DE3044292C2 - Steuerung eines mehrzylindrigen, fremdgezündeten Einspritz-Verbrennungsmotor - Google Patents

Description

a) in jedem Nebenansaugkanal (20) ein Verschlußelement (25) unmittelbar vor dem Einlaßventil (15) angeordnet ist und

b) die Einlaßventile (14,15) der Hauptansaug- (19) und der Nebenansaugkanäle (20) durch unterschiedliche Nocken gesteuert sind, derart, daß die Einlaßventile (14) in den Hauptansaugkanälen (19) von Nocken gesteuert sind, die auf hohen Wirkungsgrad und niedrige Abgaswerte im normalen Fahrbereich (Teillastbereich) abgestimmt sind und daß die Einlaßventile (15) in den Nebenansaugkanälen (20) von Nocken gesteuert sind, die für hohe Motorleistung ausgelegt sind.

2. Verbrennungsmotor n?ch Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschlußelemente (25) mittels einer mit einer Schaltvorrichtung (26) verbundenen Schubstange (27) betätigbar sind, an der auf die Verschlußeiemente (25) wirkende Hebel (29) angelenkt sind.

3. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Haupt- und Nebenansaugkanäle (19, 20) von einem gemeinsamen Saugrohr (17) abzweigen, in dem die Drosselklappe (23) angeordnet ist, und die Verschlußeiemente (25) mit einem Prozessor (30) wirkverbunden sind, an den ein am Einlaßende (22) des Saugrohres (18) angeordneter Luftmengenmesser (22), ein in dem Saugrohr (18) angeordnetes Druckmeßgerät (24) und eine die Motordrehzahl wiedergebende Einrichtung, insbesondere ein Zündverteiler (31), angeschlossen sind zur Umschaltung der Verschlußelemente (25) bei einem bestimmten Betriebszustand.

4. Verbrennungsmotor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltvorrichtung (26) ein elektrisches Stellglied ist.

Die Erfindung betrifft die Steuerung eines mehrzylindrigen, fremdgezündeten Einspritz-Verbrennungsmotors, der je Zylinder mindestens einen Hauptansaugünd einen Nebenansaugkanal und je Kanal ein Einlaßventil aufweist, wobei der Kraftstoff jeweils nur in die Hauptansaugkanäle eingespritzt wird, die Luftzufuhr zu den Hauptansaugkanälen durch eine mittels des Fahrpedals betätigbare Drosselklappe regelbar ist und die Luftzufuhr zu den Nebenansaugkanälen durch ein Verschlußelement gesteuert wird, welches im Teillastbereich geschlossen bleibt.

Aus der DE-OS 28 54 332 ist beispielsweise ein fremdgezündeter Viertakt-Kolbenmotor bekannt, der je Zylinder einen Hauptansaug- und einen Nebenansaugkanal und je Kanal ein Einlaßventil aufweist. Bei dem anhand der dortigen Fig.9 und 10 beschriebenen Beispiel kann lediglich in dem Hauptansaugkanal eine Treibstoffeinspritzdüse vorgesehen sein. Die Steuerung der Einspritztreibstoffmenge erfolgt in Übereinstimmung mit der Ansaugluftmenge. Die Ansaugluftmenge

ίο wird von einer Drosselklappe gesteuert, die über eine mechanische Koppelung in Verbindung mit dem Gaspedal steht, so daß sie durch die Handhabung des Gaspedales betätigt werden kann. Ein in dem Nebenansaugkanal angeordnetes Nebendrosselventil wird dabei derart betätigt, daß die Öffnung desselben beginnt, nachdem das Hauptdrosselventil hinlänglich weit geöffnet ist, wenn also der Motor bei hohen Drehzahlen unter hohen Lasten arbeitet. Nach diesem Stand der Technik kann bei geschlossenem Nebendrosselventil, nämlich bei niedrigen und mittleren Lasten, ein besserer Motorbetrieb als mit einer herkömmlichen Einzelsauganlage erzielt werden sowie eine Verringerung der unverbrannten Kohlenwasserstoffe und Kohlenmonoxide, die vom Verbrennungsmotor ausgeschieden werden. Im Teillastbereich ist jedoch das Lastwechselverhalten eines solchen Motors beeinträchtigt, da über das Einlaßventil im Nebenansaugkanal infolge des großen Totvolumens bis zu dem Nebendrosselventil ein Luftschluck erfolgen kann, der zwar komprimiert wird, jedoch nicht an der Verbrennung und im Arbeitshub teilnimmt.

Die Einlaßventile im Hauptansaug- und im Nebenansaugkanal werden gemeinsam geöffnet. Dies bedeutet, daß die Öffnungszeit für die Einlaßventile im wesentlichen nur für einen Lastbereich, zum Beispiel für niedrige und mittlere Lasten, optimal gewählt werden kann. Damit der Motor nun auch bei bestimmten anderen Betriebsbedingungen zufriedenstellend arbeitet, soll nach diesem Stand der Technik eine andere Verwirbelung des Verbrennungsgemisches im Zylinder bei geöffnetem Nebendrosselventil bewirkt werden als bei geschlossenem Nebendrosselventil oder dem Verbrennungsgemisch eine hohe Abgasmenge zurückgeführt werden. Dies bedeutet aber Energieverluste neben den erforderlichen, speziellen Maßnahmen zur Verwirbelung des Verbrennungsgemisches oder der Abgasrückführung. Im übrigen soll nach dieser Druckschrift das Verschlußelement für die Nebenansaugkanäle von einer Membranvorrichtung erst dann betätigt werden, wenn die Drosselklappe hinlänglich weit geöffnet ist.

Aus der US-PS 39 64 451 ist ein mehrzylindriger, fremdgezündeter Verbrennungsmotor mit je Zylinder mindestens einem Hauptansaug- und einem Nebenansaugkanal und je Kanal einem Einlaßventil bekannt. Der Kraftstoff wird in den Hauptansaugkanal von einem Vergaser gegeben. Hinter dem Vergaser ist eine Drosselklappe. Im Unterschied zu der eingangs angesprochenen Gattung erhalten die Nebensaugkanäle ihre Luft von einem Lader über eine größere Luftkammer, zwischen der und dem Lader eine andere Drosselklappe liegt. Desweiteren im Unterschied zur eingangs angesprochenen Gattung werden beide Drosselklappen so gesteuert, daß das Verhältnis von Vergaserluft und Ladeluft, also der einem Zylinder durch den Hauptansaug- und den Nebenansaugkanal zugeführten Gasmengen, konstant bleibt. Die Einlaßventile der Hauptansaug- und Nebenansaugkanäle werden von Nocken zu unterschiedlichen Zeiten gesteuert. Da aber die Hauptansaug- und Nebenansaugkanäle stets wirksam sind, der-

rwt, daß das Verhältnis von Vergaseriuft und Ladeluft konstant bleibt, kann die unterschiedliche Zeitsteuerung der Hauptansaug- und Nebenansaugkanält; nicht im ganzen Lastbereich genutzt werden. Es ist daher verständlich, daß nach diesem Stand der Technik ein zusätzlicher Lader erforderlich ist, damit im Ergebnis ebenfalls eine Verringerung der Abgaswerte und eine Leistungssteigerung des Motors erzielt werden.

Aus der C8-PS 68 26 28 ist ein mehrzylindriger, fremdgezündeter Verbrennungsmotor bekannt, der je Zylinder zwei Einlaßventile aufweist. Im unterschied zur eingangs angesprochenen Gattung erhält jedoch jedes dieser Einlaßventile Verbrennungsgasgemisch aus einer jeweils zugeordneten Zufuhrleitung. Bei geringen Motorgeschwindigkeiten wird nun nur das eine Einlaßventil geöffnet, das für geringe Motorgeschwindigkeiten geeignet zeitgesteuert ist. Bei höheren Geschwindigkeiten wird nur das andere Einlaßventil geöffnet, das für die höheren Geschwindigkeiten zeitgesteuert ist Schließlich können noch beide Ventile geöffnet werden. Die Zeitsteuerung der Einlaßventile erfolgt durch entsprechende Nocken. Damit soll der Kraftstoffverbrauch und das Drehmoment zwar über dem gesamten Geschwindigkeitsbereich des Motors konstant bleiben, jedoch auf Kosten einer außerordentlich aufwendigen Hebelmechanik für die separate öffnung der verschiedenen Einlaßventile. Daß außerdem das Lastwechselverhalten beim Übergang von geringen Motorgeschwindigkeiten auf höhere Geschwindigkeiten proble matisch ist, also im Umschaltbereich von den Einlaßventilen für die geringen Motorgeschwindigkeiten auf diejenigen für höhere Motorgeschwindigkeiten, ist verständlich.

Schließlich ist aus der FR-OS 24 45 441 ein mehrzylindriger, fremdgezündeter Einspritz-Verbrennungssaugmotor bekannt, der jedoch im Unterschied zur eingangs angesprochenen Gattung je Zylinder nur ein Einlaßventil aufweist, in das ein Hauptansaug- und ein Nebenansaugkanal mündet. Der Kraftstoff wird nur in den Hauptansaugkanal gespritzt. Die Luftzufuhr zu dem Hauptansaugkanal ist durch eine Drosselklappe regelbar, die mit dem Gaspedal wirkverbunden ist. Die Luftzufuhr zu dem Nebensaugkanal wird von einer anderen Drosselklappe geregelt, die mit derjenigen des Hauptansaugkanales durch ein Gestänge so wirkverbunden ist, daß sie erst geöffnet wird, wenn die Drosselklappe des Hauptansaugkanales einen bestimmten ötfnungsgrad erreicht hat. Damit kann zwar die maximale Motorleistung erhöht werden, jedoch ist auch hier der Nachteil des Luftschluckes durch den Nebensaugkanal beim Lastwechsel bei geschlossener Drosselklappe für den Nebensaugkanal vorhanden. Außerdem kann der Öffnungszeitpunkt eines einzigen Einlaßventiles je Zy linder nur für einen Lastbereich optimiert werden, insbesondere im Hinblick auf niedrige Abgaswerte und günstige Verbrauchswerte. Die Drosselklappen der Nebenansaugkanäle sind nach diesem Stand der Technik auf einer gemeinsamen Drehachse angeordnet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Steuerung eines Verbrennungssaugmotors der eingangs genannten Gattung derart zu verbessern, daß er im Teillastbereich ein gutes Lastwechselverhalten und ein hohes Drehmoment bei niedrigen Abgaswerten und günstigen Verbrauchswerten aufweist und dennoch eine erhöhte Leistungssteigerung bei hoher Belastung und Drehzahl.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß

a) in jedem Nebenansaugkanal ein Verschlußelement unmittelbar vor dem Einlaßventil angeordnet ist und

b) die Einlaßventile der Hauptansaug- und der Nebenansaugkanäle durch unterschiedliche Nocken gesteuert sind, derart, daß die Einlaßventile in den Hauptansaugkanälen von Nocken gesteuert sind, die auf hohen Wirkungsgrad und niedrige Abgaswerte im normalen Fahrbereich (Teillastbereich) abgestimmt sind und daß die Einlaßventile in den Nebenansaugkanälen von Nocken gesteuert sind, die für hohe Motorleistung ausgelegt sind.

Dadurch, daß die Verschlußelemente unmittelbar vor den Einlaßventilen angeordnet sind, wird das zwischen diesen Verschlußelementen und den ihnen zugeordneten Einlaßventilen eingeschlossene Volumen äußerst gering gehalten, so daß auch die bei geschlossenen Verschlußelementen aufgrund des auftretenden Gaswechsels entstehenden Drosselverluste gering bleiben bzw. der Verlust durch den Gasanteil, der zwar komprimiert wird, jedoch nicht an der Verbrennung und im Arbeitshub teilnimmt, gering bleibt. Indem die Einlaßventile der Hauptansaug- und der Nebenansaugkanäle in der geforderten Weis? durch unterschiedliche Nocken gesteuert sind, wird einesteils im Teillastbereich bei niedriger Drehzahl das höchstmögliche Drehmoment bei ausgezeichneten Abgaswerten verfügbar gemacht und andererseits im oberen Drehzahl- und Lastbereich die Motorleistung in einem solchen Maß gesteigert, daß bei dem noch im folgenden anhand der Figur dargestellten 4-Zylinder-Motor etwa die Leistung eines 6-Zylinder-Motores gleichen Einzelzylinder-Hubraumes erreicht werden kann. Insbesondere der Leerlauf und die hierbei auftretenden Abgaszusammensetzungen können optimiert werden, weil die Steuerzeiten der im Leerlauf wirksamen Einlaßventile nicht für hohe Leistung bei hoher Drehzahl ausgelegt werden müssen. Die Kraftstoffverbrauchswerte sind bei alldem günstig. Beim Öffnen der Verschlußelemente nach Erreichen bestimmter Betriebszustände des Motors oder durch besondere Fahrerbefehle (wie kickdown) wird die in den Brennraum angesaugte Gasmenge entsprechend der Verringerung des Strömungswiderstandes entscheidend erhöht, wobei das optimale Luft-Kraftstoffverhältnis durch entsprechende Erhöhung der in den Einlaßkanal eingespritzten Kraftstoffmenge hergestellt bzw. beibehalten wird. Mit dieser Verbesserung des Füllungsgrades des Zylinders wird eine entsprechend große Leistungssteigerung erzielt, auf die in diesem Fahrbereich besonderer Wert gelegt wird. Zwar ist dabei aufgrund der mit höheren Fahrzeuggeschwindigkeiten überproportional ansteigenden Fahrwiderstände und des schlechteren Wirkungsgrades der Verbrennung mit höherem spezifischem Kraftstoffverbrauch zu rechnen als bei Teillastbetrieb. Dies kann jedoch in Kauf genommen werden, da der Anteil dieses Fahrbereiches an der Gesamt-Betriebsdauer des Verbrennungsmotors klein ist, man andererseits aber den Vorteil hat, im Fahrbetrieb von einem erhöhten Leistungsangebot Gebrauch machen zu können.

Nach °iner bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die VerschluQelemente mittels einer mit einer Schaltvorrichtung verbundenen Schubstange betätigbar, an der auf die Verschlußelemente wirkende Hebel angelenkt sind.

Bevorzugt ist auch, daß die Haupt- und Nebenansaugkanäle von einem gemeinsamen Saugrohr abzwei-

gen, in dem die Drosselklappe angeordnet ist, und die Verschlußelemente mit einem Prozessor wirkverbunden sind, an den ein am Einlaßende des Saugrohres angeordneter Luftmengenmesser, ein in dem Saugrohr angeordnetes Druckmeßgerät und eine die Motordrehzahl wiedergebende Einrichtung, insbesondere ein Zündverteiler, angeschlossen sind zur Umschaltung der Verschlußelemente bei einem bestimmten Betriebszustand.

Darüber hinaus kann die Schaltvorrichtung ein elektrisches Stellglied sein.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher be-

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Die Zeichnung zeigt den schematischen Grundriß ei- ?s nes Luft-Kraftstoff-Gemisches ansaugenden, nach dem Viertakt-Verfahren arbeitenden Verbrennungsmotors mit vier Zylindern 10 bis 13 mit je Zylinder zwei Einlaßventilen 14 und 15 und einem Auslaßventil 16. Das Ansaugsystem 17 wird gebildet durch ein Saugrohr 18, von dem zu jedem Einlaßventil 14 und 15 einzelne Hauptansaugkanäle 19 und Nebenansaugkanä'e 20 abzweigen. Der Übersichtlichkeit halber sind nur die Ansaugkanäle des Zylinders 10 mit Bezugsziffern gekennzeichnet In den Hauptansaugkanälen 19 ist jeweils ein Einspritzventil 21 angeordnet, mit dem flüssiger Kraftstoff vor das zugehörige Einlaßventil 14 gespritzt wird.

Am Einlaßende des Saugrohres 18 ist ein Luftmesser 22 angeordnet, und in Strömungsrichtung gesehen vor den zu den Einlaßventilen 14 und 15 führenden Hauptansaug-19 und Nebenansaugkanälen 20 ist eine Drosselklappe 23 eingebaut Diese Drosselklappe entspricht der üblichen Drosselklappe bei Saugmotoren. Sie wird in üblicher Weise mittels des nicht gezeichneten Fahrpedals betätigt In dem Saugrohr 18 ist außerdem ein Druckmeßgerät 24 angeordnet.

In den zu den Einlaßventilen 15 führenden Nebenansaugkanälen 20 ist jeweils ein Verschlußelement in der Form einer drehbar gelagerten Klappe 25 angeordnet, mit der in Abhängigkeit von bestimmten Betriebszuständen des Verbrennungsmotors der zugehörige Nebenansaugkanal 20 für die Ansaugluft zu- und abgeschaltet d. h. geschlossen oder geöffnet ist. Zur Betätigung der Klappen 25 ist ein elektrisches Stellglied 26 vorgesehen. An diesem Stellglied ist eine Schubstange 27 angeschlossen, an der die mit den Drehachsen 28 der Klappen 25 festverbundenen Hebel 29 gelenkig angeschlossen sind (nur für Zylinder 10 bezeichnet). Somit werden mit der Bewegung der Schubstange entsprechend der Richtung der Pfeile Zi, Z 2 gleichzeitig die Klappen 25 aller Zylinder 10 bis 13 gemeinsam betätigt Das Stellglied 26 erhält seine Schaltsignale von einem Regler (Prozessor) 30, in dem die verschiedenen Informationen über Betriebszustände des Motors verarbeitet werden. Im vorliegenden Fall sind dies der Unterdruck im Saugrohr 18, ermittelt durch das Druckmeßgerät 24 als maßgebende Kenngröße für die Belastung, die gesamte angesaugte Luftmenge, ermittelt durch den Luftmengenmesser 22 und die Motordrehzahl, ermittelt am Zündverteiler 31. Die zugehörigen Eingabeleitungen sind mit 33, 34 und 35 bezeichnet Mit diesen Parametern definiert der Regler 30 einen bestimmten Betriebszustand, aufgrund dessen das Stellglied 26 über die Leitung 36 ein Signal erhält Dies kann entweder bedeuten, daß die augenblickliche Stelhing der Klappen 25 beibehalten oder diese von der einen Stellung in die andere Stellung überführt werden. Wenn die Voraussetzungen für die Umschaltung der Klappen 25 in der einen oder anderen Richtung erfüllt sind, erfolgt diese Umschaltung durch das Stellglied 26 mehr oder weniger schlagartig, entsprechend schnell erfolgt auch der Übergang von dem einen in den anderen Arbeitsbereich des Verbrennungsmotors.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Steuerung eines mehrzylindrigen, fremdgezündeten Einspritz-Verbrennungsmotors, der je Zylinder mindestens einen Hauptansaug- und einen Nebenansaugkanal und je Kanal ein Einlaßventil aufweist, wobei der Kraftstoff jeweils nur in die Hauptansaugkanäle eingespritzt wird, die Luftzufuhr zu den Hauptansaugkanälen durch eine mittels des Fahrpedals betätigbare Drosselklappe regelbar ist und die Luftzufuhr zu den Nebenansaugkanälen durch ein Verschlußelement gesteuert wird, welches im Teillastbereich geschlossen bleibt, dadurch gekennzeichnet, daß