DE3333513A1

DE3333513A1 - Mit ladungsschichtung arbeitende gemischverdichtende brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE3333513A1
Application number: DE3333513A
Authority: DE
Inventors: Reinhard 3172 Isenbüttel Schulz; Herbert Dipl.-Ing. 3170 Gifhorn Schäpertöns
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1983-09-16
Filing date: 1983-09-16
Publication date: 1985-04-18

Description

AKTiENGESELLSCHAF

3180 Wolfsburg
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Unsere Zeichen: K 3474
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Mit Ladungsschichtung arbeitende gemischverdichtende Brennkraftmas chine

Die Erfindung bezieht sich auf ein zumindest bei niedriger und mittlerer Teillast mit Ladungsschichtung in einem ungeteilten Brennraum arbeitende gemischverdichtende Brennkraftmaschine für Fahrzeuge, insbesondere für Personenkraftfahrzeuge, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Mit Ladungsschichtung arbeitende Brennkraftmaschinen der Otto-Bauart sind bereits bekannt und sollen mit motorischen Mitteln Möglichkeiten zur Reduzierung der Schadstoffe im Abgas sowie des Kraftstoffverbrauchs bieten. Dabei wird unterschieden zwischen Brennkraftmaschinen mit einem geteilten und solchen mit einem ungeteilten Brennraum. Während bei den Brennkraftmaschinen mit geteilten Brennräumen der jedem Zylinder zugeordnete Brennraum in einen Hauptbrennraum und einen mit diesem über einen Terbindungskanal oder eine Engstelle verbundenen, beispielsweise im. Zylinderkopf angeordneten Nebenbrennraum besteht,, weisen die Brennkraftmaschinen mit ungeteiltem Brennraum.· keinen derartigen besonderen ETebenbrennraum. auf. Die Ladungsschichtung: in. dem ungeteilten Brennraum wird im allgemeinen dadurch erreicht, daß der in diesen Brennraum eingebrachten Frischgasmenge eine geordnete Strömungsbewegung (Drallströmung) aufgeprägt wird und die Kraftstoffzuführung, vorzugsweise mittels einer Kraftstoffeinspritzung in das Saugrohr, so zeitlich gesteuert vorgenomen

wird, daß zum Zeitpunkt der Zündung an der Zündkerze ein ausreichend zündfähiges Kraftstoff-Luft-Gemisch vorhanden ist.

Bei herkömmlichen Brennkraftmaschinen dieser Bauart wurde die Kraftstoffeinspritzeinrichtung nun durch das Zündsignal getriggert, wobei der EiH3pritzbeginn des Einspritzventils festgelegt wurde.

Es hat sich jedoch in der Vergangenheit gezeigt, daß die bisher bekannten,mit Ladungsschichtung in einem ungeteilten Brennraum arbeitenden gemischverdichtenden Brennkraftmaschinen nicht zur vollen Zufriedenheit arbeiteten, da entweder das Laufverhalten dieser Brennkraftmaschinen oder aber ihr Schadstoffausstoß und/oder der Kraftstoffverbrauch zu wünschen übrig ließen.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht daher darin, eine mit Ladungsschichtung im ungeteilten Brennraum arbeitende gemischverdichtende Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff dea Patentanspruchs 1 zu schaffen,- die einen sowohl, hinsichtlich des Laufverhaltens als auch hinsichtlich des Kraftstoffverbrauchs und Schadstoffausstoßes günstigen Betrieb mit Sicherheit gewährleistet.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich gemäß dem Kennzeichen des Patentanspruchs 1. Erfinderseitig ist nämlich erkannt worden, daß ein entscheidendes Kriterium insbesondere für niedrige Abgaswerte solcher Brennkraftmaschinen *die zeitliche Festlegung des Einspritzendes ist. Schon bei geringfügigen Abweichungen des Einspritzendes von einem als optimal erkannten Wert können starke Veränderungen der Abgasemission sowie des Betriebsverhaltens auftreten. Aus diesem Grunde wurde das Einspritzende für jedes einem Zylinder zugeordnete Einspritzventil bezüglich des Kurbelwinkels praktisch für alle Betriebspunkte der Brennkraftmaschinen festgelegt und dann ausgehend von diesem Wert der Einspritzbeginn entsprechend den sich mit den Betriebsparametern Last, Drehzahl und Temperatur ändernden und in Abhängigkeit von diesen Werten ermittelten Einspritzzeiten

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■variiert. Auf diese Weise wird sichergestellt, daß die dem jeweiligen Lastzustand angepaßte Kraftstoffmenge so eingespritzt wird, daß die Einspritzung in einem festen Kurbelwinkelabstand vor dem Schließen des Einlaßventils abgeschlossen ist. Zumindest für niedrige und mittlere, gegebenenfalls auch für höhere Teillasten ergeben sich damit optimale Abgaswerte bei niedrigem Verbrauch und gutem laufverhalten.

In den Unteransprüchen sind zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung aufgeführt.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, das im folgenden näher erläutert wird. Dabei zeigen

Figur 1 einen schematischen Längsschnitt durch einen

Brennraum einer mit Ladungsschichtung in einem ungeteilten Brennraum arbeitenden gemischverdichtenden Brennkraftmaschine gemäß der Erfindung und

Figur 2 ein Blockschaltbild der Steuereinrichtung zur Steuerung der Einspritzung.

In der Figur 1 ist mit 1 die Brennkraftmaschine insgesamt bezeichnet, die einen in einem Zylinder 2 gleitenden Kolben 3 aufweist, der in seinem oberen Totpunkt gegenüber einem Zylinderkopf 4 einen Brennraum 5 einschließt, in dem die Verbrennung des zugeführten Kraftstoff-Luft-Gemisches stattfindet. Das Kraftstoff-Luft-Gemisch wird dabei über eine Ansaugleitung 6 zugeführt, an deren Einmündung in den Brennraum 5 ein Einlaßventil 7 angeordnet ist, das in bekannter Weise gesteuert wird.. Mit 8 ist ein Einspritzventil angegeben, das den aus einer Kraftstoffpumpe 8a zugeführten Kraftstoff zeitlich gesteuert über eine Steuereinrichtung 10 unmittelbar vor oder auf das Einlaßventil 7 spritzt. Mit 9 ist schließlich eine in den Brennraum 5 hineinragende Zündkerze bezeichnet, die das in den Brennraum eingeschlossene Kraftstoff-Luft-Volumen zündet. In der Zeichnung nicht gezeigt 13t eine das verbrannte Abgas wegführende Auslaßleitung, die durch ein ebenfalls nicht gezeigtes Auslaßventil gesteuert wird.

Die Einspritzung des Kraftstoffes durch das Einspritzventil 8 erfolgt nun in der Weise, daß sie bei allen Betriebspunkten der Brennkraftmaschine in einem Zeitpunkt beendet ist, der kurbelwinkelmäßig festgelegt in der Hähe des unteren Totpunkts, (d.h. kurz vor, an oder nach diesem)im Ansaugtakt liegt. Der Beginn der Einspritzung wird dagegen gesteuert und ergibt sich entsprechend der in Abhängigkeit vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine veränderlichen Einspritzzeit zu unterschiedlichen Zeitpunkten. Dabei verändert sich der Einspritzbeginn, in Grad Kurbelwinkel gemessen, mit steigenden Lasten bzw. steigenden Drehzahlen in Richtung auf früh, wobei jedoch in jedem Pail das Einspritzende jedes Einspritzventils im Saugtakt der Brennkraftmaschine an einem festen Punkt liegt, der so gewählt ist, daß sich optimale Abgaswerte und gutes Laufverhalten bei günstigem Terbrauch ergeben.

Zur Steuerung des Einspritzventils 8 weist die Kraftstoffeinspritz einrichtung eine in der- Eigur 2 als Blockschaltbild dargestellte Steuereinrichtung- 10 auf, die die mit 11a - 11 d bezeichneten Endstufen ansteuert, die jeweils einem Einspritzventil einer mit vier Zylindern ausgerüsteten Brennkraftmaschine zugeordnet sind. In dieser Steuereinrichtung 10 ist mit 12 eine Einheit angedeutet, die über Signalleitungen 13> 14 ¹¹¹IcL 15 von hier nicht weiter gezeigten Gebern kommende Signale der den Betriebszustand der Brennkraftmaschine charakterisierenden Zustandsgrößen Drehzahl n, Last ΪΓ und Temperatur τ3* erhält. Über eine Signalleitung· ΐ6 wird. ein.·. Signal,, das den. jeweiligen, aus'den,' Zustandsgrößen ermittelten Betriebszustand, der Brennkraftmaschine kennzeichnet, weitergeleitet.

17 stellt einen Impulsformer dar, dem über Signalleitungen 19-21 von hier ebenfalls nicht gezeigten Gebern kommende Signale zugeführt werden. Dabei wird über die Signalleitung 19 ein Kurbelwinkelsignal von dem Zahnkranz der auf der Kurbelwelle sitzenden Schwungscheibe oder von einer Schlitzscheibe zugeführt und so umgeformt, daß ein Impuls pro ⁰KV abgegeben wird. Über die Signalleitung 20 wird ein Signal jeweils bei Erreichen des oberen

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Totpunktes des Kolbens, das heißt zweimal während des Arbeitstaktes der als Viertakt-Maschine ausgebildeten Brennkraftmaschine,aufgenommen. An der Signalleitung 21 schließlich steht ein Nockenwellensignal an, das einen Impuls pro Arbeitszyklus eines ausgewählten Zylinders liefert.

Ein dem Impulsformer 17 nachgeschalteter Zähler 18 wird von dem umgeformten OT-Signal auf "0" gesetzt und gibt dann nach jeweils 180 Zählimpulsen OT-Signale ab, die den einzelnen Zylindern der vierzylindrigen Brennkraftmaschine zugeordnet sind. Diese OT-Impulse werden in der nachfolgenden Selektierungsstufe 22 selektiert und von dem umgeformten Uockenwellensignal synchronisiert, so daß an dem Ausgang dieser Selektierungsstufe 22 vier verschiedene, den einzelnen Einspritzventilen der Zylinder zugeordnete OT-Signale zur Verfügung stehen.

, Während die Impulsumformer 12 und I7, sowie der Zähler 18 und die Selektierungsstufe 22 für die gesamte Einspritzeinrichtung nur einmal vorgesehen sind, sind die nachfolgenden. Funktionsstufen für jeden Einspritzkanal separat vorhanden und werden hinsichtlich ihrer Bezifferung durch die nachgesetzten Buchstaben a - d unterschieden. So weist jeder Einspritzkanal einen ersten programmierbaren Zähler auf, der durch das zugehörige, von der Selektierungsstufe 22 kommende OT-Signal gesetzt wird und jeweils aus einer Eingabeeinheit 24 eine dort abgelegte, dem Einspritzende des zugeordneten Einspritzventils zugeordnete Information übernimmt. Wird zum Beispiel von dieser-Eingabeeinheit 24' die Information. "I42" übergeben, so bedeutet dies,, daß der Zähler 23, der über einen. Eingang 25 mit 1° KW-Impulsen aus dem Impulsformer I7 versorgt wird, nach I42 solcher Impulse, ein. Auagangssignal· abgibt, das über eine Verknüpfung 31 der Endstufe 11 des zugeordneten Einspritzven.tils zugeführt wird und die Beendigung der Einspritzung des betreffenden Einspritzventils bewirkt,

Von diesem Ausgangssignal des ersten programmierbaren Zählers 23 wird darüberhinaus ein zweiter programmierbarer Zähler 27 gesetzt, der ebenfalls über einen Eingang 29 mit 1 KW-Impulsen aus dem Impulsformer 17 versorgt wird und der ,seine Information aus einem

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Kennfeldspeicher 28 übernimmt. In diesem Speicher ist die Einspritzdauer des Einspritzventils in Grad Kurbelwinkel abhängig von Drehzahl, Last und Temperatur abgelegt, wobei der jeweils passende Wert von^:dem über die Signalleitung 16 zugeführten Zustandsgroßensignal ausgewählt wird. Das am Ausgang 50 dieses zweiten programmierbaren Zählers 27 anstehende Signal legt den Einspritzbeginn für den jeweils nächsten Arbeitszyklus des zugeordneten Zylinders fest und wird über die Verknüpfung 31 der Endstufe 11 des zugehörigen Einspritzventils zugeführt.

Auf diese Weise erfolgt eine Einzelansteuerung der Einspritzventile der Zylinder der Brennkraftmaschine, wobei das Einspritzende jeweils kurbelwinke!mäßig für alle Lasten festgelegt ist, während der Einspritzbeginn entsprechend der sich aus dem Lastzustand, der Drehzahl und der Temperatur ergebenden Einspritzzeit veränderlich ist.

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Claims

AKTIENGESELLSCHAFT

3180 Wolfsburg

Unsere Zeichen: K 3474

1 ^ $9P 1983

ANSPRÜCHE

M .' Zumindest "bei niedriger und mittlerer Teillast mit Ladungsschichtung in einem ungeteilten Brennraum arbeitende gemischverdichtende Brennkraftmaschine für Fahrzeuge, insbesondere für Personenkraftfahrzeuge, mit einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung, die den Kraftstoff während der Einlaßhübe über Einspritzventile jeweils in die den einzelnen Brennräumen zugeordneten Ansaugleitungen unmittelbar vor oder auf die Einlaßventile einspritzt, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspritzeinrichtung (8, 10) in der Weise ausgebildet ist, daß die Einspritzung zu einem in einem festen Kurbelwinkelabstand von dem unteren Totpunkt liegenden Zeitpunkt im Ansaugtakt endet und ihr Beginn in Abhängigkeit von den Betriebszustand der Brennkraftmaschine charakterisierenden Zustandsgrößen steuerbar ist.
2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuereinrichtung (1O) vorgesehen ist, die jedem Einspritzventil (δ) das im festen Kurbelwinkelabstand von dem jeweiligen unteren To-tpunkt im Ansaugtakt liegende Einspritzende sowie ausgehend davon den unter Berücksichtigung der in Abhängigkeit von den Betriebszustand der Brennkraftmaschine charakterisierenden Zustandsgrößen veränderlichen Einspritzzeit ermittelten Einsprit: beginn vorgibt.

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3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (1O) Mittel (17, 18, 22) zur Erzeugung eines jedem Einspritzventil (8)· zugeordneten, den oberen Totpunkt des zugehörigen Kolbens (3) kennzeichnenden Referenzsignals aufweist.
4. Brennkraftmaschine nach" Anspruch 2 und 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (1O) einen jedem Einspritzventil (8) zugeordneten, ersten programmierbaren Zähler (23) aufweist, der durch das zugeordnete Referenzsignal setzbar ist und nach Ablauf eines vorgebbaren Kurbelwinkels ein das Einspritzventil zur Beendigung des Einspritzvorgangs veranlassendes Signal abgibt.
5. Brennkraftmaschine nach den Ansprüchen 2 bis 4» dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (1O) einen jedem Einspritzventil (δ) zugeordneten zweiten programmierbaren Zähler (27) aufweist, der durch das von dem ersten Zähler (23) abgegebene Signal setzbar ist und der aus einem von einem Speicher (24) in Abhängigkeit von den Betriebszustand der Brennkraftmaschine charakterisierenden Zustandsgrößen gelieferten Einspritzzeit-Soll-Signal ein das Einspritzventil (8) zum Beginn des nächsten Einspritzvorgangs veranlassendes Signal bildet.

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