bezeichnet ist. Diese Periode T entspricht dem Zeitraum, während dessen der Ven tilhub des Einlaßventils 14 ungefähr 20% und mehr des vollen Ventilhubs, d. h. des Ventilhubs von 100%, beträgt.

Bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel wird der mittels des Einspritzventils 18 eingespritzte Kraftstoff in den Zylinder während einer Periode T/3 eingeleitet, deren Dauer 1/3 der Peri ode T beträgt und die zu Beginn der Periode T liegt. Der mittels des Einspritzventils 18 eingespritzte und zerstäubte Kraftstoff strömt in den Zylinder, in den der Kraftstoff von der während der Anfangsphase der Ventilöffnungsperiode des Einlaßventils an gesaugten Luft mitgerissen wird. Die Kraftstoffeinspritzung mit tels des Einspritzventils 18 wird unter Berücksichtigung der Tatsache, daß die Einströmphase, während der der Kraftstoff in den Zylinder strömt, in die Periode T/3 in Fig. 3 gelegt ist, zurückgerechnet. Praktisch wird die Einspritzphase auf einen früheren Zeitraum eingestellt, indem eine Verzögerungszeit ge schätzt wird, die verstreicht, bis der in den Saugstutzen 17 eingespritzte Kraftstoff das Einlaßventil 14 erreicht.

Der Ladewirkungsgrad für die angesaugte Luft wird erhöht und das Ausgangsdrehmoment des Motors 1 wird verbessert, wenn der Kraft stoff in den Zylinder während der Periode T/3 gemäß Fig. 3 in nerhalb der Periode einströmt, während der Ventilhub mehr als 20 beträgt, d. h. während der die Einströmgeschwindigkeit den vorgegebenen Grenzwert Vr übersteigt. Ferner erlaubt es die se Art der Kraftstoffeinleitung, daß das Drehmoment erhöht wird, ohne daß die Menge unverbrannter Kohlenwasserstoffe zunimmt. Die Drehmomentzunahme wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Fig. 4A bis 4C erläutert.

Fig. 4A zeigt den-Zustand, während dessen zerstäubter Kraftstoff bei geöffnetem Einlaßventil 1 während der Anfangsphase des Saug hubes (der Periode T/3 in Fig. 3) in den Brennraum 13 einströmt. Während der Anfangsphase der Abwärtsbewegung des Kolbens 10 strömt in diesem Zustand eine große Menge zerstäubten Kraft stoffs zusammen mit Luft in den Brennraum 13 ein. Dieser Kraft stoff beginnt zu verdampfen. Da während der Verdampfung Wärme aufgenommen wird, sinkt die Temperatur der angesaugten Luft.

Fig. 4B zeigt den Zustand, während dessen sich der Kolben 10 am oder unmittelbar vor dem unteren Totpunkt (UT) befindet. Zu die sem Zeitpunkt wird bei geöffnetem Einlaßventil 14 lediglich Luft eingesaugt. Die im Brennraum 13 befindliche Luft niedriger Tem peratur wird durch die zusätzlich eingesaugte Luft verwirbelt, wodurch die Temperatur der Luft weiter absinkt. Es ist zu beach ten, daß zu diesem Zeitpunkt die Verdampfung des während der An fangsphase des Saughubes eingeströmten Kraftstoffs annähernd ab geschlossen ist. Da die Dichte der Luft aufgrund des Temperatur abfalls derselben zunimmt, nimmt das Volumen der Luft je Ge wichtseinheit ab. Demzufolge nimmt die Menge der bei geöffnetem Einlaßventil 14 während dieser Phase angesaugten Luft zu. Dies heißt mit anderen Worten, daß der Ladewirkungsgrad der angesaug ten Luft verbessert ist und daß das Ausgangsdrehmoment des Mo tors 1 erhöht ist.

Fig. 4C zeigt den Zustand im Zylinder während des Verdichtungs hubes. Da der Kraftstoff vollständig verdampft ist, verbleibt eine geringstmögliche Menge zerstäubten Kraftstoffs.

Bei herkömmlichen Einspritzsystemen, bei denen Kraftstoff bis in die späten Phasen des Saughubes kontinuierlich einströmt, kann es vorkommen, daß selbst beim Schließen des Einlaßventils 14 noch unverdampfter Kraftstoff vorhanden ist, und in Form unver brannter Kohlenwasserstoffe ausgestoßen wird (auch die Benetzung mit Kraftstoff nimmt zu). Da ferner die Verdampfungswärme nicht vollständig ausgenutzt wird, wenn die Verdampfung des Kraft stoffs unzureichend ist, ist der Ladewirkungsgrad der Ansaugluft niedrig. Im Gegensatz dazu ist bei dem Einspritzsystem gemäß dem beschriebenen Ausführungsbeispiel der Ladewirkungsgrad der An saugluft verbessert, da die Verdampfungswärme effektiv ausge nutzt wird.

Fig. 5 ist ein Diagramm, das Versuchsergebnisse wiedergibt, die die unter Bezugnahme auf Fig. 4 erläuterten Erscheinungen bestä tigt. In Fig. 4 gibt die horizontale Achse den Anteil der Zeit wieder, während der in der Anfangsphase des Saughubes Kraftstoff in den Zylinder eingeleitet wird (tatsächliche Kraftstoffein strömzeit/Gesamtzeit, während der der Hub des Einlaßventils 20% beträgt oder größer als 20% ist). Auf den vertikalen Achsen sind die Drehmomentzunahme und die Zunahme unverbrauchter Kohlenwas serstoffe aufgetragen. Es ist in Fig. 5 erkennbar, daß eine ma ximale Zunahme des Drehmoments erreicht werden kann, wenn der Anteil der Kraftstoffeinströmzeit auf ungefähr 30% oder weniger vermindert wird. Wenn der Anteil der Kraftstoffeinströmzeit zu stark verringert wird, d. h. wenn die Kraftstoffeinleitung wäh rend der Anfangsphase des Saughubes zu stark innerhalb eines kurzen Zeitraumes konzentriert wird, kann es jedoch dazu kommen, daß die Benetzung des Zylinders mit Kraftstoff zunimmt und daß auch die Menge unverbrannter Kohlenwasserstoffe zunimmt. Daher ist es zweckmäßig, den Anteil der Kraftstoffeinströmzeit auf un gefähr 25 bis 30% festzusetzen, um eine maximale Erhöhung des Drehmoments ohne gleichzeitige Erhöhung des Anteils an verbrann ter Kohlenwasserstoff zu erreichen. Aus diesen Gründen wird da her beim beschriebenen Ausführungsbeispiel der Kraftstoff in den Zylinder während einer Periode eingeleitet, die zu Beginn der Periode T liegt und 1/3 von deren Dauer hat, wobei die Periode T diejenige ist, während der die Einströmgeschwindigkeit den vor gegebenen Grenzwert übersteigt.

Im folgenden wird unter Bezugnahme auf Fig. 6 bis 8 die Funk tionen (b) "unterteilte Kraftstoffeinspritzung" erläutert.

Die in Fig. 3 mit "T/3" bezeichnete Periode wird bei Zunahme der Drehzahl des Motors kürzer. Ferner nimmt die während der Periode T/3 einzuspritzende Kraftstoffmenge bei Zunahme der Motorlast zu. Unter diesen Umständen besteht die Möglichkeit, daß der Aus stoß an unverbrannten Kohlenwasserstoffen zunimmt, wenn die ge samte einspritzende Kraftstoffmenge (100%) dem Zylinder auf ein mal innerhalb der Periode T/3 zugeführt wird. Daher können bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel eine in Fig. 6A erläuterte Betriebsweise (einmalige Einspritzung), bei der der gesamte Kraftstoff (100%) auf einmal innerhalb der Periode T/3 einge spritzt wird, und eine in Fig. 6B erläuterte Betriebsweise (unterteilte Einspritzung) gewählt und festgelegt werden, bei der ungefähr 50% des gesamten Kraftstoffs innerhalb der Periode T/3 eingespritzt werden und die restlichen 50% des Kraftstoffs außerhalb des Saughubes eingespritzt werden.

Fig. 7 ist ein Diagramm, das Drehzahlbereiche und Lastbereiche des Motors 1 wiedergibt, aufgrund derer entweder die Betriebs weise "einmalige Einspritzung" oder die Betriebsweise "unterteilte Einspritzung" gewählt wird. In Fig. 7 entsprechen ein Bereich mit niedriger bis mittlerer Drehzahl und ein Bereich mit niedriger bis mittlerer Last einem Feld (Feld mit einmaliger Einspritzung), das in Fig. 7 gestrichelt begrenzt ist und in dem das Einspritzventil 18 den Kraftstoff auf einmal einspritzt. Ein Bereich mit hoher Drehzahl oder ein Bereich mit hoher Last ent sprechen einem Feld (Feld mit unterteilter Einspritzung), in dem das Einspritzventil 18 den Kraftstoff unterteilt einspritzt.

Ferner ist es notwendig, den Durchfluß des mittels des Ein spritzventils 18 eingespritzten Kraftstoffs, d. h. die je Zeiteinheit durchströmende Kraftstoffmenge, entsprechend dem Be triebszustand zu ändern, um die beschriebene Kraftstoffeinströ mung innerhalb der Periode T/3 im gesamten Betriebsbereich des Motors zu realisieren. Dies bedeutet, daß im Falle der Betriebs weise "einmalige Einspritzung" der Kraftstoffdurchfluß am Ein spritzvenitl 18 der bei niedriger Drehzahl oder Last des Motors niedrig sein kann, erhöht werden muß, wenn die Drehzahl oder die Last des Motors steigen. In diesem Fall wird dann gemäß dem vor liegenden Ausführungsbeispiel der Durchfluß dadurch gesteuert, daß der Druck des Kraftstoffs (Kraftstoffdruck Pf), der dem Ein spritzventil 18 zugeführt wird, verändert wird, was wiederum er folgt, indem ein Steuerstrom (Pumpenstrom) für die Kraftstoff pumpe 26 entsprechend gesteuert wird.

Fig. 8 ist ein Diagramm, gemäß dem der Kraftstoffdruck Pf ent sprechend der Drehzahl und der Last des Motors eingestellt wird. Ein in Fig. 8 gestrichelt abgegrenztes Feld stimmt überein mit dem Feld für einmalige Einspritzung im Diagramm gemäß Fig. 7. Innerhalb dieses Feldes werden ein Feld für niedrigen Kraft stoffdruck, ein Feld für mittleren Kraftstoffdruck und ein Feld für hohen Kraftstoffdruck entsprechend der Drehzahl und der Last des Motors eingestellt. Zu beachten ist, daß mittlerer Kraft stoffdruck auch eingestellt wird in demjenigen Feld (Feld mit hoher Drehzahl und/oder hoher Last), das in Fig. 7 der unter teilten Einspritzung zugeordnet ist.

Als nächstes wird die Funktion (c) "Zerstäubung des eingespritz ten Kraftstoffs'' unter Bezugnahme auf die Fig. 9 bis 12 er läutert.

Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel kommt das luftunter stützte Einspritzventil 18 zum Einsatz und wird der Kraftstoff derart zerstäubt, daß die Teilchengröße SMD des Kraftstoffs (SMD = mittlerer Teilchendurchmesser nach Sauter) in einen vorbe stimmten Bereich fällt. Dieses geschieht durch Steuerung der dem Einspritzventil 18 zugeführten Druckluft. In diesem Zusammenhang ist zu berücksichtigen, daß der Teilchendurchmesser SMD die in Fig. 9 gezeigte Abhängigkeit vom Druck der Zusatz- bzw. Druck luft am Einspritzventil 18 hat. Je höher der Druck der Druckluft ist, desto kleiner wird der Teilchendurchmesser SMD. Auf diese Weise wird der Kraftstoff zerstäubt.

Fig. 10 zeigt das Ergebnis von praktischen Versuchen, die an ei nem Motor durchgeführt worden sind und den Einfluß der Teilchen größe SMD des Kraftstoffs auf die Drehmomentzunahme bestätigen. In dem Diagramm ist auf der vertikalen Achse die Drehmomentzu nahme in Abhängigkeit von einer Änderung der Teilchengröße SMD des Kraftstoffs aufgetragen, wobei die Teilchengröße durch Steuerung des Drucks der dem Einspritzventil 18 zugeführten Druckluft im Bereich von 0 bis 500 kPa gesteuert wird. Die Er gebnisse gemäß Fig. 10 gelten für einen Zustand mit vollständig geöffneter Drosselklappe (Vollast) und für Ne=2000 Upm. Fer ner gilt Fig. 10 für den Fall, daß mit der Funktion (a) "Steuerung der Einströmphase" gearbeitet wird und der Kraftstoff während der Periode T/3 zu Beginn der Periode T einströmt, wäh rend der die Einströmgeschwindigkeit den vorgegebenen Grenzwert übersteigt.

Wie in Fig. 10 erkennbar ist, ist die Drehmomentzunahme um so größer (um ungefähr mehrere %), je kleiner die Teilchengröße SMD ist. Ferner ist erkennbar, daß es einen optimalen Wert für den Teilchengröße SMD des Kraftstoffs gibt, bei dem die Wirkung der Verdampfungswärme optimal ausgenutzt wird. Aufgrund der Ergeb nisse gemäß Fig. 10 sowie anderer Ergebnisse wurde gefunden, daß der optimale Wert der Teilchengröße SMD im Bereich von ungefähr 10 bis 30 µm liegt.

Wenn der Kraftstoff in den Zylinder entsprechend dem Verfahren zugeführt wird, das im Zusammenhang mit der Funktion (a) erläu tert wurde, wird der Kraftstoff mitgerissen von der beim Öffnen des Einlaßventils 14 auftretenden Luftströmung, wodurch das An haften von Kraftstoff am Saugstutzen 17 (Saugstutzenbenetzung) vermindert wird und wodurch ferner die während Übergangs- bzw. Lastwechselperioden des Motors auftretenden Spitzen, d. h. die Maximal- oder Scheitelwerte, des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses beträchtlich verringert werden. Diese Wirkung der Reduzierung der Spitzen des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses kann dadurch ver stärkt werden, daß die Teilchengröße SMD des Kraftstoffs auf ei nen vorbestimmten wert gesteuert wird. Im folgenden werden unter Bezugnahme auf Fig. 11 an einem Motor praktisch gewonnene Ver suchsergebnisse erläutert, die diese Wirkung bestätigen.

Die in Fig. 11 wiedergegebenen Versuchsergebnisse zeigen, in welcher Weise eine magere Spitze oder eine fette Spitze des Luft-Kraftstoff-Gemischs dadurch auftritt, dadurch daß der Druck in der Saugleitung erhöht oder vermindert wird. Die Versuchser gebnisse gemäß Fig. 11 gelten für Ne=2000 Upm, für Tw=20°C, für den Fall, daß keine Niedrigtemperaturkorrektur erfolgt, und für den Fall, daß das Luft-Kraftstoff-Verhältnis das stöchiome trische Verhältnis (14,7) ist.

Für die magere Spitze des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses wird bei diesem Versuch der Druck in der Saugleitung schrittweise von 400 mmHg auf 600 mmHg verändert, wie dies in Fig. 12A gezeigt ist. Für die fette Spitze des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses wird da gegen der Druck in der Saugleitung schrittweise von 600 mmHg auf 400 mmHg verändert, wie dies in Fig. 12B gezeigt ist.

In Fig. 11 ist auf der vertikalen Achse für jede der Teilchen größen SMD von 20 µm, 50 µm und 200 µm die Abweichung ΔLKV des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses zur mageren Seite im Falle einer mageren Spitze und zur fetten Seite im Falle einer fetten Spitze aufgetragen. Die Endzeitpunkte der Einspritzung, bei denen die Verzögerungszeit bis zum Einströmen des Kraftstoffs in den Zy linder berücksichtigt ist, sind 30°KW vor dem Ansaug-OT, 120°KW nach dem Ansaug-OT (Mitte der Ventilöffnungsperiode des Ein laßventils) und 30°KW nach dem Verdichtungs-OT. Das Diagramm gemäß Fig. 11 zeigt die jeweiligen Abweichungen ΔLKV für diese Kurbelwinkel. Es ist in Fig. 11 erkennbar, daß sowohl für die mageren Spitzen als auch für die fetten Spitzen die Abweichung ΔKV des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses um so kleiner ist, je kleiner die Teilchengröße SMD des Kraftstoffs ist. Ferner wurde festgestellt, daß die Abweichung ΔLKV des Luft-Kraftstoff-Ver hältnisses minimal wird, wenn der Endzeitpunkt der Einsprit zung vor dem Öffnen des Einlaßventils liegt, so daß der Kraft stoff in den Zylinder während der Anfangsphase des Saughubes einströmt. Es wird angenommen, daß der Grund hierfür darin liegt, daß der Kraftstoff, der vom angesaugten Luftstrom trans portiert bzw. mitgerissen wird, in den Zylinder einströmt, ohne am Saugstutzen zu haften, wenn die Einspritzung vor dem Öffnen des Einlaßventils endet. Diese Ergebnisse machen klar, daß eine Verschlechterung der Emission, die durch Abweichungen des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses in Übergangsperioden verursacht wird, bei dem erfindungsgemäßen Einspritzsystem im Vergleich zu her kömmlichen Einspritzsystemen beträchtlich vermindert werden kann. Es hat sich gezeigt, daß dieses Phänomen in gleicher Weise selbst dann auftritt, wenn die Temperatur des Kühlwassers einen hohen Wert von beispielsweise 80°C hat.

Ferner haben Versuchsergebnisse, die durch die optische Beobach tung des in den Saugstutzen 17 gesprühten Kraftstoffsprühstrahls gewonnen worden sind, bestätigt, daß eine günstige Sprüh strahlausbildung erreicht wird und daß das Gemisch ideal in den Zylinder einströmen kann wenn der zerstäubte Kraftstoff während einer Phase eingespritzt wird, die kurz vor dem Öffnen des Ein laßventils 14 liegt (30°KW vor dem Ansaug-OT).

Im folgenden werden unter Bezugnahme auf die Ablaufdiagramme ge mäß den Fig. 13 bis 15 verschiedenen mittels der Zentraleinheit 33 innerhalb der elektronischen Steuereinheit 30 realisierte Verarbeitungsschritte zur Steuerung der Kraftstoffzufuhr bzw. -ein spritzung erläutert. Die Routine zur Berechnung von TAU gemäß Fig. 13 wird synchron zur Einspritzung des Kraftstoffs in jeden Zylinder ausgeführt (beim vorliegenden Ausführungsbeispiel je 180°KW), und die übrigen Routinen gemäß den Fig. 14 und 15 wer den bei getakteten Unterbrechungen mit vorgegebener Taktdauer ausgeführt.

Wenn die Routine zur Berechnung von TAU gemäß Fig. 13 begonnen wird, berechnet die Zentraleinheit 33 zunächst im Schritt 101 eine Basis-Einspritzdauer Tp entsprechend der aktuellen Drehzahl Ne und dem aktuellen Ansaugdruck PM des Motors unter Verwendung eines Kennfeldes, das zuvor im Festspeicher 34 gespeichert wor den ist. Im Schritt 102 entscheidet die Zentraleinheit 33, ob eine vorgegebene Rückkopplungsbedingung erfüllt ist, d. h. eine Bedingung, die die Regelung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses im geschlossenen Regelkreis ermöglicht. Im vorliegenden Fall gehört zur Rückkopplungsbedingung unter anderem, daß die Kühlwassertem peratur Tw oberhalb eines vorgegebenen Temperaturwertes liegt, daß der Motor nicht bei hoher Drehzahl und nicht bei hoher Last arbeitet und daß der LKV-Fühler 16 sich in seinem aktiven Zu stand befindet.

Wenn im Schritt 102 die Entscheidung NEIN ist, schreitet die Zentraleinheit zu Schritt 103 fort und setzt sie für einen Rege lungskorrekturfaktor FAF den Wert "1,0". Die Setzung FAF=1,0 bedeutet, daß das Luft-Kraftstoff-Verhältnis nicht geregelt, sondern im offenen Kreis gesteuert wird. Wenn im Schritt 102 JA entschieden wird, schreitet die Zentraleinheit 33 zum Schritt 104 fort, in dem der Regelungskorrekturfaktor FAF bestimmt bzw. gesetzt wird.

Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel erfolgt die Regelung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses nach der höheren Regeltheo rie. Im Zuge dieser Regelung wird der Regelungskorrekturfaktor FAF mit Hilfe der folgenden Gleichungen (1) und (2) berechnet, um den mittels des LKV-Fühlers 16 erfaßten Ist-Wert in Überein stimmung mit einem Soll-Wert des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses zu bringen. In diesem Zusammenhang wird darauf hingewiesen, daß ein Verfahren zur Bestimmung des Regelungskorrekturfaktors FAF in der Veröffentlichung JP 1-110853 A offenbart ist.

FAF = K1.λ + K2.FAF1 + --- + Kn + 1.FAFn + ZI (1)

ZI = ZII + Ka.(λTG - λ) (2)

In den beiden Gleichungen (1) und (1) bezeichnet λ einen durch Umwandlung des vom LKV-Fühler 16 gelieferten Strome erhaltenen Wert des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses. XTG bezeichnet den Soll-Wert des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses. K1 bis Kn+1 bezeichnen Regelungskonstanten, Z1 bezeichnet einen Integralterm und Ka be zeichnet eine Integralkonstante. Die Indices 1 bis n+1 sind Va riablen, die der Anzahl der Regelungsvorgänge seit Beginn der Abtastung bzw. Signalabfrage anzeigen.

Nachdem die Zentraleinheit 33 die Basis-Einspritzdauer Tp be rechnet hat sowie den Regelungskorrekturfaktor FAF und einen weiteren Korrekturfaktor FALL berechnet hat, der von verschiede nen Korrekturfaktoren wie der Kühlwassertemperatur, der Last ei ner Klimaanlage oder dergleichen abhängt, berechnet die Zen traleinheit 33 im Schritt 105 die endgültige Einspritzdauer TAU für die Kraftstoffeinspritzung aus einer wirkungslosen Ein spritzdauer Tv unter Verwendung der folgenden Gleichung (3).

TAU = Tp.FAF.FALL + Tv (3)

Die Zentraleinheit beendet diese Routine zunächst nach Berech nung der Einspritzdauer TAU.

Die in Fig. 14 gezeigte Routine zur Steuerung des Antriebs des Einspritzventils wird nach einer vorgegebenen Taktdauer von bei spielsweise 4 msec im Zuge der getakteten Unterbrechung aufgeru fen. Im Schritt 201 liest die Zentraleinheit 33 die den Be triebszustand des Motors betreffenden Größen wie die Drehzahl Ne, den Ansaugdruck PM, die Kühlwassertemperatur Tw und derglei chen ein. Dann bestimmt die Zentraleinheit im Schritt 202 die Betriebsweise der Einspritzung auf der Grundlage der zuvor ein gelesenen Betriebszustands-Signale. Bei der Bestimmung der Be triebsweise der Einspritzung wählt die Zentraleinheit 33 entwe der die Betriebsweise "einmalige Einspritzung" oder die Be triebsweise "unterteilte Einspritzung" je nach dem, ob sich die Drehzahl Ne im niedrigen, mittleren oder hohen Drehzahlbereich befindet und ob sich die Last des Motors (Ansaugdruck PM) im niedrigen, mittleren oder hohen Lastbereich befindet, wobei im Prinzip das Diagramm gemäß Fig. 7 benutzt wird. Der Kraftstoff wird allerdings gemäß einer Betriebsweise "niedrige Temperatur" beispielsweise dann eingespritzt, wenn der Motor 1 bei niedriger Temperatur angelassen wird, wobei dann die Kraftstoffeinsprit zung nicht gemäß einer der beiden zuvor erläuterten Betriebswei sen erfolgt. Demzufolge wird im Schritt 202 bei der Bestimmung der Betriebsweise eine der drei vorstehend genannten Betriebs weisen, einschließlich der Betriebsweise "niedrige Temperatur" ausgewählt.

Danach fragt die Zentraleinheit 33 im Schritt 203 ab, welche der Betriebsweisen bestimmt worden ist. Wenn dabei die Zentralein heit 33 feststellt, daß es die Betriebsweise "niedrige Tempera tur" ist, die beispielsweise beim Anlassen des Motors 1 bei niedriger Temperatur vorliegt, schreitet die Zentraleinheit zum Schritt 204 fort, so daß das Einspritzventil 18 gemäß der Be triebsweise "niedrige Temperatur" angetrieben wird. Bei dieser Betriebsweise wird das Einspritzventil derart angetrieben, daß der Kraftstoff schon vor dem Saughub eingespritzt wird und daß der eingespritzte Kraftstoff in den Zylinder während des gesam ten Saughubes einströmt. Diese Betriebsweise entspricht der Ein spritzung bei einem herkömmlichen Einspritzsystem.

Wenn die Zentraleinheit 33 feststellt, daß die Betriebsweise "einmalige Einspritzung" bestimmt worden ist, schreitet sie zum Schritt 205 fort, so daß das Einspritzventil 18 in der Betriebs weise "einmalige Einspritzung" angetrieben wird. Bei dieser Be triebsweise wird die Einspritzphase auf das erste Drittel der Periode des Saughubes gelegt, wie dies in Fig. 6A gezeigt ist (tatsächlich liegt die Einspritzphase um die "Flugzeit" des ein gespritzten Kraftstoffs früher).

Wenn die Zentraleinheit 33 feststellt, daß die Betriebsweise "unterteilte Einspritzung" bestimmt worden ist, schreitet sie zu Schritt 206 fort, so daß das Einspritzventil 18 den Kraftstoff in der Betriebsweise "unterteilte Einspritzung" einspritzt. Bei dieser Betriebsweise ist die Einspritzphase auf das erste Drit tel der Periode des Saughubes und eine vorbestimmten Periode nach dem Saughub aufgeteilt, wie dies in Fig. 6B gezeigt ist (wobei wiederum die Einspritzung tatsächlich um die "Flugzeit" des eingespritzten Kraftstoffs früher erfolgt).

Die Zentraleinheit gibt in den Schritten 204, 205 und 206 an ei ne nicht dargestellte Treiberschaltung für das Einspritzventil ein Ansteuersignal ab, das der jeweiligen Betriebsweise ent spricht. Nachdem jede dieser Schritte abgearbeitet worden ist, beendet die Zentraleinheit 33 die Routine gemäß Fig. 14.

Die in Fig. 15 gezeigte Routine zur Steuerung des Kraftstoff drucks wird nach einer vorgegebenen Taktdauer von beispielsweise 3 msec im Zuge der getakteten Unterbrechung aufgerufen. Im Schritt 301 liest die Zentraleinheit zunächst den Betriebs zu stand des Motors kennzeichnende Größen wie die Drehzahl Ne und den Ansaugdruck PM. Dann bestimmt die Zentraleinheit in Schritt 302 den Kraftstoffdruck Pf auf der Grundlage der den Betriebs zu stand kennzeichnenden Größen. Bei der Bestimmung des Kraftstoff drucks Pf wählt die Zentraleinheit 33 entweder einen niedrigen oder einen mittleren oder einen hohen Kraftstoffdruck Pf je nach der Drehzahl Ne und der Last (Ansaugdruck PM) des Motors unter Verwendung des Kennfeldes gemäß Fig. 8.

Im Schritt 303 treibt danach die Zentraleinheit 33 die Pumpe 26 mit einem Pumpenstrom an, der dem zuvor bestimmten Kraftstoff druck Pf entspricht. Auf diese Weise wird der Durchfluß durch das Einspritzventil 18, d. h. die je Zeiteinheit eingespritzte Menge, bestimmt. Auf diese Weise kann die einmalige Einspritzung oder die unterteilte Einspritzung unabhängig davon, ob die Dreh zahl oder die Last des Motors Änderungen unterliegt oder nicht, realisiert werden.

Die folgenden vorteilhaften Wirkungen werden durch das zuvor ausführlich beschriebene Ausführungsbeispiel erzielt:

A) Der Antrieb des Einspritzventils 18 wird bei dem vorliegen dem Ausführungsbeispiel (Fig. 3) derart gesteuert, daß der mit tels des Einspritzventils 18 eingespritzte Kraftstoff in den Zy linder bzw. in den Brennraum 13 einströmt innerhalb einer Peri ode, die zu Beginn der Ventilöffnungsperiode des Einlaßventils 14 liegt und ungefähr 1/3 der Dauer der letztgenannten Periode hat. Aufgrund dieser Ausbildung wird ein großer Anteil des dem Zylinder zugeführten Kraftstoffs während einer so frühen Phase verdampft, daß die Verdampfung des in den Zylinder eingespeisten Kraftstoffs beendet ist, bevor das Einlaßventil 14 geschlossen wird und das Ansaugen endet. Zu diesem Zeitpunkt nimmt die Dich te, d. h. das Gewicht je Volumeneinheit, der in den Zylinder ge saugten Luft zu, weil die Lufttemperatur wegen der Verdampfungs wärme des Kraftstoffs sinkt. Dies hat zur Folge, daß der Lade wirkungsgrad der Ansaugluft verbessert werden kann und daß die Verbrennung im Motor 1 stabilisiert werden kann. Ferner kann ei ne große Luftmenge angesaugt werden und kann das abgegebene Drehmoment erhöht werden.
B) Die Phase des Einströmens des mittels des Einspritzventils 18 eingespritzten Kraftstoffs in den Zylinder ist begrenzt auf die Periode, während der die Einströmgeschwindigkeit den vorge gebenen Grenzwert Vr bei geöffnetem Einlaßventil 14 übersteigt. Diese Ausbildung ermöglicht es, daß das Problem, daß der einge spritzte Kraftstoff an der Wand des Saugstutzens haftet, vermie den wird (die Benetzung des Einlaßstutzens ist verringert), weil der mittels des Einspritzventils eingespritzten Kraftstoff bei geöffnetem Einlaßventil von der angesaugten Luftströmung mitge rissen wird, wobei dies innerhalb derjenigen Periode geschieht, während die Einströmgeschwindigkeit der angesaugten Luft hoch ist.
C) Die Verringerung der Benetzung des Saugstutzens mit Kraft stoff hat ferner die Wirkung, daß während der Übergangsphasen des Motorbetriebs die Spitzen des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses beträchtlich geringer sind.
D) Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird zum Antreiben und zur Steuerung des Einspritzventils 18 die Betriebsweise "einmalige Einspritzung" oder die Betriebsweise "unterteilte Einspritzung" in Abhängigkeit von der Drehzahl und der Last des Motors eingewählt (siehe Fig. 6A, Fig. 6B, 7 und 14). Dadurch wird die Zerstäubung des dem Zylinder zugeführten Kraftstoffs beschleunigt, wodurch der Ladewirkungsgrad der Ansaugluft ver bessert wird und das Drehmoment erhöht wird. Darüber hinaus wird die Abgabe unverbrannten Kraftstoffs (unverbrannter Kohlenwas serstoffe) bei Betrieb des Motors 1 mit hoher Drehzahl oder mit hoher Last unterdrückt.
E) Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel wird der Kraftstoff druck Pf des aus dem Kraftstoffbehälters 19 dem Einspritzventil zugeführten Kraftstoffs 18 mittels des Antriebs der Kraftstoff pumpe 26 gesteuert. Diese Ausbildung ermöglicht es, den Durch fluß des eingespritzten Kraftstoffs durch Ändern des Kraftstoff drucks Pf zu verändern, was es wiederum ermöglicht, eine Anpas sung an eine erhöhte Drehzahl vorzunehmen. Dies bedeutet mit an deren Worten, daß es in jedem Drehzahlbereich möglich ist, den mittels des Einspritzventils 18 eingespritzten Kraftstoff in den Zylinder innerhalb der bestimmten Periode des Saughubes einzu leiten.
F) Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel wird der mittels des Einspritzventils 18 eingespritzte Kraftstoff zerstäubt, indem das Einspritzventil 18 mit Luftunterstützung arbeitet und der Druck der dem Einspritzventil 18 zugeführten Druckluft gesteuert wird und indem der Kraftstoff in Richtung zum kegeligen Ab schnitt des Einlaßventils 18 das eine hohe Temperatur hat, ein gespritzt wird. Auf diese Weise wird die Verdampfung des Kraft stoffs im Zylinder durch die Zerstäubung des eingespritzten Kraftstoffs weiter beschleunigt. Beim Einsaugen der Luft in den Zylinder sinkt demzufolge die Temperatur der Luft aufgrund der Verdampfungswärme des Kraftstoffs, so daß der Ladewirkungsgrad der eingesaugten Luft fortwährend verbessert ist. Dadurch steigt das vom Motor 1 abgegebene Drehmoment. Dies wird auch durch die Ergebnisse von Versuchen, die die Erfinder durchgeführt haben, bestätigt (Fig. 10). Hingewiesen wird darauf, daß die Erfinder ferner bestätigt haben, daß der optimale Bereich der Teilchen größe SMD 10 bis 30 µm beträgt.
G) Das vorliegende Ausführungsbeispiel hat ferner die günstige Wirkung, daß die Klopfgrenze verbessert ist, was dadurch er reicht wird, daß der Kraftstoff während der Anfangsphase des Saughubes einströmt und daß die Zerstäubung des Kraftstoffs ei nen Temperaturabfall der angesaugten Luft verursacht. Fig. 16 ist ein Diagramm, das die Klopfgrenze in Abhängigkeit von der Teilchengröße SMD wiedergibt, wobei auf der horizontalen Achse die Teilchengröße SMD aufgetragen ist und auf der vertikalen Achse der Zündzeitpunkt als Zündvorverstellung aufgetragen ist. In Fig. 1 gibt eine ausgezogen dargestellte Klopfgrenzkennlinie La die Versuchsergebnisse bei einem Einspritzsystem gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wieder, bei dem der Kraftstoff während der Anfangsphase des Saughubes in den Zylinder eingelei tet wird. Eine strichpunktiert dargestellte Klopfgrenzkennlinie Lb gibt die Versuchsergebnisse für ein herkömmliches Einspritz system wieder, bei dem der Kraftstoff über den gesamten Saughub verteilt in den Zylinder eingeleitet wird. Es ist in Fig. 16 er kennbar, daß die Klopfgrenze gemäß der Klopfgrenzkennlinie La stärker in Richtung einer Zündvorverstellung verschoben ist als die Klopfgrenze gemäß der Klopfgrenzkennlinie Lb und daß durch die verbesserte Zerstäubung des eingespritzten Kraftstoffs die Klopfgrenze in Richtung der Zündvorverstellung verschoben ist. Die Verschiebung der Klopfgrenze in Richtung der Zündvorverstel lung bedeutet, daß das Verdichtungsverhältnis des Motors 1 auf einen hohen Wert eingestellt werden kann. Dies bedeutet eine theoretische Erhöhung des thermischen Wirkungsgrades, wie sich auch aus der folgenden Gleichung (4) ergibt, und demzufolge nimmt das abgegebene Drehmoment zu.
ηth = 1 - (1/ε)^(K-1) (4)
In der vorstehenden Gleichung bezeichnen ηth den thermischen Wirkungsgrad (%) des Motors 1, ε das Verdichtungsverhältnis und k die spezifische Wärme.

[Erste Abwandlung des ersten Ausführungsbeispiels]

Während bei dem ersten Ausführungsbeispiel der Durchfluß des Einspritzventils 18 geändert wird durch gesteuerte Änderung des Kraftstoffdrucks Pf, wird bei der ersten Abwandlung des ersten Ausführungsbeispiel der Durchfluß dadurch geändert, daß der Kraftstoffdruck Pf auf einem konstanten Wert gehalten wird und daß der Hub des Ventilelements gesteuert verändert wird. Fig. 17 zeigt die Ausbildung eines Einspritzventils 18 mit Piezoantrieb.

Das in Fig. 17 gezeigte Einspritzventil 18 weist einen Ventil körper 82 auf der einen Gehäuseabschnitt 82a sowie einen Düsen körperabschnitt 82b aufweist, die mittels eines Überwurfringes 82c zu einer Einheit zusammengehalten werden. Im Düsenkörperab schnitt 82b sind eine Führungsbohrung 83, eine mit Kraftstoff gefüllte Druckkammer 84 sowie ein Spritzloch 85 ausgebildet. In der Führungsbohrung 83 sitzt ein nadelförmiges Ventilelement 86, das in der Führungsbohrung in deren Axialrichtung verschiebbar ist. Im Gehäuseabschnitt 82a ist eine Gegendruckkammer 87 ausge bildet, die in Verbindung mit der Führungsbohrung 83 steht und in der eine als Schraubenfeder ausgebildete Schließfeder 88 an geordnet ist. Die elastische Kraft der Schließfeder 88 belastet das Ventilelement 86 ständig in Richtung zur Schließkante, d. h. nach unten in Fig. 17, des Düsenkörperabschnitts 82b. Daher steht das Ventilelement 86 aufgrund der Kraft der Schließfeder 88 normalerweise, d. h. wenn das Einspritzventil nicht angetrie ben wird, in Berührung mit der Schließkante des Düsenkörperab schnitts 82b, so daß das Spritzloch 85 geschlossen ist. Am unte ren Ende des Düsenkörperabschnitts 82b ist der gleiche Druckluft adapter 44 angebracht, der zuvor unter Bezugnahme auf Fig. 2 erläutert wurde. Der Druckluftadapter 44 hat die Funktionen, die Zerstäubung des aus dem Spritzloch 85 eingespritzten Kraftstoffs zu beschleunigen und den eingespritzten Kraftstoff in die Sau gleitung 2 zu leiten.

Im Gehäuseabschnitt 82a ist ein piezoelektrischer Block 89 ange ordnet, der schrumpft bzw. sich zusammenzieht, wenn ein Spannung angelegt wird. Der piezoelektrische Block 89 ist ein Schichtkör per aus einer Anzahl an piezoelektrischen Elementen aus PZT (Blei-Titanat-Zirconat). Die Steuereinheit 30 legt eine vorbe stimmte Spannung an den piezoelektrischen Block. Die piezoelek trischen Elemente können auch aus PLZT bestehen (Blei-Titanat-Zir conat-Lanthanat), bei dem es sich ebenfalls um einen piezo elektrischen keramischen Werkstoff handelt. An der unteren Stirnfläche des piezoelektrischen Blocks 89 sind ein Übertra gungsteil 90 und ein Kolben 91 fest angebracht. Der Kolben 91 bewegt sich entsprechend der Spannungsdeformation des piezoelek trischen Blocks 89. In Fig. 17 unterhalb des Kolbens 91 ist eine Drucksteuerkammer 92 ausgebildet, die durch einen Verbindungska nal 93 mit der Gegendruckkammer 87 in Verbindung steht.

Im Ventilkörper 82 ist eine Zulaufbohrung 94 für Kraftstoff aus gebildet. Ein Ende der Zulaufleitung 94, nämlich das Ende am Ge häuseabschnitt 82a, ist mit der Kraftstoffpumpe 26 verbunden, die den Kraftstoff aus dem Kraftstoffbehälter 19 fördert. Das andere Ende der Zulaufbohrung 94 steht in Verbindung mit der Druckkammer 84 des Düsenkörperabschnitts 82b.

Wenn Kraftstoff mittels des Einspritzventils 18 eingespritzt werden soll, führt ein von der Steuereinheit 30 angelegtes Span nungssignal dazu, daß sich der piezoelektrische Block 89 zusam menzieht, so daß der Kolben 91 nach oben in Fig. 17 zurückgezo gen wird. Dadurch wird ein Unterdruck in der Drucksteuerkammer 92 erzeugt, so daß sich das Ventilelement 96 entgegen der Kraft der Schließfeder 88 nach oben bewegt. Dies führt dazu, daß das Ventilelement 86 von der Schließkante des Düsenkörperabschnitts 82b abgehoben wird und daß aus dem Spritzloch 85 Kraftstoff ein gespritzt wird. Wenn der piezoelektrische Block 89 sich in der entgegengesetzten Richtung verformt, d. h. ausdehnt, und der Kol ben 91 sich nach unten bewegt, wird das Ventilelement 86 vorge schoben und das Spritzloch 85 geschlossen.

Die vorstehend beschriebene Ausbildung ermöglicht es, den Hub des Ventilelements 86 dadurch auf einen wählbaren Wert einzu stellen, daß die an den piezoelektrischen Block 89 angelegte Spannung verändert wird. Diese Ausbildung ermöglicht es somit, den freien Strömungsquerschnitt für den Kraftstoff zu verändern und den Durchfluß des Kraftstoffs zu verändern, ohne daß der Kraftstoffdruck Pf geändert wird. Genauer gesagt wird der Hub durch Anlegen einer Gleichspannung im Bereich von 0 bis 500 V an den piezoelektrischen Block 89 gesteuert. Fig. 18 zeigt die Be ziehung zwischen der an den piezoelektrischen Block 89 angeleg ten Spannung und dem Hub des Ventilelementes des Einspritzven tils 18, und Fig. 19 zeigt die Beziehung zwischen der an den piezoelektrischen Block 89 angelegten Spannung und dem Durchfluß des eingespritzten Kraftstoffs durch das Einspritzventil 18. Die vorstehend erläuterte Steuerung des Durchflusses mittels des piezoelektrischen Blocks 89 wird in Abhängigkeit von der Dreh zahl und der Last des Motors (Ansaugdruck PM) in ähnlicher Weise ausgeführt, wie dies beispielsweise im Diagramm gemäß Fig. 8 ge zeigt ist.

Bei der hier beschriebenen ersten Abwandlung wird der Durchfluß des mittels des Einspritzventils 18 eingespritzten Kraftstoffs durch Steuerung der Ausdehnung und Kontraktion des piezoelektri schen Blocks 89 gesteuert. Daher ist es möglich, den Kraftstoff in jedem Drehzahlbereich mittels des Einspritzventils 18 derart einzuspritzen, daß er den Zylinder innerhalb der bestimmten Pe riode während des Saughubes zugeführt wird, nämlich innerhalb des ersten Drittels des Saughubes.

[Zweite Abwandlung des ersten Ausführungsbeispiels]

Bei der zweiten Abwandlung ist der Motor mit einem phasengetrie benen Ventilverstellmechanismus versehen, der eine variable Steuerung des Öffnens und Schließens der Ventile ermöglicht. Der zeitliche Verlauf der Kraftstoffeinspritzung mittels des Ein spritzventils 18 wird in Abhängigkeit von der durch den Ventil verstellmechanismus bewirkten Steuerung gesteuert, während der Ventilverstellmechanismus die Öffnungs- und Schließzeitpunkte des Einlaßventils und des Auslaßventils steuert.

Bei der in Fig. 20 gezeigten Abwandlung steht eine einlaßseitige Nockenwelle 101 mit der Kurbelwelle über einen nicht dargestell ten Steuerriemen so in Antriebsverbindung, daß das Einlaßventil 14 zu einem vorgegebenen Zeitpunkt geöffnet wird. Die einlaßsei tige Nockenwelle 101 ist mit einem einlaßseitigen Ventilver stellmechanismus 102 versehen. Eine auslaßseitige Nockenwelle 103 steht über einen nicht dargestellten Steuerriemen ebenfalls in Antriebsverbindung mit der Kurbelwelle, und die auslaßseitige Nockenwelle 103 ist mit einem auslaßseitigen Ventilverstellme chanismus 104 versehen.

Der einlaßseitige Ventilverstellmechanismus 102 steuert die Pha senverschiebung zwischen der einlaßseitigen Nockenwelle 101 und der Kurbelwelle, und der auslaßseitige Ventilverstellmechanismus 104 steuert die Phasenverschiebung zwischen der auslaßseitigen Nockenwelle 103 und der Kurbelwelle. Die Ventilverstellmechanis men 102 und 104 werden hydraulisch mittels eines Magnetventils gesteuert. Dies heißt mit anderen Worten, daß die einlaßseitige Nockenwelle 101 und die auslaßseitige Nockenwelle 103 bezüglich der Kurbelwelle nacheilen oder voreilen je nach der Steuerung durch den einlaßseitigen Ventilverstellmechanismus 102 und den auslaßseitigen Ventilverstellmechanismus 104. Dementsprechend werden die Öffnung- und Schließzeitpunkte des Einlaßventils 14 und des Auslaßventils 15 nachverstellt oder vorverstellt.

Die einlaßseitige Nockenwelle 101 ist mit einem einlaßseitigen Nockenstellungsfühler 105 versehen, der die Drehstellung bzw. Winkelstellung der Nockenwelle 101 erfaßt, und die Nockenwelle 103 ist mit einem auslaßseitigen Nockenstellungsfühler 106 ver sehen, der die Drehstellung bzw. Winkelstellung der Nockenwelle 103 erfaßt. Die mittels der Nockenstellungsfühler 105 und 106 erfaßten Werte werden ständig in die Steuereinheit 30 eingege ben. Ferner ist die Saugleitung 2 mit einem Durchflußmesser 107 versehen, der die eingesaugte Luftmenge Qa erfaßt und dessen er faßter Wert ständig in die Steuereinheit 30 eingegeben wird.

Fig. 21 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Routine zur Steuerung der Ventilverstellung zeigt. Diese Routine wird von der Zen traleinheit 33 in der Steuereinheit nach einer Taktdauer von je weils 64 msec ausgeführt. Im folgenden wird lediglich die Steue rung der Ventilverstellung für das Einlaßventil erläutert.

Im Schritt 401 gemäß Fig. 21 liest die Zentraleinheit 33 zu nächst den Betriebszustand des Motors kennzeichnende Größen wie die Drehzahl Ne, die eingesaugte Luftmenge Qa, die Nockenstel lung Cp und weiterer Signale ein. Dann bestimmt die Zentralein heit in Schritt 402 eine Sollverstellung ADV für das Einlaßven til 14. Dies heißt genauer, daß die Zentraleinheit die Sollver stellung ADV in Abhängigkeit von der Drehzahl Ne und der ange saugten Luftmenge Qa jedesmal einem Verstellkennfeld (siehe Fig. 22) entnimmt, das im Festspeicher 34 zuvor gespeichert worden ist.

Dann führt die Zentraleinheit 44 im Schritt 403 eine Regelung des einlaßseitigen Ventilverstellmechanismus 102 durch. Dabei wird, genauer gesagt, die Stellgröße für die Ventilverstellung derart bestimmt, daß die mittels des Nockenstellungsfühlers 105 erfaßte Stellung bzw. Drehphase der einlaßseitigen Nockenwelle 101 der Sollverstellung entspricht. Der einlaßseitige Ventilver stellmechanismus 102 wird entsprechend dieser Stellgröße ange trieben und geregelt.

Fig. 23 ist ein Ablaufdiagramm, das einen Teil der Routine zur Steuerung des Antriebs des Einspritzventils zeigt. Im Schritt 501 gemäß Fig. 23 liest die Zentraleinheit 33 die in vorstehend erläuterter Weise bestimmte Sollverstellung des Einlaßventils 14 ein. Im Schritt 502 korrigiert die Zentraleinheit dann das Ein spritzende des Einspritzventils 18 entsprechend der Sollverstel lung ADV. Durch diese Korrektur bzw. Modifikation wird das Ein spritzende des Einspritzventils 18 so festgelegt, daß das Ein strömen des Kraftstoffs in den Zylinder immer zu dem Zeitpunkt beendet ist, zu dem sich die Kurbelwelle um einen vorgegebenen Kurbelwinkel von beispielsweise 30°KW nach dem Öffnen des Ein laßventils 14 gedreht hat, und zwar selbst dann, wenn der Venti löffnungszeitpunkt verstellt worden ist.

Die Einspritzung erfolgt auch in diesem Fall so, daß die Ein strömphase des Kraftstoffs in den Zylinder auf die bestimmte Pe riode in der Anfangsphase des Saughubes gelegt ist. Die An triebssteuerung des Einspritzventils 18 erfolgt in der Weise, daß in Abhängigkeit vom Betriebszustand des Motors eine unter teilte Einspritzung des Kraftstoffs erfolgen kann, wie dies un ter Bezugnahme auf die Routine gemäß Fig. 14 vorstehend erläu tert worden ist. Dabei wird die Korrektur gemäß Schritt 502 bei der Antriebssteuerung gemäß Fig. 14 berücksichtigt.

Die anhand der Fig. 21 und 23 erläuterten Vorgänge werden im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeitdiagramme gemäß den Fig. 24 und 25 ausführlicher erläutert.

Der Öffnungszeitpunkt und der Schließzeitpunkt des Einlaßventils 14 können mittels der Ventilverstellsteuerung auf geeignete Wei se so geändert werden, wie dies in den Fig. 24 und 25 gezeigt ist. Nachdem das Einspritzsignal angelegt worden ist, fliegt der mittels des Einspritzventils 18 eingespritzte Kraftstoff im Saugstutzen und strömt er schließlich in den Zylinder. Wenn der Öffnungszeitpunkt und der Schließzeitpunkt des Einlaßventils 14 gemäß Fig. 25 vorverstellt werden, folgt dem die Einspritzphase (das Einspritzsignal) des Einspritzventils 18 und wird sie eben falls vorverstellt. Dadurch ist dafür gesorgt, daß das Einströ men des Kraftstoffs in den Zylinder immer zu dem Zeitpunkt been det ist, zu dem sich die Kurbelwelle um 30°KW nach dem Öffnen des Einlaßventils 14 gedreht hat.

Die Steuerung der Einspritzphase des Einspritzventils erfolgt bei dieser Abwandlung in Übereinstimmung mit der Stellgröße des einlaßseitigen Ventilverstellmechanismus 102. Der eingespritzte Kraftstoff wird in den Zylinder während der Anfangsphase des Saughubes eingeführt und der Ladewirkungsgrad der Saugluft wird selbst dann verbessert, wenn der Öffnungszeitpunkt und der Schließzeitpunkt des Einlaßventils 14 geändert werden, indem das Einspritzventil 18 entsprechend der Vorverstellung oder der Nachverstellung des Einspritzventils 14 gesteuert wird. Dies hat zur Folge, daß die Verbrennung im Motor 1 stabilisiert wird, ei ne Emissionsreduktion möglich wird und die Fahrleistung verbes sert werden kann.

Obwohl im vorstehend beschriebenen Fall die Ventilvorverstellung dadurch realisiert ist, daß lediglich die Öffnungs- und Schließ zeitpunkte des Einlaßventils 14 durch entsprechende Steuerung des einlaßseitigen Ventilverstellmechanismus 102 geändert wer den, kann die Ventilverstellung auch auf andere Weise durchge führt werden. So können beispielsweise die Öffnungs- und Schließzeitpunkte des Auslaßventils 14 durch 72119 00070 552 001000280000000200012000285917200800040 0002019821217 00004 72000entsprechende Steuerung des auslaßseitigen Ventilverstellmechanismus 104 geän dert werden, wie dies in Fig. 26 gezeigt ist. In Fig. 26 sind die Öffnungs- und Schließzeitpunkte des Auslaßventils 15 nach verstellt. Ferner können die Öffnungs- und Schließzeitpunkte so wohl des Einlaßventils 14 als auch des Auslaßventils 15 geändert werden durch entsprechende Steuerung des einlaßseitigen Ventil verstellmechanismus 102 und des auslaßseitigen Ventilverstellme chanismus 104, wie dies in Fig. 27 gezeigt ist. Gemäß Fig. 27 sind die Öffnungs- und Schließzeitpunkte des Auslaßventils 14 nachverstellt und die Öffnungs- und Schließzeitpunkte des Ein laßventils 14 vorverstellt.

Sowohl im Falle der Fig. 26 als auch im Falle der Fig. 27 ist die Einströmung des Kraftstoffs in den Zylinder zu dem Zeitpunkt beendet, zu dem sich die Kurbelwelle um 30°KW nach dem Öffnen des Einlaßventils 14 gedreht hat. Dadurch werden die günstigen Wirkungen wie die Erhöhung des Ladungswirkungsgrads und die Sta bilisierung der Verbrennung erreicht. Wenn das Auslaßventil 15 nachverstellt wird, wird die Ventilüberschneidung, d. h. die Zeitdauer, während sowohl das Einlaßventil 14 als auch das Aus laßventil 15 geöffnet sind, vergrößert. Dies ermöglicht eine in nere Abgasrückführung, ohne daß die Temperatur im Zylinder sinkt, wodurch der thermische Wirkungsgrad verbessert wird.

Bei der zweiten Abwandlung des ersten Ausführungsbeispiels, bei der das Einspritzsystem zumindest einen Ventilverstellmechanis mus aufweist, ist die Einspritzphase des Einspritzventils 18 da durch bestimmt, daß die Einströmphase des in den Zylinder ein strömenden Kraftstoffs auf die bestimmte Periode zu Beginn des Saughubs gelegt ist. In Abhängigkeit vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine kann die Einspritzung unterteilt erfolgen.

Die auf diese Weise bestimmte Einspritzphase wird entsprechend der Sollverstellung des Einlaßventils 14 oder des Auslaßventils 15 korrigiert (Schritt 502 in Fig. 23). Das Einspritzsystem ist somit derart modifiziert, daß der Antrieb des Einspritzventils 18 (Einspritzzeitpunkt) in einfacher Weise in Abhängigkeit von der Vorverstellung oder der Nachverstellung des Einlaßventils 14 gesteuert wird. Dies ermöglicht, daß unverändert die Einsprit zung stets mit dem Saughub synchronisiert ist. Ergebnis ist, daß die Verbrennung im Motor stabilisiert ist und dadurch wiederum eine Emissionsreduktion sowie eine Verbesserung der Fahrleistung realisiert werden können.

Zu beachten ist, daß, obwohl bei jedem Ausführungsbeispiel das Einspritzventil 18 derart gesteuert wird, daß der mittels des Einspritzventils 18 eingespritzte Kraftstoff in den Zylinder in nerhalb einer Periode einströmt, die zu Beginn der Ventilöff nungsperiode des Einlaßventils 14 liegt und ungefähr 1/3 ihrer Dauer hat, die Ausbildung auch diesbezüglich weiter modifiziert werden kann. Beispielsweise kann der Antrieb des Einspritzven tils 18 in der Weise gesteuert werden, daß der mittels des Ein spritzventils 18 eingespritzte Kraftstoff in den Zylinder wäh rend der ersten Hälfte der Ventilöffnungsperiode (Saughub) des Einlaßventils 14 einströmt. Obwohl in diesem Fall die beschrie benen Wirkungen mehr oder weniger abgeschwächt sind, weil sich die Kraftstoffeinströmphase bis zur Mitte des Saughubes er streckt, kann dennoch sichergestellt werden, daß der Ladewir kungsgrad der Ansaugluft verbessert ist. Es kann eine solche Ausbildung ausreichen, bei der der mittels des Einspritzventils 18 eingespritzte Kraftstoff in den Zylinder während der Anfangs periode des Saughubes, d. h. während der bestimmten vorgegebenen Phase, derart einströmt, daß die Verdampfung des Kraftstoffs im Zylinder abgeschlossen ist, bevor das Einlaßventil 14 schließt.

Außer auf die vorstehend beschriebenen Weisen kann die Zerstäu bung des eingespritzten Kraftstoffs auch in folgender Weise rea lisiert werden. Es kann ein Mehrloch-Einspritzventil mit bei spielsweise 12 Löchern verwendet werden, wobei der Durchmesser der Spritzlöcher im Vergleich zu dem des Vierloch-Einspritz ventils verringert ist und die Anzahl der Löcher auf 12 (oder mehr) erhöht ist. Dadurch kann selbst bei verhältnismäßig niedrigem Druck der Druckluft eine effektive Zerstäubung des Kraftstoffs erreicht werden. Dies ermöglicht es zu verhindern, daß die Einströmgeschwindigkeit des Kraftstoffs durch hohen Druck der Druckluft übermäßig erhöht wird und daß die Benetzung des Zylinders zunimmt.

Ferner kann die Erfindung realisiert werden, ohne daß der einge spritzte Kraftstoff zerstäubt wird. Obwohl dadurch die Wirkungen der Erfindung mehr oder weniger abnehmen, können dennoch die Ziele der Erfindung erreicht werden, nämlich eine Erhöhung des Ladewirkungsgrads der in den Zylinder gesaugten Luft und eine Stabilisierung der Verbrennung im Motor.

Obwohl bei jedem Ausführungsbeispiel im Falle der Betriebsweise "unterteilte Einspritzung" des Einspritzventils 18 die zuerst eingespritzte Menge "ungefähr 50%" der Gesamtmenge und die da nach eingespritzte Menge "ungefähr 50%" der Gesamtmenge betra gen, sind auch diesbezüglich Abwandlungen möglich. In der Be triebsweise mit unterteilter Einspritzung kann beispielsweise das Verhältnis zwischen der ersten Teileinspritzung und der zweiten Teileinspritzung abgestuft auf drei verschiedene Werte wie "70% : 30%", "50% : 50%" und "30% : 70%" festgesetzt werden. Wenn der Betriebszustand des Motors dem Feld für unterteilte Einspritzung entspricht, das im Diagramm gemäß Fig. 28 wiederge geben ist, kann beispielsweise der Anteil der zweiten Teilein spritzung zunehmen, wenn die Drehzahl oder die Last des Motors hoch werden. Selbstverständlich ist es möglich, die Teilein spritzungen feiner abzustimmen. Diese Ausbildung ermöglicht es, diejenigen Probleme zu vermeiden, die auftreten, wenn bei Be trieb des Motors mit hoher Drehzahl oder hoher Last die zum Ein strömen des Kraftstoffs in den Zylinder verfügbare Zeit kurz ist, der erforderliche Durchfluß des Kraftstoffs zunimmt und die Emission unverbrannter Kohlenwasserstoffe zunimmt. Die entspre chende Steuerung der Einspritzung führt die Zentraleinheit 33 aus, und die in den Patentansprüchen erwähnten Befehlsmittel für die Kraftstoffeinspritzung besteht aus der Zentraleinheit 33.

Obwohl bei jedem der Ausführungsbeispiele die Betriebsweise der Kraftstoffeinspritzung unter Verwendung des Diagramms gemäß Fig. 7 und der Kraftstoffdruck Pf unter Verwendung des Diagramms ge mäß Fig. 8 in Abhängigkeit vom Betriebszustand des Motors fest gesetzt werden, ist auch diesbezüglich eine Abwandlung möglich, wie im folgenden erläutert wird. Es können auch das Diagramm bzw. Kennfeld gemäß Fig. 29 zur Bestimmung der Betriebsweise der Kraftstoffeinspritzung und das Diagramm bzw. Kennfeld gemäß Fig. 30 zur Festsetzung des Kraftstoffdrucks Pf benutzt werden.

Gemäß Fig. 29 wird die Betriebsweise "einmalige Einspritzung" (gestrichelt abgegrenzter Bereich in Fig. 29) zusätzlich zum Be triebsbereich von niedriger bis mittlerer Last und von niedriger bis mittlerer Drehzahl im Bereich mit niedriger Drehzahl und ho her Last und im Bereich mit hoher Drehzahl und niedriger Last gewählt. Im übrigen Feld wird die Betriebsweise "unterteilte Einspritzung" eingestellt. In diesem Fall ist die Zeit, während der Kraftstoff in der Betriebsweise mit einmaliger Einspritzung dem Zylinder zugeführt wird, verlängert im Vergleich zu dem Fall, daß das Diagramm bzw. das Kennfeld gemäß Fig. 7 benutzt wird. Daher ist der Ladewirkungsgrad der angesaugten Luft in ei nem weiten Betriebsbereich des Motors verbessert. Ob das Kenn feld gemäß Fig. 7 oder das Kennfeld gemäß Fig. 29 benutzt wird, hängt von den Kenndaten des Motors ab.

Der gestrichelt abgegrenzte Bereich in Fig. 30 ist der gleiche Bereich wie das Feld für einmalige Einspritzung im Diagramm ge mäß Fig. 29. In dem gestrichelt abgegrenzten Bereich sind ein Feld für niedrigen Kraftstoffdruck, ein Feld für mittleren Kraftstoffdruck und ein Feld für hohen Kraftstoffdruck abge teilt, und zwar in Abhängigkeit von der Last und der Drehzahl des Motors. Außerhalb des gestrichelt abgegrenzten Feldes ist in Fig. 30 ein Feld für mittleren Kraftstoffdruck vorgesehen, wobei dieses Feld dem Feld für unterteilte Einspritzung in Fig. 29 entspricht.

Obwohl bei jedem Ausführungsbeispiel vorgesehen ist, daß die Einströmphase des mittels des Einspritzventils eingespritzten Kraftstoffs in den Zylinder beschränkt ist auf die Periode, wäh rend der bei geöffnetem Einlaßventil die Einströmgeschwindigkeit den vorgegebenen Grenzwert übersteigt (die Periode T in Fig. 3), kann auch diesbezüglich eine Abwandlung vorgenommen werden. Die Einströmphase kann nicht nur auf die Periode, während der die Einströmgeschwindigkeit den vorgegebenen Grenzwert übersteigt, gelegt werden, sondern sie kann auch in einen bestimmten Zeit raum innerhalb der gesamten Ventilöffnungsperiode gelegt werden, während der das Einlaßventil offen ist. Insbesondere wird der Kraftstoff dem Zylinder innerhalb einer Periode zugeführt, die zu Beginn der gesamten Ventilöffnungsperiode, während der das Einlaßventil offen ist, liegt und ein Drittel von deren Dauer (oder eine dem nahekommende Dauer) hat.

Obwohl bei jedem Ausführungsbeispiel bei der Bestimmung des Fel des, das die Betriebsweise der Kraftstoffeinspritzung angibt, und des Feldes, das den Kraftstoffdruck angibt, die Drehzahl Ne und der Ansaugdruck PM des Motors als Parameter dienen, die den Betriebszustand des Motors beschreiben, können außer der Dreh zahl Ne und dem Ansaugdruck PM als Parameter, die beispielsweise die Last des Motors wiedergeben, der Öffnungswinkel der Drossel klappe und die angesaugte Luftmenge dienen.

[Zweites Ausführungsbeispiel]

Bei dem Einspritzsystem gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel wird die eingespritzte Kraftstoffmenge mittels der Zentralein heit auf gleiche Weise gesteuert wie bei dem ersten Ausführungs beispiel.

Auf der Grundlage des Bezugssignals entscheidet die Zentralein heit 33, in welchen der Zylinder Kraftstoff in gesteuerter Weise eingespritzt werden muß. Ferner steuert die Zentraleinheit 33 die Menge des mittels des Einspritzventils 18 eingespritzten Kraftstoffs auf der Grundlage mehrerer verschiedener erfaßter Signale, die den Betriebszustand des Motors anzeigen. Unter Steuerung durch die Zentraleinheit 33 wird der Kraftstoff inner halb einer vorbestimmten Periode eingespritzt, während der Motor 1 vom Auslaßhub zum Saughub übergeht, und der eingespritzte Kraftstoff wird in den Zylinder (Brennraum 13) eingespeist, wäh rend das Einlaßventil 14 im Saughub offen ist.

Das Einspritzsystem gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist derart ausgebildet, daß Druckluft mit einem Druck von unge fähr 3 kp/cm² kontinuierlich über den Druckregler 71 und mittels der Pumpe 72 für Druckluft in die Einlaßöffnung 48 eingespeist wird. Allerdings kann die Druckluft auch in der Weise einge speist werden, daß die Pumpe 72 Druckluft synchron zur Ein spritzphase liefert. In diesem Fall beginnt die Drucklufterzeu gung kurz vor dem Beginn der Einspritzung und endet die Druck lufterzeugung, wenn die Einspritzung beendet ist. Dies bewirkt die Zerstäubung des Kraftstoffs.

Die verschiedenen möglichen Betriebsweisen und Funktionen des Einspritzsystems gemäß diesem Ausführungsbeispiel könne zusam menfassend wie folgt beschrieben werden:

a) Homogenisierung des Gemischs durch Einleiten des Kraftstoffs in den Zylinder mit einer Kraftstoffgeschwindigkeit die pro portional zur Einströmgeschwindigkeit, d. h. zur Geschwindig keit der in den Zylinder einströmenden Luft, ist (Proportionierung der Kraftstoffgeschwindigkeit);
b) Homogenisierung des Gemischs durch Einleiten des Kraftstoffs in den Zylinder mit einer bestimmten Kraftstoffgeschwindig keit, die einem zeitlichen Mittelwert der Einströmgeschwin digkeit in den Zylinder entspricht (Mittelwertbildung für die Kraftstoffgeschwindigkeit);
c) Unterteilte Einspritzung des Kraftstoffs in Abhängigkeit vom Betriebszustand des Motors (unterteilte Einspritzung); und
d) Zerstäubung des dem Zylinder zugeführten Kraftstoffs (Zerstäubung des eingespritzten Kraftstoffs).

Zunächst wird die Funktion (a) "Proportionierung der Kraftstoff geschwindigkeit" unter Bezugnahme auf Fig. 31 erläutert.

Fig. 31 ist ein Zeitdiagramm, das die Ventilhübe des Einlaßven tils 14 und des Auslaßventils 15 beim Öffnen, die Einspritzphase des Einspritzventils 18, den Verlauf der Einströmgeschwindigkeit der angesaugten Luft bei geöffnetem Einlaßventil 14 sowie die Kraftstoffgeschwindigkeit des in den Zylinder einströmenden Kraftstoffs gezeigt, wobei die oberen Totpunkte OT und die unte ren Totpunkte UT für ein Arbeitsspiel des Kolbens 10 auf der ho rizontalen Achse aufgetragen sind. Dabei ist zu beachten, daß, obwohl die Einströmgeschwindigkeit tatsächlich etwas nach dem Öffnungszeitpunkt des Einlaßventils 14 anzusteigen beginnt, der Öffnungszeitpunkt des Einlaßventils und der Beginn des Anstiegs der Einströmgeschwindigkeit in Fig. 31 aus Gründen er Einfach heit als zusammenfallend dargestellt sind.

Gemäß Fig. 31 öffnet das Auslaßventil 15 kurz vor dem UT und schließt es unmittelbar nach dem Ansaug-OT. Ferner öffnet das Einlaßventil 14 kurz vor dem Ansaug-OT und schließt es nach dem UT. Die Periode, während der die Einströmgeschwindigkeit bei ge öffnetem Einlaßventil 14 einen vorgegebenen Grenzwert Vr über steigt ist in Fig. 31 "T" bezeichnet. Diese Periode T entspricht demjenigen Zeitraum, während dessen der Ventilhub des Auslaßven tils 14 mehr als ungefähr 20% des vollständigen Ventilhubs, d. h. eines Ventilhubs von 100%, beträgt.

Gemäß der Funktion "Proportionierung der Kraftstoffgeschwindig keit" wird der Kraftstoff in den Zylinder innerhalb der Periode T mit einer Kraftstoffgeschwindigkeit eingeführt, die proportio nal zur Einströmgeschwindigkeit ist. Dabei werden die aus dem stromauf gelegenen Abschnitt der Saugleitung 2 angesaugte Luft und der mittels der Einspritzdüse 18 eingespritzte Kraftstoff während desjenigen Zeitraumes, währenddessen der Kraftstoff in den Zylinder eingeführt wird (gestrichelter Abschnitt in Fig. 31), homogen miteinander gemischt. Dies bedeutet, daß im Brenn raum eine Homogenisierung des Gemischs erreicht wird.

In diesem Fall muß der Durchfluß des Kraftstoffs am Einspritz ventil 18, d. h. die je Zeiteinheit eingespritzte Kraftstoffmen ge, jedesmal verändert werden, um die Kraftstoffgeschwindigkeit gemäß Fig. 31 steuern zu können. Zu diesem Zweck wird im vorlie genden Fall der Durchfluß des Kraftstoffs dadurch gesteuert, daß der Kraftstoffdruck Pf des dem Einspritzventil 18 zugeführten Kraftstoffs variiert wird, indem ein Befehlsstrom (Pumpenstrom), mit dem die Kraftstoffpumpe 26 gespeist wird, entsprechend ge steuert wird.

Im folgenden wird unter Bezugnahme auf Fig. 32 die Funktion (b) "Mittelwertbildung für die Kraftstoffgeschwindigkeit" erläutert.

Ahnlich wie Fig. 31 ist Fig. 32 ein Zeitdiagramm, das die Ven tilhübe des geöffneten Einlaßventils 14 und des geöffneten Aus laßventils 15, die Einspritzphase des Einspritzventils 18, den Verlauf der Einströmgeschwindigkeit der bei geöffnetem Einlaß ventil 14 einströmenden Luft und die Kraftstoffgeschwindigkeit des dem Zylinder zugeführten Kraftstoffs zeigt, wobei diejenige Periode, während der bei geöffnetem Einlaßventil 14 die Ein strömgeschwindigkeit den vorgegebenen Grenzwert Vr übersteigt, in Fig. 32 mit "T" bezeichnet ist.

In diesem Fall wird der Kraftstoff in den Zylinder mit einer be stimmten, festen Kraftstoffgeschwindigkeit zugeführt, die den zeitlichen Mittelwert der Einströmgeschwindigkeit innerhalb der Periode T entspricht. Ahnlich wie bei der bereits vorstehend er läuterten Funktion (a) "Proportionierung der Kraftstoffgeschwin digkeit" wird auch in diesem, in Fig. 32 gezeigten Fall die aus dem stromab gelegenen Abschnitt der Saugleitung 2 angesaugte Luft homogen mit dem mittels des Einspritzventils 18 einge spritzten Kraftstoff während des Zeitraumes gemischt, während dessen der Kraftstoff in den Zylinder einströmt (schraffierter Abschnitt in Fig. 32). Auf diese Weise kann eine Homogenisierung des Gemischs im Brennraum 13 erreicht werden. Zu bemerken ist, daß ein Vorteil im Vergleich zu dem Fall gemäß der beschriebenen Funktion (a) darin besteht, daß die Steuerung des Kraftstoff drucks Pf vereinfacht ist und die Arbeitsbelastung der Steuer einheit dementsprechend verringert ist. In diesem Fall wird die vorbestimmte Kraftstoffgeschwindigkeit dadurch erreicht, daß der Kraftstoffdruck Pf in Abhängigkeit von der Strömungsgeschwindig keit der Luft am Einlaßventil gesteuert wird, die zuvor gemessen wird und daher bekannt ist.

Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die Fig. 33A und 33B die Funktion (c) "Unterteile Einspritzung" erläutert. Aus den im folgenden angegebenen Gründen ist es zweckmäßig, den mittels des Einspritzventils 18 eingespritzten Kraftstoff in den Zylinder während der Anfangsphase des Saughubes einzuleiten, um den Lade wirkungsgrad der in den Zylinder des Motors eingesaugten Luft zu verbessern. Wenn nämlich der Kraftstoff während der Anfangsphase des Saughubes eingesaugt wird, fördert das die Verdampfung des Kraftstoffs und sinkt die Temperatur der Luft aufgrund der dabei verbrauchten Verdampfungswärme. Somit nimmt die Dichte, d. h. das Gewicht je Volumeneinheit, der in den Zylinder gesaugten Luft zu. Ergebnis ist, daß der Ladewirkungsgrad der angesaugten Luft erhöht ist, daß die Kraftstoffeinspritzung stabilisiert ist und daß das vom Motor abgegebene Drehmoment erhöht ist.

Dies wird im folgenden ausführlicher erläutert. Wie in Fig. 33B gezeigt ist, ist das Einspritzsystem gemäß dem vorliegenden Aus führungsbeispiel derart ausgebildet, daß der Kraftstoff in den Zylinder innerhalb einer Periode T/3 eingeleitet wird, die zu Beginn der Periode T, während der die Einströmgeschwindigkeit während des Saughubes den vorgegebenen Grenzwert Vr übersteigt, liegt und deren Dauer 1/3 der Dauer der Periode T beträgt. Ins besondere um die Emission unverbrannter Kohlenwasserstoffe zu unterdrücken, werden dann, wenn der Motor 1 mit hoher Drehzahl oder hoher Last arbeitet, ungefähr 50% des gesamten Kraftstoffs innerhalb der Periode T/3 eingespritzt und werden die übrigen 50% des Kraftstoffs außerhalb des Saughubes eingespritzt. Diejeni ge Betriebsweise, bei der der gesamte Kraftstoff (100%) auf einmal innerhalb der Periode T eingespritzt wird, wie dies in Fig. 33A gezeigt ist, wird hier als Betriebsweise "einmalige Einspritzung" bezeichnet, und diejenige Betriebsweise, bei der ungefähr 50% des gesamten Kraftstoffs innerhalb der Periode T/3 eingespritzt werden und die übrigen 50% des Kraftstoffs außer halb des Saughubes eingespritzt werden, wie dies in Fig. 33B ge zeigt ist, wird hier als Betriebsweise "unterteilte Einsprit zung" bezeichnet.

Die Funktion (d) "Zerstäubung des eingespritzten Kraftstoffs", ist die gleiche wie die entsprechende Funktion des ersten Aus führungsbeispiels.

Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird ein in Fig. 34 ge zeigtes Diagramm bzw. Kennfeld dazu benutzt, grundsätzlich die Betriebsweise der Einspritzung zu bestimmen (Schritt 202 in Fig. 14), um auf diese Weise entweder die Betriebsweise "einmalige Einspritzung" oder die Betriebsweise "unterteilte Einspritzung" in Abhängigkeit davon auszuwählen, ob die Drehzahl Ne im Bereich niedriger Drehzahlen, im Bereich mittlerer Drehzahlen oder im Bereich hoher Drehzahlen liegt und ob die Last des Motors (Ansaugdruck PM) im niedrigen, mittleren oder hohen Lastbereich liegt.

Das Diagramm gemäß Fig. 34 zeigt, bei welchen Drehzahlen und welcher Last des Motors 1 die Betriebsweise "einmalige Einsprit zung" gemäß Fig. 33A oder die Betriebsweise "unterteilte Ein spritzung" gemäß Fig. 33B gewählt werden. Für den Bereich mit niedriger bis mittlerer Drehzahl und mit niedriger bis mittlerer Last (schraffiert begrenzter Bereich in Fig. 34) weist Fig. 34 ein Feld auf, in dem der Kraftstoff mittels des Einspritzventils 18 in der Betriebsweise "einmalige Einspritzung" eingespritzt wird. Für hohe Drehzahl oder hohe Last weist Fig. 34 ein Feld auf, in dem der Kraftstoff mittels des Einspritzventils 18 in der Betriebsweise "unterteilte Einspritzung" eingespritzt wird. Darüber hinaus wird bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel dann, wenn der Motor 1 beispielsweise bei niedriger Temperatur angelassen wird, der Kraftstoff in eine Betriebsweise "niedrige Temperatur" eingespritzt, die sich von den beiden anderen Be triebsweisen unterscheidet. Zur Bestimmung der Betriebsweise der Einspritzung wird schließlich eine der drei Betriebsweisen, ein schließlich der Betriebsweise "niedrige Temperatur", ausgewählt.

Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel dient ferner ein Diagramm bzw. Kennfeld, wie es in Fig. 35 gezeigt ist, zur Bestimmung des Kraftstoffdrucks Pf (Schritt 302 in Fig. 15), damit der Kraft stoffdruck Pf entsprechend der Drehzahl Ne und der Last des Mo tors (Ansaugdruck PM) gewählt werden kann.

Ein in Fig. 35 gestrichelt abgegrenztes Feld stimmt mit dem Feld für einmalige Einspritzung im Diagramm gemäß Fig. 34 überein. In diesem gestrichelt abgegrenztem Feld sind ein Kraftstoffdruck feld für die beschriebene Funktion (a) "Proportionierung der Kraftstoffgeschwindigkeit" sowie ein Kraftstoffdruckfeld für die beschriebene Funktion (b) "Mittelwertbildung für die Kraftstoff geschwindigkeit" in Abhängigkeit von der Drehzahl des Motors festgelegt. Das Kraftstoffdruckfeld für die Proportionierung der Kraftstoffgeschwindigkeit liegt im Bereich verhältnismäßig nied riger Drehzahlen, und das Kraftstoffdruckfeld für die Mittel wertbildung der Kraftstoffgeschwindigkeit liegt im Bereich ver hältnismäßig hoher Drehzahlen. Zu beachten ist, daß bei hohen Drehzahlen oder hoher Last ein Feld mit unveränderlichem Kraft stoffdruck liegt, das dem Feld für unterteilte Einspritzung ge mäß Fig. 34 entspricht.

Fig. 36 ist ein Zeitdiagramm, das den Verlauf des Kraftstoff drucks Pf im Feld für die Proportionierung der Kraftstoffge schwindigkeit sowie den Verlauf des Kraftstoffdrucks Pf in dem Feld für die Mittelwertbildung der Kraftstoffgeschwindigkeit in nerhalb des gestrichelt abgegrenzten Bereichs im Diagramm gemäß Fig. 35 in Abhängigkeit von der Einspritzphase des Einspritzven tils 18 zeigt. Der Kraftstoffdruck Pf ändert sich in der in Fig. 36 gezeigten Weise in Abhängigkeit von der Einspritzung des Kraftstoffs mittels des Einspritzventils 18. Die Änderung des Kraftstoffdrucks Pf beginnt zu einem Zeitpunkt, der früher liegt als der Anfangszeitpunkt der Kraftstoffeinspritzung. Der Kraft stoffdruck Pf wird entweder so gesteuert, daß er proportional zur Einströmgeschwindigkeit ist, oder er wird so gesteuert, daß er dem zeitlichen Mittelwert der Einströmgeschwindigkeit ent spricht.

Mit dem zuvor ausführlich beschriebenen zweiten Ausführungsbei spiel werden die folgenden vorteilhaften Wirkungen erzielt:

(A) Die je Zeiteinheit dem Zylinder zugeführte Kraftstoffmenge wird so gesteuert, daß sie (durch Proportionierung oder durch Mittelwertbildung) der Einströmgeschwindigkeit der in den Zylin der (den Brennraum 13) eingesaugten Luft folgt. Beim vorliegen den Ausführungsbeispiel wird der Antrieb des Einspritzventils 18 derart gesteuert, daß der Kraftstoff in den Zylinder innerhalb derjenigen Periode des Saughubes einströmt, während der die Ein strömgeschwindigkeit den vorgegebenen Grenzwert Vr übersteigt. Unter diesen Bedingungen wird der Kraftstoff in den Zylinder eingeführt, während er von der verhältnismäßig schnell strömen den Ansaugluft transportiert wird, und ist das aus dem Kraft stoff und der Luft zusammengesetzte Gemisch im Zylinder homogen. Dies hat zur Folge, daß eine Homogenisierung des in den Zylinder gesaugten Gemischs realisiert werden kann und daß der Kraftstoff stabil verbrennt, so daß der Bereich, in dem der Kraftstoffver brauch und das Luft-Kraftstoff-Verhältnis gesteuert werden kön nen, erweitert ist. Ferner ermöglicht die Homogenisierung des Gemischs, daß eine zuverlässige Steuerung der Kraftstoffein spritzung im Magerbereich des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses er folgen kann, d. h. eine gesteuerte Magereverbrennung, und daß während der gesteuerten Magerverbrennung die Emission von Stickoxiden (NOx) verringert ist.
B) bei dem vorliegendem Ausführungsbeispiel wird wahlweise in Abhängigkeit von der Drehzahl des Motors entweder die Funktion "Pproportionierung der Kraftstoffgeschwindigkeit", bei der der Kraftstoff dem Zylinder mit einer Kraftstoffgeschwindigkeit zu geführt wird, die proportional zur Einströmgeschwindigkeit ist, oder die Funktion "Mittelwertbildung der Kraftstoffgeschwindig keit" realisiert, bei der der Kraftstoff dem Zylinder mit einer unveränderlichen, festen Kraftstoffgeschwindigkeit zugeführt wird, die dem zeitlichen Mittelwert der Einströmgeschwindigkeit entspricht. Dabei kann die Arbeitsbelastung der Steuereinheit 30 (Zentraleinheit 33) dadurch verringert werden, daß gemäß der Funktion "Mittelwertbildung der Kraftstoffgeschwindigkeit" der Kraftstoff in den Zylinder auf der Grundlage eines während der Einspritzung unverändertem Steuersignals (unveränderter Kraft stoffdruck) eingeleitet wird, wenn die Drehzahl des Motors ver hältnismäßig hoch ist.
C) bei dem vorliegendem Ausführungsbeispiel wird der Druck des Kraftstoffs (Kraftstoffdruck Pf) der dem Einspritzventil 18 aus dem Kraftstoffbehälter zugeführt wird, über den Antrieb der Kraftstoffpumpe 26 gesteuert. Diese Ausbildung ermöglicht es, den Durchfluß des eingespritzten Kraftstoffs durch Veränderung des Kraftstoffdrucks Pf zu ändern und dadurch zu bewirken, daß die dem Zylinder zugeführte Kraftstoffmenge zuverlässig der Ein strömgeschwindigkeit folgt.
D) Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird ferner der An trieb des Einspritzventils 18 derart gesteuert, daß bei hoher Drehzahl oder hoher Last des Motors der vom Einspritzventil 18 eingespritzte Kraftstoff in den Zylinder innerhalb ungefähr des ersten Drittels der Ventilöffnungsperiode einströmt, während der das Einlaßventil 14 offen ist. Diese Ausbildung ermöglicht es, daß ein großer Anteil des in den Zylinder eingespeisten Kraft stoffs schnell verdampft und daß die Verdampfung des dem Zylin der zugeführten Kraftstoffs beendet ist, bevor das Einlaßventil 14 schließt und der Ansaughub beendet ist. Weil die Temperatur der Luft aufgrund der Verdampfungswärme des Kraftstoffs sinkt, nimmt die Dichte, d. h. das Gewicht je Volumeneinheit, der in den Zylinder eingesaugten Luft ab. Dies hat zur Folge, daß der Ladewirkungsgrad der angesaugten Luft verbessert ist und daß die Verbrennung des Kraftstoffs stabilisiert wird. Ferner erlaubt dies, daß mehr Luft angesaugt wird und daß das abgegebene Drehmoment erhöht ist im Vergleich zu herkömmlichen Einspritzsy stemen bei gleichen Betriebsbedingungen des Motors.
E) Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird der mittels des Einspritzventils 18 eingespritzte Kraftstoff zerstäubt, in dem das Einspritzventil 18 mit Luftunterstützung benutzt wird und der Druck der dem Einspritzventil 18 zugeführten Druckluft gesteuert wird und indem der Kraftstoff in Richtung zum kegeli gen Abschnitt des Einlaßventils eingespritzt wird, das eine hohe Temperatur hat. Durch die auf diese Weise bewirkte Zerstäubung des eingespritzten Kraftstoffs wird die Verdampfung des Kraft stoffs im Zylinder beschleunigt. Demzufolge sinkt die Temperatur der Luft aufgrund der Verdampfungswärme des Kraftstoffs und ist der Ladewirkungsgrad der angesaugten Luft beim Ansaugen der Luft in den Zylinder dauerhaft verbessert. Demzufolge ist das vom Mo tor 1 gelieferte Drehmoment erhöht. Hingewiesen wird darauf, daß die Erfinder festgestellt haben, daß die optimale Teilchengröße SMD des eingespritzten Kraftstoffs im Bereich von 10 bis 30 µm liegt.

Fig. 37A zeigt die Ergebnisse von Versuchen, die unter Anwendung der Funktion "Mittelwertbildung der Kraftstoffgeschwindigkeit" im Hinblick auf den optimalen (minimalen) Kraftstoffverbrauch durchgeführt wurden, und gibt Punkte A und B optimalen (minimalen) Kraftstoffverbrauchs in Abhängigkeit von der Teil chengröße SMD und in Abhängigkeit vom Luft-Kraftstoff-Verhältnis LKV wieder. In Fig. 37A ist der Punkt A derjenige Punkt, bei dem der Kraftstoffverbrauch auf einer ausgezogen dargestellten Kenn linie für SMD=10 µm am geringsten ist, und ist der Punkt B derjenige Punkt, bei dem der Kraftstoffverbrauch auf einer strichpunktiert dargestellten Kennlinie für SMD=200 µm am niedrigsten ist. Ein Vergleich der Punkte A und B zeigt, daß mit der Kennlinie durch Punkt A ein niedriger Kraftstoffverbrauch erzielt werden kann und daß am Punkt A das Luft-Kraftstoff-Ver hältnis zur mageren Seite verschoben ist. Fig. 37B ist ein Diagramm, das die Emissionen von Kohlenwasserstoffen (KW) und Stickoxiden (No_x) für eine Teilchengröße SMD von 10 um und eine Teilchengröße SMD von 200 um wiedergibt, wobei die Punkte A und B den gleich bezeichneten Punkten in Fig. 37A entsprechen. Es ist in Fig. 37B erkennbar, daß die Emissionen von unverbrannten Kohlenwasserstoffen und von Stickoxiden um so niedriger sein können, je kleiner die Teilchengröße SMD ist (Punkte A).

[Erste Abwandlung des zweiten Ausführungsbeispiels]

Bei einer ersten Abwandlung des zweiten Ausführungsbeispiels wird das Einspritzventil 18 derart angetrieben, daß es Kraft stoff in den Saugstutzen 17 einspritzt bis zu einem vorbestimm ten Zeitpunkt vor dem Öffnen des Einlaßventils 14 (Früheinspritzung) und daß es fehlenden Kraftstoff zusätzlich entsprechend dem Betriebszustand des Motors zum jeweiligen Zeit punkt nach der Früheinspritzung einspritzt (Zusatzeinspritzung).

Fig. 38 ist ein Zeitdiagramm, das die Früheinspritzung erläu tert. Dabei wird eine dem Betriebszustand des Motors entspre chende Einspritzmenge (TAU) beispielsweise nahe dem Verdich tungs-OT berechnet und wird das Einspritzventil 18 angetrieben (eingeschaltet) entsprechend dem Wert von TAU. Diese Kraftstof feinspritzung wird zumindest um eine Verweilzeit Tst vor dem Öffnen des Einlaßventils 14 beendet. Dadurch verweilt der mit tels des Einspritzventils 18 eingespritzte Kraftstoff im Saug stutzen 17 für eine Zeitdauer, die der Verweilzeit Tst ent spricht. Danach ist der eingespritzte Kraftstoff verdampft und homogen mit der angesaugten Luft vermischt. Wenn das Einlaßven til 14 geöffnet wird, strömt demzufolge das homogene Gemisch in den Zylinder (Brennraum 13).

Die Verweilzeit Tst (siehe Fig. 38) ist diejenige Zeit, die zum Verdampfen des Kraftstoffs und zur Erzeugung des homogenen Ge mischs aus dem Kraftstoff und der angesaugten Luft benötigt wird. Zwar hängt diese Verweilzeit von der Teilchengröße SMD und anderen Einflußgrößen ab. Es ist jedoch experimentell bestätigt worden, daß die Verweilzeit Tst auf einen Wert im Bereich von 12 bis 15 msec festgesetzt werden kann, wenn die Teilchengröße SMD im Bereich von ungefähr 10 bis 30 µm liegt. Dies kann in folgen der Weise erklärt werden.

Bekanntermaßen beträgt die zur vollständigen Verdampfung des Kraftstoffs benötigte Zeitdauer ungefähr 2 bis 2,5 msec, wenn der Kraftstoff in eine Atmosphäre (im Zylinder) bei einer Tempe ratur von ungefähr 200°C eingespritzt wird. Die Temperatur ei nes normalen Saugstutzens liegt jedoch bei ungefähr 50°C. Die zur praktisch vollständigen Verdampfung des in den Saugstutzen eingespritzten Kraftstoffs benötigte Zeitdauer kann in folgender Weise abgeschätzt werden. Wenn die Temperatur der Kraftstoff teilchen 20°C beträgt und wenn dieser Kraftstoff in einen Zy linder mit einer Atmosphäre von 200°C eingespritzt wird, be trägt die Temperaturdifferenz 180°C (200-20=180). Wenn je doch Kraftstoffteilchen mit einer Temperatur von 20°C in den Saugstutzen mit einer Atmosphäre von 50°C eingespritzt werden, beträgt die Temperaturdifferenz 30°C (50-20=30). Das Ver hältnis der Übertragungszeiten für die erforderliche Wärmemenge beträgt für diese beiden Fälle 1 : 6. Demzufolge ergibt sich die für die Verdampfung des in den Saugstutzen eingespritzten Kraft stoffs erforderliche Zeitdauer durch Multiplizieren derjenigen Zeitdauer (ungefähr 2 bis 2,5 msec), die für die Verdampfung des in den Zylinder eingespritzten Kraftstoffs benötigt wird, mit "6". Daher ist verständlich, daß die zur Verdampfung des in den Saugstutzen eingespritzten Kraftstoffs benötigte Zeitdauer unge fähr 12 bis 15 msec beträgt ((2 bis 2,5)×6=12 bis 15).

Wie in Fig. 38 erkennbar ist, tritt dann, wenn eine Frühein spritzung ausgeführt wird, maximal eine Differenz von beispiels weise 360°KW (die Differenz zwischen dem Verdichtungs-OT und dem Ansaug-OT) auf zwischen dem Zeitpunkt, zu dem die Einsprit zung beginnt und dem Zeitpunkt, zu dem der eingespritzte Kraft stoff (das Gemisch) beim Öffnen des Einlaßventils 14 in den Zy linder eingesaugt wird. Daher ist es möglich, daß die dem Zylin der aufgrund der Früheinspritzung zugeführte Kraftstoffmenge zu gering ist im Vergleich zu derjenigen Kraftstoffmenge, die bei dem momentanen Betriebszustand des Motors, der sich ständig än dern kann, für eine ideale Verbrennung benötigt wird. Dann wird beim vorliegenden Ausführungsbeispiel nach der Früheinspritzung des Kraftstoffs in einen bestimmten Zylinder mit Zusatzeinsprit zung gearbeitet. Dies heißt mit anderen Worten, daß der Unter schied zwischen dem vorherigen Wert und dem aktuellen Wert von TAU bestimmt wird und daß das Einspritzventil 18 entsprechend diesem Unterschied angetrieben wird.

Wenn der aktuelle Wert von TAU (TAUneu) ungefähr am Ansaug-OT im Zeitdiagramm gemäß Fig. 39 berechnet wird, wird eine Differenz ΔTAU zwischen diesem Wert von TAU (TAUneu) und dem vorherigen Wert von TAU (TAUalt) berechnet (ΔTAU = TAUneu-TAUalt). Der Wert TAUalt ist derjenige Wert von TAU der der Früheinspritzung gemäß Fig. 38 zugrundeliegt und ungefähr am Verdichtungs-OT be rechnet worden ist. Wenn ΔTAU ein positiver Wert ist, wird das Einspritzventil 18 entsprechend ΔTAU angetrieben. Wie dies Fig. 39 zeigt, wird der entsprechend ΔTAU eingespritzte Kraftstoff in den Zylinder am Ende der Periode T eingeleitet, während der die Einströmgeschwindigkeit den vorbestimmten Grenzwert Vr über steigt, wobei diese Einströmphase eine Dauer von 1/5 der Periode T hat.

Beispielsweise dadurch, daß der Kraftstoffdruck Pf entsprechend gesteuert wird, wird dafür gesorgt, daß das Einspritzventil 18 so angetrieben wird, daß sich die Früheinspritzung und die Zu satzeinspritzung nicht überlappen.

Dies Abwandlung des vorliegenden Ausführungsbeispiels hat fol genden vorteilhafte Wirkungen. Das Einspritzventil 18 wird ent sprechend dem Wert von TAU zu einen Zeitpunkt angetrieben bzw. angesteuert, der um die Zeitdauer vorverlegt ist (die Verweil zeit Tst in Fig. 38), die zur Verdampfung des Kraftstoffs im Saugstutzen 17 vor dem Öffnen des Einlaßventils 14 benötigt wird, damit der Kraftstoff in den Saugstutzen 17 eingespritzt wird (Früheinspritzung). Dies ermöglicht es, daß der mittels des Einspritzventils 18 eingespritzte Kraftstoff verdampft, während er im Saugstutzen 17 verweilt, und daß dann das homogene Gemisch aus dem verdampften Kraftstoff und der angesaugten Luft be schleunigt wird. Demzufolge strömt in den Zylinder ein homogenes Gemisch ein, so daß der Kraftstoff stabil verbrennen kann und der Bereich, in dem der Kraftstoffverbrauch und das Luft-Kraft stoff-Verhältnis gesteuert werden können, erweitert ist. Ferner erlaubt die Homogenisierung des Gemischs daß die Kraft stoffeinspritzung derart gesteuert werden kann, daß eine stabile Verbrennung auch im Magerbereich des Luft-Kraftstoff-Ver hältnisses erfolgt (gesteuerte Magerverbrennung) und daß wäh rend der gesteuerten Magerverbrennung die Emission von Stickoxi den verringert ist.

Ferner ermöglicht die Zusatzeinspritzung, daß ein Kraftstoffman gel während der Verbrennung vermieden wird und daß eine ideale Verbrennung mit der optimalen Kraftstoffmenge realisiert werden kann. Zu beachten ist, daß die Zusatzeinspritzung die Homogeni sierung des Gemischs nicht beeinträchtigt, da die zusätzlich eingespritzte Kraftstoffmenge sehr klein ist.

Das Einspritzsystem gemäß der ersten Abwandlung des vorliegenden Ausführungsbeispiels ermöglicht ferner eine Verringerung des Kraftstoffverbrauchs und die Realisierung eines mageren Luft-Kraft stoff-Verhältnisses durch Zerstäubung des Kraftstoffs mit einer geeigneten Teilchengröße SMD.

Fig. 40A zeigt die Ergebnisse von Versuchen, die unter Anwendung der Früheinspritzung im Hinblick auf den optimalen (minimalen) Kraftstoffverbrauch unter Berücksichtigung der Teilchengröße SMD und in Abhängigkeit vom Luft-Kraftstoff-Verhältnis durchgeführt wurden. Der Punkt C in Fig. 40A ist derjenige Punkt, an dem der Kraftstoffverbrauch auf einer ausgezogen dargestellten Kennlinie für SMD=10 µm am niedrigsten ist, und der Punkt D ist derjeni ge Punkt, an dem auf einer strichpunktiert dargestellten Kennli nie für SMD=200 µm der Kraftstoffverbrauch am niedrigsten ist. Ein Vergleich dieser Punkte C und D ergibt, daß die Kurve durch den Punkt C einen niedrigen Kraftstoffverbrauch ermöglicht und daß am Punkt C das Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu Magerseite ver schoben ist. Fig. 40B ist ein Diagramm, das die Emissionen von unverbrannten Kohlenwasserstoffen (KW) und Stickoxiden (No_x) für Teilchengrößen SMD von 10 µm und 200 µm zeigt, wobei die Punkte C und D den gleich benannten Punkten in Fig. 40A entsprechen.

Aus Fig. 40B ist erkennbar, daß die Emissionen von Kohlenwasser stoffen und Stickoxiden um so niedriger sein können, je kleiner die Teilchengröße SMD ist (Punkte C).

[Zweite Abwandlung des zweiten Ausführungsbeispiels]

In ähnlicher Weise wie bei der zweiten Abwandlung des ersten Ausführungsbeispiels kann auch das zweite Ausführungsbeispiel in der Weise abgewandelt sein, daß das piezoelektrische Einspritz ventil gemäß Fig. 17 vorgesehen ist. Dementsprechend erfolgt die Steuerung der eingespritzten Kraftstoffmenge mit Hilfe des pie zoelektrischen Blocks 89 in Abhängigkeit von der Drehzahl und der Last (Ansaugdruck PM), wie dies im Diagramm gemäß Fig. 35 gezeigt ist. Es werden dann die Funktionen "Proportionierung der Kraftstoffgeschwindigkeit" und "Mittelwertbildung für die Kraft stoffgeschwindigkeit" auf geeignete Weise implementiert. Diese Abwandlung ermöglicht es auch in diesem Fall, daß der Durchfluß des eingespritzten Kraftstoffs geändert wird durch Vergrößerung oder Verkleinerung des Hubes des Ventilelementes des Einspritz ventils 18 durch entsprechende Kontraktion des piezoelektrischen Blocks 89 und daß die Menge des in den Zylinder (den Brennraum 13) eingespritzten Kraftstoffs der Einströmgeschwindigkeit der Ansaugluft folgt.

Das vorliegende Ausführungsbeispiel kann darüber hinaus auch mit folgenden Modifikationen realisiert werden.

Bei den bisher beschriebenen Ausführungsbeispielen und Abwand lungen werden die Funktion "Proportionierung der Kraftstoffge schwindigkeit", bei der der Kraftstoff in den Zylinder mit einer Kraftstoffgeschwindigkeit einströmt, die proportional zur Ein strömgeschwindigkeit ist, und die Funktion "Mittelwertbildung für die Kraftstoffgeschwindigkeit", bei der der Kraftstoff in den Zylinder mit einer festen Kraftstoffgeschwindigkeit ein strömt, die dem zeitlichen Mittelwert der Einströmgeschwindig keit der Ansaugluft entspricht, wahlweise in Abhängigkeit von der Drehzahl des Motors realisiert (siehe Fig. 35). Diese Ar beitsweise kann abgewandelt werden. Beispielsweise ist es mög lich, ein Einspritzsystem zu realisieren, indem lediglich entwe der die Funktion "Proportionierung der Kraftstoffgeschwindig keit" oder die Funktion "Mittelwertbildung für die Kraftstoffge schwindigkeit" ausgeführt wird. Auch in diesem Fall kann die Wirkung, daß das Gemisch homogenisiert wird, erzielt werden.

Obwohl bei dem bisher beschriebenen Ausführungsbeispiel die Funktion "unterteilte Einspritzung" vorgesehen ist, bei der dann, wenn die Drehzahl oder die Last des Motors hoch ist, der mittels des Einspritzventils 18 eingespritzte Kraftstoff in den Zylinder innerhalb des ersten Drittels der Ventilöffnungsperiode des Einlaßventils 14 einströmt, ist es möglich, das Einspritzsy stem ohne diese Funktion zu realisieren.

Ferner ist es möglich, dann, wenn gemäß der ersten Abwandlung mit Früheinspritzung durch das Einspritzventil 18 gearbeitet wird, die Verweilzeit Tst (Fig. 38) beispielsweise in Abhängig keit von der Temperatur der Ansaugluft veränderbar festzulegen.

Die Mittel zur Zerstäubung des eingespritzten Kraftstoffs können in Abwandlung der bisher beschriebenen, hierfür vorgesehenen Mittel wie folgt ausgebildet sein. Es kann ein Vielloch-Ein spritzventil mit beispielsweise 12 Spritzlöchern benutzt wer den, wobei dann die Anzahl der Spritzlöcher 12 (oder mehr) be trägt und der Durchmesser der Spritzlöcher noch kleiner ist als bei einem Vierloch-Einspritzventil. Diese Ausbildung ermöglicht eine effektive Zerstäubung des Kraftstoffs selbst bei niedrigem Druck der Druckluft, so daß vermieden werden kann, daß die Kraftstoffgeschwindigkeit aufgrund hohen Luftdrucks zu sehr an steigt und daß der Zylinder stark benetzt wird. In diesem Fall ist es ferner möglich, auf die Drucklufteinspritzung mittels der in Fig. 2 gezeigten Pumpe 72 ganz zu verzichten.

[Drittes Ausführungsbeispiel]

Bei dem dritten Ausführungsbeispiel kommt das in Fig. 17 darge stellte Einspritzventil 18 mit Piezoantrieb zur Anwendung. Die Funktionen und Betriebsweisen des Einspritzsystems gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel können wie folgt zusammenfassend be schrieben werden:

a) Erhöhung des Kraftstoffdurchflusses in den Zylinder während der späteren Phasen des Saughubes ("variabler Kraftstoff durchfluß");
b) Steuerung der Einströmphase des Kraftstoffs in den Zylinder auf eine bestimmte Periode während der Anfangsphase des Saug hubes ("Steuerung der Einströmphase"); und
c) Zerstäubung des dem Zylinder zugeführten Kraftstoffs ("Zerstäubung des eingespritzten Kraftstoffs").

Im folgenden wird zunächst die Funktion (a) "variabler Kraft stoffdurchfluß" unter Bezugnahme auf Fig. 41 erläutert.

Fig. 41 ist ein Zeitdiagramm und zeigt die Ventilhübe des geöff neten Einlaßventils 14 und des geöffneten Auslaßventils 15, die Einspritzphase des Einspritzventils 18, den Hub des Ventilele ments des Einspritzventils 18, den Verlauf der Einströmgeschwin digkeit der Luft bei geöffnetem Einlaßventil 14 und den Kraft stoffdurchfluß in den Zylinder, wobei auf der horizontalen Achse die oberen Totpunkte (OT) und die unteren Totpunkt (UT) für ein Arbeitsspiel des Kolbens 10 aufgetragen sind. Obwohl die Ein strömgeschwindigkeit tatsächlich erst etwas nach dem Öffnungs zeitpunkt des Einlaßventils 14 anzusteigen beginnt, sind dieser Öffnungszeitpunkt und der Beginn des Anstiegs der Einströmge schwindigkeit in Fig. 41 als gleichzeitig dargestellt.

Gemäß Fig. 41 öffnet das Auslaßventil 15 kurz vor dem UT und schließt es unmittelbar nach dem Ansaug-OT. Das Einlaßventil 14 öffnet kurz vor dem Ansaug-OT und schließt unmittelbar nach dem UT. Die Periode, während der die Einströmgeschwindigkeit einen vorgegebenen Grenzwert Vr bei geöffnetem Einlaßventil 14 über steigt, ist in Fig. 41 mit "T" bezeichnet. Diese Periode T ent spricht der Zeitdauer, während der der Ventilhub des Einlaßven tils 14 ungefähr 20% oder mehr des vollständigen Ventilhubes, d. h. des Ventilhubes von 100%, beträgt. Zu beachten ist, daß die Einströmgeschwindigkeit zu Beginn, wenn das Einlaßventil 14 ge öffnet wird, steil ansteigt und nach Erreichen des Spitzenwerts allmählich abfällt.

Während der Einspritzphase, während der der Kraftstoff mittels des Einspritzventils 18 eingespritzt wird, ändert sich der Hub im Einspritzventil in der in Fig. 41 dargestellten Weise. Ent sprechend der Wellenform des Hubes des Einspritzventils ändert sich der Kraftstoffdurchfluß in den Zylinder, d. h. die dem Zy linder je Zeiteinheit zugeführte Kraftstoffmenge.

Der Kraftstoffdurchfluß nimmt während der Periode T allmählich zu, und je weiter der Saughub fortschreitet, desto steiler wird fortschreitend die Zunahme. D.h. mit anderen Worten, daß der Kraftstoffdurchfluß in den Zylinder um so mehr zunimmt, je mehr sich der Saughub seinem Ende nähert. Dabei erstreckt sich die Dauer der Einleitung des Kraftstoffs in den Zylinder-praktisch über die gesamte Periode T. Die Steuerung des sich ändernden Hu bes im Einspritzventil erfolgt über die Spannung, die an den piezoelektrischen Block 89 angelegt wird, wie dies in den Fig. 17 bis 19 gezeigt ist.

Bei der vorstehend erläuterten Art der Kraftstoffzufuhr wird das in den Zylinder 9 gesaugte Gemisch so geschichtet, daß im Be reich der Zündkerze 27, die in Einspritzrichtung des Einspritz ventils 18 angeordnet ist, ein fettes Gemisch vorhanden ist. Dies ermöglicht es, daß selbst dann, wenn das Luft-Kraftstoff-Ver hältnis des Gemischs auf einen Wert im mageren Bereich einge stellt ist, das Gemisch zuverlässig gezündet und verbrannt wer den kann, so daß der Bereich des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, innerhalb dessen eine Steuerung durch das Einspritzsystem mög lich ist, zur Magerseite erweitert werden kann.

Im folgenden wird die Funktion (b) "Steuerung der Einströmphase" erläutert. Aus den im folgenden angegebenen Gründen ist es zweckmäßig, den mittels des Einspritzventils 18 eingespritzten Kraftstoff in den Zylinder innerhalb der Anfangsphase des Saug hubes einzuleiten, um den Ladewirkungsgrad der in den Zylinder eingesaugten Luft zu verbessern. Wenn der Kraftstoff während der Anfangsphase des Saughubes eingesaugt wird, wird die Verdampfung des Kraftstoffs beschleunigt, und dabei sinkt die Temperatur aufgrund der Verdampfungswärme, so daß die Dichte, d. h. das Ge wicht je Volumeneinheit, der in den Zylinder eingesaugten Luft zunimmt. Ergebnis ist, daß der Ladewirkungsgrad der eingesaugten Luft verbessert ist, daß die Einspritzung stabilisiert werden kann und daß das vom Motor abgegebene Drehmoment erhöht ist.

Wie dies in Fig. 42B gezeigt ist, ist das Einspritzsystem gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel derart ausgebildet, daß der Kraftstoff in den Zylinder innerhalb einer Periode eingeleitet wird, die zu Beginn der Periode T liegt und ein Drittel von de ren Dauer hat. Der mittels des Einspritzventils 18 eingespritz te, versprühte Kraftstoff strömt in den Zylinder, in dem er wäh rend der Anfangsphase der Ventilöffnungsperiode, während der das Einlaßventil geöffnet ist, von der eingesaugten Luftströmung mitgerissen wird. In diesem Fall ist der Hub des Ventilelementes des Einspritzventils 18 auf einen unveränderlichen, festen Wert eingestellt und wird der Kraftstoffdurchfluß konstant gehalten.

Die Betriebsweise, bei der gemäß der Funktion (a) der Kraft stoffdurchfluß in den Zylinder verändert bzw. variiert wird, wird hier als Betriebsweise "variabler Kraftstoffdurchfluß" be zeichnet, und die Betriebsweise, bei der der Kraftstoffdurchfluß in den Zylinder auf einen festen Wert festgelegt ist, wie dies im Zusammenhang mit der Funktion (b) beschrieben wurde, wird hier der Einfachheit halber als Betriebsweise "fester Kraft stoffdurchfluß" bezeichnet. Wenn die Einströmphasen dieser bei den Betriebsweisen miteinander verglichen werden, zeigt sich, daß in der Betriebsweise "variabler Kraftstoffdurchfluß" der ge samte Kraftstoff (100%) in den Zylinder innerhalb der Periode T einströmt, wie dies in Fig. 42A gezeigt ist, und daß in der Be triebsweise "fester Kraftstoffdurchfluß" der gesamte Kraftstoff in den Zylinder innerhalb der Periode "T/3" einströmt, wie dies in Fig. 42B gezeigt ist.

Die Funktion (c) "Zerstäubung des eingespritzten Kraftstoffs" stimmt mit der entsprechenden Funktion des ersten Ausführungs beispiels überein.

Die verschiedenen Verarbeitungsschritte, die mittels der Zen traleinheit 33 in der Steuereinheit 30 zur Steuerung der ver schiedenen Funktionen bei der Kraftstoffzufuhr realisiert wer den, sind bei dem dritten Ausführungsbeispiel gleich denen des ersten Ausführungsbeispiels mit Ausnahme der Routine zur An triebssteuerung des Einspritzventils.

Wenn die Routine zur Antriebssteuerung des Einspritzventils bei einer getakteten Unterbrechung, die jeweils nach einer vorgege benen Taktdauer von beispielsweise 4 msec erfolgt, aktiviert wird, liest die Zentraleinheit 33 zunächst im Schritt 401 den Betriebszustand des Motors beschreibende Größen wie die Drehzahl Ne des Motors, den Ansaugdruck PM, die Kühlwassertemperatur Tw und dergleichen ein. Dann bestimmt die Zentraleinheit 33 im Schritt 402 die Betriebsweise der Einspritzung mittels des Ein spritzventils 18 in Abhängigkeit von den eingelesenen Größen des Betriebszustands. Bei der Bestimmung der Betriebsweise der Ein spritzung wählt die Zentraleinheit 33 in Abhängigkeit davon, ob die Drehzahl Ne im niedrigen, mittleren oder hohen Drehzahlbe reich liegt, und in Abhängigkeit davon, ob die Last des Motors (Ansaugdruck PM) im niedrigen, mittleren oder hohen Lastbereich liegt, entweder die Betriebsweise "variabler Kraftstoffdurch fluß" oder die Betriebsweise "fester Kraftstoffdurchfluß", wobei dies grundsätzlich unter Verwendung des Diagramms bzw. Kennfel des gemäß Fig. 44 geschieht.

Fig. 44 ist ein Diagramm, das die Drehzahl- und Lastbereiche wiedergibt, aufgrund derer entweder die Betriebsweise "variabler Kraftstoffdurchfluß" gemäß Fig. 42A oder die Betriebsweise "fester Kraftstoffdurchfluß" gemäß Fig. 42B gewählt wird. Gemäß Fig. 44 wird der Kraftstoff mittels des Einspritzventils 18 in demjenigen Bereich (gestrichelt abgegrenztes Feld in Fig. 44), in dem die Drehzahl und die Last niedrig sind oder einen mittle ren Wert haben, in der Betriebsweise "variabler Kraftstoffdurch fluß" eingespritzt und wird der Kraftstoff in demjenigen Be reich, in dem die Drehzahl hoch ist oder die Last hoch ist, mit tels des Einspritzventils 18 in der Betriebsweise "fester Kraft stoffdurchfluß" eingespritzt. Allerdings wird der Kraftstoff nicht in einer der beiden vorstehend erörterten Betriebsweisen sondern in einer Betriebsweise "niedrige Temperatur" einge spritzt, wenn beispielsweise der Motor 1 bei niedriger Tempera tur angelassen wird. Bei der Bestimmung der Betriebsweise im Schritt 402 wird somit eine von den drei Betriebsweisen, ein schließlich der Betriebsweise "niedrige Temperatur", gewählt.

Danach fragt die Zentraleinheit 33 im Schritt 402 die bestimmte Betriebsweise der Kraftstoffeinspritzung ab. Wenn dabei die Zen traleinheit 33 feststellt bzw. entscheidet das die Betriebsweise "niedrige Temperatur" bestimmt worden ist, weil der Motor 1 bei spielsweise bei niedriger Temperatur angelassen wird, schreitet sie zu Schritt 401 fort, damit das Einspritzventil 18 in der Be triebsweise "niedrige Temperatur" angetrieben wird. In der Be triebsweise "niedrige Temperatur" wird das Einspritzventil in der Weise angetrieben, daß der Kraftstoff vor dem Saughub einge spritzt wird und daß der eingespritzte Kraftstoff in den Zylin der während des gesamten Saughubes eingeleitet wird. Dies ent spricht der Kraftstoffeinspritzung bei einem herkömmlichen Ein spritzsystem mit festem Kraftstoffdurchfluß.

Wenn die Zentraleinheit 33 entscheidet, daß die Betriebsweise "variabler Kraftstoffdurchfluß" bestimmt worden ist, schreitet sie zu Schritt 405 fort, damit das Einspritzventil in der Be triebsweise "variabler Kraftstoffdurchfluß" angetrieben wird und dementsprechend den Kraftstoff einspritzt (Fig. 42A). Wenn die Zentraleinheit 33 entscheidet, daß die Betriebsweise "fester Kraftstoffdurchfluß" bestimmt worden ist, schreitet sie zu Schritt 406 fort, damit das Einspritzventil 18 in dieser Be triebsweise angetrieben wird und den Kraftstoff einspritzt (Fig. 42B).

Das vorstehend ausführlich beschriebene Ausführungsbeispiel er zielt die folgenden Wirkungen.

A) Wenn die Teilchengröße des mittels des Einspritzventils 18 eingespritzten Kraftstoffs aufgrund der Zerstäubung 70 µm oder weniger beträgt und wenn das Einspritzventil 18 derart angetrie ben wird, daß der Kraftstoffdurchfluß in den Zylinder um so mehr zunimmt, je weiter der Saughub fortschreitet, ermöglicht diese Ausbildung, daß das Gemisch im Zylinder geschichtet ist, weil eine große Menge eingespritzten Kraftstoffs unmittelbar vor dem Schließen des Einlaßventils 14 eingesaugt wird. Dies heißt mit anderen Worten, daß um die Zündkerze herum eine Atmosphäre mit einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis vorliegt, das für eine Zündung und Verbrennung ausreicht, so daß eine stabile Verbrennung selbst dann realisiert werden kann, wenn die Atmosphäre insge samt mager ist. Da ferner der mittels des Einspritzventils 18 eingespritzte Kraftstoff zerstäubt wird, wird die Verdampfung des Kraftstoffs im Zylinder beschleunigt und gefördert, wodurch einer unvollständigen Verbrennung durch Benetzung des Zylinders vorgebeugt wird. In dieser Weise kann eine Schichtung des in den Zylinder eingeleiteten Gemischs in vorteilhafter Weise reali siert werden. Als Ergebnis kann die Magergrenze des Gemischs ausgedehnt werden und kann der Motor 1 in einem Bereich mit niedrigem Kraftstoffverbrauch betrieben werden.
B) Da bei dem vorliegendem Ausführungsbeispiel insbesondere vorgesehen ist, daß die Zunahme des Kraftstoffdurchflusses in den Zylinder allmählich zunimmt, je mehr Zeit seit dem Öffnen des Einlaßventils 14 verstrichen ist (siehe Fig. 41), kann eine ausgeprägtere Schichtung des Gemischs erreicht werden. Dabei kann der Kraftstoff in den Zylinder selbst dann in gewünschter Weise eingeleitet werden, wenn die Einströmgeschwindigkeit wäh rend der späteren Phasen des Saughubes niedrig wird, wie dies in Fig. 41 gezeigt ist.
C) Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel wird der Durchfluß des aus dem Einspritzventil 18 eingespritzten Kraftstoffs dadurch gesteuert, daß die Kontraktion des piezoelektrischen Blocks 89 gesteuert wird. Diese Ausbildung ermöglicht, daß der Durchfluß des eingespritzten Kraftstoffs auf einfache Weise dadurch verän dert wird, daß der Hub des Ventilelementes des Einspritzventils 18, der durch die Kontraktion des piezoelektrischen Blocks 89 bestimmt ist, vergrößert oder verkleinert wird.
D) Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird der Antrieb des Einspritzventils 18 dann, wenn der Motor bei hoher Drehzahl oder bei hoher Last arbeitet, so gesteuert, daß der mittels des Einspritzventils 18 eingespritzte Kraftstoff in den Zylinder in nerhalb ungefähr des ersten Drittels der Periode T einströmt, während das Einlaßventil 14 offen ist. Diese Ausbildung ermög licht, daß ein großer Anteil des dem Zylinder zugeführten Kraft stoffs schnell verdampft wird und daß die Verdampfung des in den Zylinder eingeleiteten Kraftstoffs beendet ist, bevor das Ein laßventil 14 geschlossen wird und der Saughub endet. Weil die Temperatur der Luft aufgrund der Verdampfungswärme des Kraft stoffs sinkt, nimmt die Dichte, d. h. das Gewicht je Volumenein heit, der in den Zylinder gesaugten Luft zu. Dies hat zur Folge, daß der Ladewirkungsgrad der angesaugten Luft verbessert ist und daß die Verbrennung des Kraftstoffs stabilisiert ist. Ferner er möglicht dies, daß mehr Luft angesaugt wird und daß demzufolge das abgegebene Drehmoment erhöht ist. Dies bedeutet, daß der Mo tor bei hoher Drehzahl oder hoher Last unter besonderer Berück sichtigung des Drehmoments betrieben werden kann.

Im folgenden werden unter Bezugnahme auf die Fig. 45 und 46 Ver suchsergebnisse erläutert, die die Wirkung bestätigen, die auf tritt, wenn ein hoher Anteil des Kraftstoffs in den Zylinder während einer späten Phase des Saughubes eingeleitet wird. Fig. 45 zeigt die Veränderungen der Emission von Stickoxiden (NOx) und des Kraftstoffverbrauches für drei Einspritzventile, die den Kraftstoff mit unterschiedlichen Teilchengrößen SMD einspritzen, wobei ferner der Soll-Wert der Steuerung des Luft-Kraftstoff-Ver hältnisses allmählich von der stöchiometrischen Seite (LKV=14,7) zur mageren Seite verschoben wird. Im Diagramm gemäß Fig. 45 gibt eine ausgezogene Kurve die Versuchsergebnisse für eine Teilchengröße SMD von ungefähr 70 µm wieder. Eine strichpunktier te Kurve gibt die Versuchsergebnisse für eine Teilchengröße SMD im Bereich von 10 bis 30 µm wieder, und eine gestrichelte Kurve gibt die Versuchsergebnisse für eine Teilchengröße von 200 µm wieder. Punkte A1, B1 und C1 auf den verschiedenen Kurven mit der Teilchengröße als Parameter zeigen den Gehalt an Stickoxiden und den Kraftstoffverbrauch für den Fall an, daß der Soll-Wert des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses der stöchiometrische Wert ist, und Punkte A2, B2 und C2 zeigen den Gehalt an Stickoxiden und den Kraftstoffverbrauch für den Fall an, daß der Soll-Wert des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses einem mageren Gemisch entspricht und beispielsweise LKV=23 beträgt. Die Versuchsergebnisse für die Teilchengröße SMD von 200 µm wurden gewonnen unter Anwendung des herkömmlichen Kraftstoffeinspritzverfahrens, bei dem das Ge misch gebildet wird mit im Saugstutzen verweilenden Kraftstoff, der gleichmäßig, d. h. unabhängig von der Phase des Saughubes eingespritzt wird, und bei dem dann dieses Gemisch in den Zylin der eingeleitet wird. Weil es dabei schwierig ist, das Gemisch in zweckmäßiger Weise zu schichten, ist die Verbrennung instabil und ist es sehr schwierig, als Steuerung des Luft-Kraftstoff-Ver hältnisses im Magerbereich durchzuführen. Wenn, wie bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, eine Schichtung des Gemischs realisiert werden soll, erweist sich dies als sehr schwierig bei einer Teilchengröße SMD von 150 bis 200 µm, weil diese Teilchen größe zu groß ist.

Wenn diejenigen Werte, bei denen die Stickoxidmenge und der Kraftstoffverbrauch am günstigsten sind, verglichen werden für den Fall, daß die Teilchengröße SMD im Bereich von 10 bis 30 µm liegt, und für den Fall, daß die Teilchengröße SMD 200 µm be trägt, ist erkennbar, daß im ersten Fall die Stickoxidmenge um "W1" verringert ist und der Kraftstoffverbrauch um "W2" verbes sert ist (siehe Fig. 45).

Fig. 46 ist ein Diagramm, das die Auswirkungen der Teilchengröße SMD auf die Stickoxidemission und den Kraftstoffverbrauch zeigt. In Fig. 46 ist erkennbar, daß die Stickoxidmenge um so niedriger ist und der Kraftstoffverbrauch um so mehr verbessert ist, je kleiner die Teilchengröße SMD ist. Hingewiesen wird darauf, daß der Grenzwert von "SMD=70 µm" unter Berücksichtigung der zuläs sigen Stickoxidmenge und des Kraftstoffverbrauchs festgesetzt worden ist. Wenn die Teilchengröße SMD kleiner oder gleich 70 µm ist, kann eine stabile Verbrennung selbst dann aufrecht erhalten werden, wenn die Kraftstoffeinspritzung in beschriebener Weise derart gesteuert wird, daß ein großer Kraftstoffanteil in den Zylinder während des letzten Abschnitts des Saughubes eingelei tet wird.

[Erste Abwandlung des dritten Ausführungsbeispiels]

Im folgenden wird unter Bezugnahme auf Fig. 47 eine erste Ab wandlung des dritten Ausführungsbeispiels erläutert. Bei dem un abgewandelten dritten Ausführungsbeispiel wird der Antrieb des Einspritzventils 18 derart gesteuert, daß der Kraftstoffdurch fluß in den Zylinder um so größer ist, je weiter der Saughub fortgeschritten ist. Bei der vorliegenden Abwandlung wird der Antrieb des Einspritzventils 18 derart gesteuert, daß der Kraft stoffdurchfluß gleichmäßig bleibt und daß die Kraftstoffeinlei tung innerhalb des Saughubes auf mehrere verschiedene Perioden in der Weise unterteilt ist, daß um so mehr Kraftstoff je unter teilter Periode einströmt, je weiter der Saughub fortgeschritten ist. Zu diesem Zweck wird die Dauer des Hubes des Ventilelemen tes des Einspritzventils gesteuert, wobei der Ventilhub des Ein spritzventils 18 konstant bzw. auf einem festen Wert gehalten wird. Die Zerstäubung des Kraftstoffs wird auf gleiche Weise wie bei dem unabgewandeltem dritten Ausführungsbeispiel bewirkt.

Wie beispielsweise das Diagramm gemäß Fig. 47 zeigt, wird der Kraftstoff mittels des Einspritzventils 18 im konkreten Fall in der Weise eingespritzt, daß die Einspritzung auf beispielsweise drei Perioden aufgeteilt ist. Der auf drei Anteile aufgeteilte Kraftstoff wird in den Zylinder innerhalb der Periode T während des Saughubes eingesaugt. Die Dauer T1 derjenigen Periode, wäh rend der der Kraftstoff zuerst eingeleitet wird, die Dauer T2 derjenigen Periode, während der der Kraftstoff beim zweiten mal eingeleitet wird, und die Dauer T3 derjenigen Periode, während der der Kraftstoff beim dritten mal eingeleitet wird, stehen in der Beziehung T1<T2<T3. D. h. mit anderen Worten, daß die jeweils einströmende Kraftstoffmenge zunimmt, je weiter der Saughub fortgeschritten ist. Demzufolge wird ein großer Anteil des eingespritzten Kraftstoffs vor dem Schließen des Einlaßven tils 14 in den Zylinder eingesaugt, so daß im Zylinder ein ge schichtetes Gemisch erzeugt werden kann.

Bei dieser Abwandlung kann in gleicher Weise wie bei dem dritten Ausführungsbeispiel eine zweckmäßige Schichtung des in den Zy linder eingeleiteten Gemischs realisiert werden. Die Magergrenze des Gemischs kann erweitert werden, so daß die Brennkraftmaschi ne in Betriebsbereichen mit niedrigen Kraftstoffverbrauch be trieben werden kann.

Diese Abwandlung kann auch auf eine der folgenden Weisen reali siert werden: Durch Steuerung der einzelnen Kraftstoffeinleitun gen in der Weise, daß die Dauer T1, die Dauer T2 und die Dauer T3 gleich sind und daß fortschreitend der Hub des Ventilelemen tes des Einspritzventils 18 vergrößert wird; durch Steuerung des Drucks des dem Einspritzventil 18 zugeführten Kraftstoffs auf unterschiedliche Werte, wobei die Dauer T1, die Dauer T2 und die Dauer T3 der unterteilten Perioden, während der der Kraftstoff einströmt, gleich sind. Im letztgenannten Fall nimmt die je un terteilter Periode einströmende Kraftstoffmenge zu, je weiter der Saughub fortschreitet, indem zu diesem Zweck der Kraftstoff druck allmählich erhöht wird, was beispielsweise mittels der Kraftstoffpumpe geschehen kann. Ferner kann die Kraftstoffein leitung auf zwei Perioden oder auf vier Perioden oder auf mehr als vier Perioden unterteilt werden, und schließlich kann ein anderes Einspritzventil als ein piezogetriebenes Einspritzventil benutzt werden. Mit anderen Worten kann diese Abwandlung durch jede Anordnung realisiert werden, die es erlaubt, den Antrieb des Einspritzventils derart zu steuern, daß die während der ein zelnen unterteilten Perioden eingeleiteten Kraftstoffmengen mit fortschreitendem Saughub zunehmen.

Zusätzlich zu den vorstehend erläuterten Abwandlungen kann das vorliegende Ausführungsbeispiel auffolgende Weisen realisiert werden.

Obwohl bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der Kraftstoff so zerstäubt wird, daß die Teilchengröße SMD im Bereich von 10 bis 30 µm liegt, kann der Bereich der Teilchengröße je nach Be darf geändert werden, solange die Teilchengröße ungefähr 70 µm oder weniger beträgt. Ahnlich wie bei jedem Ausführungsbeispiel kann auch in diesem Fall eine zweckmäßige Schichtung des dem Zy linder zugeführten Gemischs erreicht werden und kann die Ver brennung stabilisiert werden, selbst wenn das Luft-Kraft stoff-Verhältnis im Magerbereich liegt.

Obwohl bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel bei Betrieb des Motors mit hoher Drehzahl oder hoher Last der Kraftstoff in der Betriebsweise "fester Kraftstoffdurchfluß" eingespritzt wird, so daß der mittels des Einspritzventils 18 eingespritzte Kraftstoff in den Zylinder innerhalb ungefähr des ersten Drittels der Ven tilöffnungsperiode des Einlaßventils 14 einströmt, kann das Ein spritzsystem auch ohne diese Betriebsweise ausgeführt werden. Dies heißt mit anderen Worten, daß die Betriebsweise "variabler Kraftstoffdurchfluß", wie sie in Fig. 42A erläutert ist im ge samten Arbeitsbereich des Motors angewendet werden kann.

Ferner kann das dritte Ausführungsbeispiel auch in der Weise mo difiziert werden, wie dies im folgenden beschrieben wird und in den Fig. 48A, 48B, 49A und 49B gezeigt ist. Es kann nämlich der Verlauf des Kraftstoffdurchflusses geändert werden. Gemäß den Fig. 48A und 48B ist die Zunahme des Kraftstoffdurchflusses, d. h. die Steigung der Kurve in Fig. 48B, konstant. Gemäß den Fig. 49A und 49B wird die Zunahme des Kraftstoffdurchflusses allmäh lich geringer. Darüber hinaus kann der Kraftstoffdurchfluß in den Zylinder stufenweise erhöht werden.

Die Zerstäubung des eingespritzten Kraftstoffs kann auch auf folgende Weise realisiert werden. Es kann ein Mehrloch-Ein spritzventil mit beispielsweise 12 Spritzlöchern benutzt wer den, wobei dann die Anzahl der Spritzlöcher auf 12 (oder mehr) erhöht ist und der Durchmesser der Spritzlöcher kleiner ist als bei einem Vierloch-Einspritzventil. Dies ermöglicht eine Zer stäubung des Kraftstoffs selbst dann, wenn der Luftdruck der Druckluft verhältnismäßig niedrig ist, so daß vermieden wird, daß durch hohen Druck der Druckluft die Strömungsgeschwindigkeit des Kraftstoffs zu stark erhöht wird und daß die Benetzung des Zylinders zunimmt. In diesem Falle ist es ferner möglich, die Zufuhr von Druckluft mittels der Pumpe 72 vollständig zu unter lassen.

Ferner ist es möglich, bei Betrieb des Motors mit hoher Drehzahl oder hoher Last ungefähr 50% der gesamten Kraftstoffmenge in nerhalb der Periode T einzuspritzen und die übrigen 50% des Kraftstoffs außerhalb des Saughubes einzuspritzen, um die Emis sion unverbrannter Kohlenwasserstoffe zu unterdrücken. Diese Be triebsweise kann statt der Betriebsweise gemäß der Fig. 42A ge wählt werden, gemäß der der gesamte Kraftstoff innerhalb der Pe riode T in den Zylinder einströmt, oder sie kann zusammen mit der Betriebsweise gemäß Fig. 42B ausgeführt werden.

Vorstehend sind bevorzugte Ausführungsbeispiele und verschiedene Abwandlungen derselben beschrieben. Weitere Abwandlungen kann der Fachmann im Rahmen der Erfindung, wie sie durch die Patent ansprüche definiert ist, ohne weiteres vornehmen.

Das Einspritzsystem für einen Motor erhöht den Ladewirkungsgrad für die in einen Zylinder eingesaugte Luft und stabilisiert die Verbrennung des Kraftstoffs. Eine Saugleitung des Motors ist mit einem luftunterstützten Einspritzventil versehen. Mittels des Einspritzventils eingespritzter Kraftstoff strömt über ein Ein laßventil in einen Brennraum innerhalb des Zylinders. Eine elek tronische Steuereinheit steuert den Antrieb des Einspritzventils derart, daß der mittels des Einspritzventils eingespritzte Kraftstoff in den Zylinder am Beginn der Ventilöffnungsperiode, während der das Einlaßventil offen ist, während einer Zeitdauer, die ungefähr 1/3 der Ventilöffnungsperiode ausmacht, einströmt. Diese Ausbildung ermöglicht es, daß ein großer Anteil des dem Zylinder zugeführten Kraftstoffs schnell verdampft wird um daß die Verdampfung des dem Zylinder zugeführten Kraftstoffs abge schlossen ist, bevor das Einlaßventil schließt. Weil dabei auf grund der Verdampfungswärme des Kraftstoffs die Temperatur der Luft sinkt, nimmt die Dichte der in den Zylinder eingesaugten Luft zu, so daß der Ladewirkungsgrad der angesaugten Luft erhöht ist.

Claims

1. Einspritzsystem für eine Brennkraftmaschine (1) mit einem Zy linder (9) und einem Einlaßventil (14), gekennzeichnet durch
ein Einspritzventil (18) zum Einspritzen von Kraftstoff, der während der Ventilöffnungsperiode während der das Einlaßventil im Saughub der Brennkraftmaschine geöffnet ist, in den Zylinder eingeleitet wird, und
eine Steuereinrichtung (30) zur Steuerung des Antriebs des Einspritzventils in der Weise, daß der mittels des Einspritzven tils eingespritzte Kraftstoff innerhalb einer bestimmten Periode einströmt, die auf den Ventilöffnungszeitpunkt des Einlaßventils abgestimmt ist.

2. Einspritzsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (30) den Antrieb des Einspritzventils (18) in der Weise steuert, daß der mittels des Einspritzventils ein gespritzte Kraftstoff in den Zylinder innerhalb ungefähr eines Drittels der Dauer des Ventilöffnungsperiode des Einlaßventils zu Beginn der Ventilöffnungsperiode einströmt.

3. Einspritzsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich net, daß die Steuereinrichtung (30) die bestimmte Periode, wäh rend der der mittels des Einspritzventils eingespritzte Kraft stoff in den Zylinder einströmt, auf einen Zeitraum beschränkt, während dessen die Einströmgeschwindigkeit der bei geöffnetem Einlaßventil angesaugten Luft einen vorgegebenen Grenzwert (Vr) übersteigt.

4. Einspritzsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekenn zeichnet durch
eine Erfassungseinrichtung (6, 8, 21, 22) zur Erfassung von den Betriebszustand der Brennkraftmaschine beschreibenden Grö ßen, zu denen zumindest die Drehzahl (Ne) und die Last der Brennkraftmaschine gehören,
wobei die Steuereinrichtung (30) erste Steuermittel (Schritt 205) aufweist, die bewirken, daß der mittels des Einspritzven tils (18) eingespritzte Kraftstoff auf einmal innerhalb ungefähr eines Drittels der Dauer der Ventilöffnungsperiode vom Öffnen bis zum Schließen des Einlaßventils (14) vom Öffnungsbeginn des Einlaßventils an eingeleitet wird, wobei die Steuereinrichtung (30) zweite Steuermittel (Schritt 206) aufweist, die bewirken, daß der mittels des Einspritzventils (18) eingespritzte Kraft stoff auf zwei Zeiten unterteilt in den Zylinder eingeleitet wird innerhalb ungefähr eines Drittels der Dauer der Ventilöff nungsperiode vom Öffnen bis zum Schließen des Einlaßventils (14) vom Öffnungsbeginn des Einlaßventils an und innerhalb der Ven tilschließperiode, während der das Einlaßventil (14) geschlossen ist,
und wobei die Steuereinrichtung (30) Befehlsmittel (202) auf weist, die bewirken, daß in Abhängigkeit von der mittels der Er fassungseinrichtung erfaßten Last und Drehzahl der Brennkraftma schine (1) die ersten Steuermittel oder die zweiten Steuermittel benutzt werden, wobei die Befehlsmittel ferner die Kraftstoffan teile bestimmen, die zu den zwei Zeiten unter Steuerung durch die zweiten Steuermittel eingespritzt werden.

5. Einspritzsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Befehlsmittel dann, wenn die Drehzahl oder die Last der Brennkraftmaschine (1) hoch ist, den Kraftstoffanteil stärker erhöhen, der zur zweiten Zeit unter Steuerung durch die zweiten Steuermittel eingespritzt wird.

6. Einspritzsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekenn zeichnet durch
eine Erfassungseinrichtung (6, 8, 21, 22) zur Erfassung von den Betriebszustand der Brennkraftmaschine beschreibenden Grö ßen, zu denen zumindest die Drehzahl (Ne) und die Last der Brennkraftmaschine gehören,
wobei die Steuereinrichtung (30) erste Steuermittel (Schritt 205) aufweist, die bewirken, daß dann, wenn die Erfassungsein richtung erfaßt, daß die Brennkraftmaschine nicht bei hoher Last oder bei hoher Drehzahl arbeitet, der gesamte mittels des Ein spritzventils (18) eingespritzte Kraftstoff innerhalb ungefähr eines Drittels der Dauer der Ventilöffnungsperiode vom Öffnen bis zum Schließen des Einlaßventils (14) vom Öffnungsbeginn des Einlaßventils an eingeleitet wird,
und wobei die Steuereinrichtung (30) zweite Steuermittel (Schritt 206) aufweist, die bewirken, daß ungefähr die Hälfte des mittels des Einspritzventils (18) eingespritzten Kraftstoffs innerhalb ungefähr eines Drittels der Dauer der Ventilöffnungs periode vom Öffnen bis zum Schließen des Einlaßventils (14) vom Öffnungsbeginn des Einlaßventils an in den Zylinder eingeleitet wird und daß der restliche Kraftstoff in den Zylinder innerhalb der Ventilschließperiode eingeleitet wird, während der das Ein laßventil (14) geschlossen ist.

7. Einspritzsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekenn zeichnet durch
einen Ventilverstellmechanismus (101, 102, 103, 104) zum Vorverstellen oder Nachverstellen des Öffnungszeitpunktes und des Schließzeitpunktes des Einlaßventils (14) und
eine Ventilsteuereinrichtung (30, Schritte 401 bis 403) zur Steuerung des Öffnungszeitpunktes und des Schließzeitpunktes des Einlaßventils (14) mit Hilfe des Ventilverstellmechanismus (101, 102, 103, 104), wobei die Steuereinrichtung (30) zur Steurung des Antriebs des Einspritzventils die Antriebsphase des Ein spritzventils in Abhängigkeit von der durch die Ventilsteuerein richtung bewirkten Steuerung steuert.

8. Einspritzsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekenn zeichnet durch eine Zerstäubungseinrichtung (44, 71, 72) zur Zerstäubung des mittels des Einspritzventils (18) eingespritzten Kraftstoffs.

9. Einspritzsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (30) zur Steuerung des Antriebs des Ein spritzventils den Antrieb des Steuerventils derart steuert, daß der Kraftstoff innerhalb eines Zeitraumes des Saughubes in den Zylinder einströmt, während dessen die Einströmgeschwindigkeit der in den Zylinder angesaugten Luft einen vorgegebenen Grenz wert (Vr) übersteigt, und daß die Steuereinrichtung (30) zur Steuerung des Antriebs des Einspritzventils den Durchfluß des dem Zylinder zugeführten Kraftstoffs in Abhängigkeit von der Einströmgeschwindigkeit der in den Zylinder eingesaugten Luft steuert.

10. Einspritzsystem nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Durchflußsteuereinrichtung für den Kraftstoff, die bewirkt, daß der Kraftstoff in den Zylinder mit einer Kraftstoffgeschwindig keit einströmt, die proportional zur Einströmgeschwindigkeit der angesaugten Luft ist.

11. Einspritzsystem nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Durchflußsteuereinrichtung für den Kraftstoff, die bewirkt, daß der Kraftstoff in den Zylinder mit einer festen Kraftstoffge schwindigkeit einströmt, die einem zeitlichen Mittelwert der Einströmgeschwindigkeit der angesaugten Luft entspricht.

12. Einspritzsystem nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch
erste Steuermittel, die bewirken, daß der Kraftstoff in den Zylinder mit einer Kraftstoffgeschwindigkeit einströmt, die pro portional zur Einströmgeschwindigkeit der angesaugten Luft ist, und
zweite Steuermittel, die bewirken, daß der Kraftstoff in den Zylinder mit einer festen Kraftstoffgeschwindigkeit einströmt, die dem zeitlichen Mittelwert der Einströmgeschwindigkeit der angesaugten Luft entspricht,
wobei die Einleitung des Kraftstoffs unter Steuerung durch die ersten Steuermittel und die Einleitung des Kraftstoffs unter Steuerung durch die zweiten Steuermittel wahlweise in Abhängig keit von der Drehzahl (Ne) der Brennkraftmaschine (1) durchge führt wird.

13. Einspritzsystem für eine Brennkraftmaschine (1) mit einem linder (9) und einem Einlaßventil (14), gekennzeichnet durch
ein Einspritzventil (18) zum Einspritzen von Kraftstoff, der während der Ventilöffnungsperiode, während der das Einlaßventil im Saughub der Brennkraftmaschine geöffnet ist, in den Zylinder eingeleitet wird,
einen Ventilverstellmechanismus (101, 102, 103, 104) zum Vorverstellen oder Nachverstellen des Öffnungszeitpunktes und des Schließzeitpunktes des Einlaßventils (14),
eine Ventilsteuereinrichtung (30, Schritte 401 bis 403) zur Steuerung des Öffnungszeitpunktes und des Schließzeitpunktes des Einlaßventils (14) mit Hilfe des Ventilverstellmechanismus (101, 102, 103, 104) in Abhängigkeit vom Betriebszustand der Brenn kraftmaschine und
eine Steuereinrichtung (30, Schritte 501 und 502) zur Steue rung des Antriebs des Einspritzventils in der Weise, daß die An triebsphase des Einspritzventils der Steuerung durch die Ventil steuereinrichtung (30, Schritte 401 bis 403) entspricht.

14. Einspritzsystem nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (30, Schritte 501 und 502) zur Steue rung des Antriebs des Einspritzventils dieses in Abhängigkeit vom Öffnungsbeginn des Einlaßventils in der Weise steuert, daß die Einströmung des Kraftstoffs in den Zylinder zu einem vorab bestimmten Zeitpunkt nach dem Öffnen des Einlaßventils beendet ist.

15. Einspritzsystem für eine Brennkraftmaschine (1) mit einem Zylinder (9) und einem Einlaßventil (14), gekennzeichnet durch,
ein Einspritzventil (18) zum Einspritzen von Kraftstoff, der während der Ventilöffnungsperiode, während der das Einlaßventil im Saughub der Brennkraftmaschine geöffnet ist, in den Zylinder eingeleitet wird,
eine Recheneinrichtung (30) zur fortlaufenden Berechnung der einzuspritzenden Kraftstoffmenge aufgrund des momentanen Be triebszustandes der Brennkraftmaschine und
eine Früheinspritzeinrichtung (30) zum Einspritzen des Kraftstoffs in einen Saugstutzen (17) bis zu einem vorbestimmten Zeitpunkt vor dem Öffnungsbeginn des Einlaßventils (14) unter Antrieb des Einspritzventils entsprechend dem berechneten Wert der Kraftstoffmenge.

16. Einspritzsystem nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Früheinspritzeinrichtung (30) bewirkt, daß das Ein spritzventil den Kraftstoff während einer Einspritzphase ein spritzt, die um eine Verweilzeit, die zum Verdampfen des Kraft stoffs im Saugstutzen (17) erforderlich ist, vor dem Öffnungsbe ginn des Einlaßventils liegt.

17. Einspritzsystem nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekenn zeichnet, daß das Einspritzventil (18) in der Weise angetrieben wird, daß nach dem Einspritzen des Kraftstoffs in den Saugstut zen (17) mittels der Früheinspritzeinrichtung (30) während des Saughubes des Zylinders in den Zylinder zusätzlich eine Kraft stoffmenge eingespritzt wird, die gleich der Differenz zwischen dem zuvor mittels der Recheneinrichtung berechneten Wert der Kraftstoffmenge und einem aktuellen Wert derselben ist.

18. Einspritzsystem nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch eine Zerstäubungseinrichtung (44, 71, 72) zur Zerstäubung des mittels des Einspritzventils (18) eingespritzten Kraftstoffs.

19. Einspritzsystem für eine Brennkraftmaschine (1) mit einem Zylinder (9) und einem Einlaßventil (14), gekennzeichnet durch
ein Einspritzventil (18) zum Einspritzen von Kraftstoff, der während der Ventilöffnungsperiode, während der das Einlaßventil im Saughub der Brennkraftmaschine geöffnet ist, in den Zylinder eingeleitet wird,
eine Zerstäubungseinrichtung (44, 71, 72) zur Zerstäubung des mittels des Einspritzventils (18) eingespritzten Kraftstoffs auf eine Teilchengröße von ungefähr 70 µm oder weniger, und
eine Steuereinrichtung (30) zur Steuerung des Antriebs des Einspritzventils in der Weise, daß der Durchfluß des dem Zylin der zugeführten Kraftstoffs um so größer ist, je weiter der Saughub fortschreitet.

20. Einspritzsystem nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (30) zur Steuerung des Antriebs des Einspritzventils die Zunahme des Durchflusses des dem Zylinder zugeführten Kraftstoffs mit der seit dem Öffnen des Einlaßven tils verstrichenen Zeit fortschreitend erhöht.

21. Einspritzsystem nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (30) zur Steuerung des Antriebs des Einspritzventils die Einleitung des Kraftstoffs während des Saughubes auf mehrere Perioden in der Weise unterteilt und das Einspritzventil in der Weise antreibt, daß die je unterteilter Periode eingeleitete Kraftstoffmenge mit Fortschreiten des Saug hubes ansteigt.