DE3435170C2 - Verfahren zur Steuerung eines Luft-Kraftstoff-Ansaugsystems mit veränderlichem Drall und mit einem geraden sowie schraubenförmigen Ansaugkanal für eine Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Steuerung eines Luft-Kraftstoff-Ansaugsystems in der Anlaufphase eines Kraftfahrzeugmotors gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Herkömmliche Luft-Kraftstoff-Ansaugsysteme, wie beispielsweise in der JP-OS 59-49 359 beschrieben, umfassen eine innerhalb des Zylinderkopfes angeordnete Ansaugbohrung, deren stromabwärtiges Ende in einen Brennraum mündet. In der Ansaugbohrung ist ein schraubenförmig verlaufender Kanal sowie ein im wesentlichen geradlinig verlaufender Kanal vorgesehen, wobei ein Ansaugkanal-Umschaltsteuerventil den im wesentlichen geradlinig verlaufenden Kanal selektiv zu drosseln vermag.

Wenn bei einem Motor mit einem derartigen Luft-Kraftstoff- Ansaugsystem der geradlinig verlaufende Kanal durch das Ansaugkanal-Umschaltsteuerventil gedrosselt wird, strömt die der Brennkammer zugeführte Ansaugluft im wesentlichen durch den schraubenförmig ausgebildeten Kanal, so daß eine starke Wirbelbewegung der Ansaugluft in der Brennkammer erzeugt wird. Hierdurch erhöht sich die scheinbare Flammenausbreitungsgeschwindigkeit innerhalb der Brennkammer. Aufgrund dieser Tatsache vermag der Motor mit einem mageren Luft-Kraftstoff-Gemisch zu laufen. Wenn andererseits der gerade Kanal geöffnet ist, d. h., daß er keiner Drosselung durch das Ansaugkanal-Umschaltsteuerventil unterliegt, strömt die Luft sowohl durch den schraubenförmig ausgebildeten Kanal als auch den geradlinig verlaufenden Kanal in die Brennkammer ein, mit einem geringeren Strömungswiderstand, so daß der Wirkungsgrad des Ansaugvorgangs des Motors erhöht wird, obwohl die Erzeugung einer Wirbelbewegung der Ansaugluft verringert wird. Dementsprechend wurde bei solchen Motoren mit einer variablen Ansaugwirbelbewegung der Niederlastbetrieb durchgeführt mit einem durch das Ansaugkanal- Umschaltsteuerventil geschlossenen geraden Kanal, so daß sowohl eine hohe Brennstoffwirtschaftlichkeit bei einer mageren Verbrennung gegeben war, als auch eine hohe Kraftabgabe bei einem hohen Ansaugwirkungsgrad gewährleistet war.

Bei dieser herkömmlichen Steuerung des Ansaugsystems wird bei der Anlaufphase des Motors das Ansaugkanal- Umschaltsteuerventil durch den Anlasser geöffnet und unmittelbar nach dem Lauf des Motors geschlossen, wenn der Motor im Niederlastbetrieb läuft. Bei der JP-OS 59-49 359 wird das Ansaugkanal-Umschaltsteuerventil so gesteuert, daß der gerade Kanal im Niederlastbetrieb gedrosselt wird, bei einer zusätzlichen Steuerung der Abgasrückführung, so daß die Abgas- Kreislaufführung ausgeführt wird, während das Ansaugkanal- Umschaltsteuerventil den geraden Kanal drosselt und der Motor mit einem mageren Luft-Kraftstoff-Gemisch arbeitet, was durch den hohen Wirbelstrom des Ansauggemisches in der Brennkammer unterstützt wird, um hierdurch den Sauerstoffgehalt im Abgas zu vermindern und dadurch zu vermeiden, daß die NOx-Reinigung im in der Abgasanlage des Motors befindlichen Katalysator reduziert wird aufgrund eines überhöhten Sauerstoffgehalts im Abgas, der durch eine magere Kraftstoffverbrennung verursacht wird, die durch die Verbrennung mit starker Verwirbelung im Motor möglich wird.

Wenn jedoch ein Motor mit variabler Ansaugverwirbelung als Einspritzmotor konstruiert ist, mit einer Einspritzdüse, die den Kraftstoff, wie beispielsweise Benzin, direkt in die Ansaugöffnung einspritzt, so wird bei geschlossenem Umschaltsteuerventil, wenn dies den geraden Kanal drosselt, ein Teil des Kraftstoffs aus der Einspritzdüse zwangsläufig direkt auf das Steuerventil gespritzt, so daß die Bewegung des Kraftstoffstroms in Richtung auf die Brennkammer unterbrochen wird. Ein derartiges Abfangen des Kraftstoffs durch das Steuerventil verursacht ein besonders großes Problem, wenn der Motor mit einem sehr mageren Luft-Kraftstoff-Gemisch, und zwar bei einem Kraftstoff/Luftverhältnis von mehr als 20, zu arbeiten in der Lage ist, wenn dieser bei Niederlastbetrieb mit einer temporären Kraftstofferhöhung unmittelbar nach dem Kaltstart des Motors versorgt wird, um die Rotation des Motors zu stabilisieren. Da dieser spezielle Anstieg der Kraftstoffeinspritzung dadurch zunichte gemacht wird, daß ein Teil des eingespritzten Kraftstoffs durch das Umschaltsteuerventil abgefangen wird, steht er nicht für die sofortige Einführung in die Brennkammer zur Verfügung, um damit wirkungsvoll die Rotation des Motors nach dem Kaltstart zu stabilisieren.

Es ist deshalb die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Steuerung eines Luft-Kraftstoff-Ansaugsystems für eine Brennkraftmaschine zu schaffen, mit dem eine Veränderung von Drall oder Wirbel im Ansaugsystem möglich ist und mit dem eine sehr gute Zerstäubung des eingesaugten Ottokraftstoffs sowohl im Kaltbetrieb des Motors wie auch während eines Motorbetriebes mit einem angereicherten Luft-Kraftstoff-Gemisch gleich nach dem Starten des Motors gewährleistet wird.

Diese Aufgabe wird durch das Kennzeichen des Patentanspruches 1 gelöst.

Dadurch soll vorteilhafterweise die Gefahr einer unangebrachten oder übermäßigen Ansammlung von Benzintröpfchen an den Wänden der den veränderlichen Drall bewirkenden Ansaugbohrung oder am Ansaugsteuerventil vermieden werden. Ferner soll ein ungleichmäßiges bzw. unausgeglichenes und unvorhersagbares Absaugen von Benzinmengen, die sich an den Wänden der Ansaugbohrung, die den veränderlichen Drall bewirkt, angesammelt haben, in die Brennräume des Motors unterbunden werden. Zusätzlich sollen große Schwankungen im Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Luft-Kraftstoff-Ge­ mischs, das in die Brennräume der Brennkraftmaschine ein­ gesaugt wird, vermieden werden.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein Pumpen oder Rucken des Motors während seiner Warmlaufphase vermieden und es wird ein gutes Ansprechverhalten auf eine Laständerung des Motors während seiner Warmlaufphase gewährleistet.

Darüber hinaus wird das Laufverhalten des Motors während des Anwärmvorgangs verbessert, ein schlechter Leerlauf sowie ein Abwürgen des Motors, während er noch kalt ist, wird verhindert und die Qualität der Abgasemissionen des Motors wird gesteigert.

Wenn bei diesem Steuerverfahren das Verhältnis für den Anstieg der eingespritzten Kraftstoffmenge größer als der bestimmte Wert oder diesem gleich ist, dann wird der durch den gera­ den Kanal der Ansaugbohrung fließende Strom maximiert. Das bedeutet, daß keine Gefahr für ein Anhaften von irgend­ welchen Mengen des flüssigen Kraftstoffs an den Wänden der Ansaugbohrung oder am Ansaugkanal-Umschaltsteuerventilsystem besteht. Somit besteht keine Gefahr für ein ungleichmäßiges und unvorhersagbares Absaugen von Kraftstoffmengen, die sich an den Wänden der mit veränderbarem Drall arbeitenden An­ saugbohrung angesammelt haben, in die Brennräume des Motors, und damit werden starke Schwankungen im Luft-Kraftstoff-Ver­ hältnis des Luft-Kraftstoff-Gemischs, das in die Brennräume des Motors gesaugt wird, vermieden, so daß ein Pumpen und Rucken des Motors während einer Beschleunigung oder Verlang­ samung, bevor er richtig aufgewärmt ist, ausgeschlossen und ein gutes Motor-Ansprechverhalten sowie eine gute Motor- Drehzahlstabilität während des Anwärmvorgangs gewährleistet werden. Wenn dagegen das Verhältnis für den Anstieg der Kraftstoff­ einspritzmenge geringer ist als der bestimmte Wert, dann wird das Ansaugkanal-Umschaltsteuerventilsystem so geregelt, daß die Anteile des Ansaugstromes, die durch den geraden sowie durch den schraubenförmigen Kanal strömen, in der am besten geeigneten Weise für die gegenwärtigen Betriebsbe­ dingungen des Motors eingehalten werden, wodurch, wie oben erläutert wurde, die Erweiterung der zulässigen Grenzen für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Motors ohne Beeinträchtigung seines Laufverhaltens erlaubt wird. Damit ist es möglich, den Motor ohne größere Veränderungen an dessen Brenn­ raum bzw. dessen Ventilsystem mit einem magereren Gemisch zu betreiben, wodurch die Kraftstoffersparnis wie auch die Qualität der Abgasemissionen des Motors verbessert bzw. gesteigert werden.

Das Problem der Verzögerung des Kraftstoffs, der in den Brenn­ raum des Motors gelangt, d. h. des Kraftstoffs, der an den Wänden der Ansaugbohrung oder am Ansaugkanal-Umschaltsteuer­ ventilsystem haftet, ist in der Praxis nur dann schwerwiegend, wenn die Motortemperatur unter etwa 0°C ist; auf Grund des­ sen ist es als eine Abwandlung des oben herausgestellten Grundkonzepts der Erfindung ein nützlicher Gedanke, wenn die Motortemperatur größer ist als ein bestimmter Wert, selbst während des Vorsehens eines Anlauf-Kraftstofferhöhungsver­ hältnisses, das Ansaugkanal-Umschaltsteuerventilsystem so zu regeln, daß die Anteile des Ansaugstromes, die durch den geraden bzw. den schraubenförmigen Kanal treten, entsprechend den Betriebsbedingungen des Motors geändert werden, um eine wirksame Verbrennung durch die Schaffung einer hohen Ver­ wirbelung, wenn dies geeignet ist, zu erhalten.

Der Erfindungsgegenstand wird unter Bezugnahme auf die Zeich­ nungen anhand bevorzugter Ausführungsformen erläutert. Es ist jedoch darauf hinzuweisen, daß die beschriebenen und gezeigten Ausführungsformen lediglich der beispielhaften Erläuterung dienen und den Erfindungsgegenstand in keiner Weise beschränken. In den Zeichnungen zeigt

Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch einen Teil einer Brennkraftmaschine, die mit einem Luft-Kraft­ stoff-Ansaugsystem und einem geraden sowie schrauben­ förmigen Ansaugkanal versehen ist, welches gemäß einer der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung zu regeln ist;

Fig. 2 einen schematischen Horizontalschnitt durch die Ansaug­ bohrung des in Fig. 1 gezeigten Motors in einer im we­ sentlichen zur Zylinderbohrung des Motors rechtwinkli­ gen Ebene;

Fig. 3 ein Diagramm, wobei auf der waagerechten Achse die Kühlwassertemperatur des Motors und auf der senkrech­ ten Achse der Anfangswert eines Nach-Anlaufkorrektur­ faktors Ka aufgetragen sind;

Fig. 4 ein Diagramm, wobei auf der senkrechten Achse der Wert des Nach-Anlaufkorrekturfaktors Ka und auf der waagerechten Achse die Zeit aufgetragen sind;

Fig. 5 einen Ablaufplan einer in einem Steuergerät gespei­ cherten Routine für die Betätigung eines Unterdruck­ schaltventils, das in die Konstruktion für die An­ saugbohrung von Fig. 1 eingegliedert ist, gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform nach der Erfindung;

Fig. 6 einen zu Fig. 5 ähnlichen Ablaufplan der Steuerroutine für ein solches Unterdruckschaltventil gemäß der zweiten bevorzugten Ausführungsform nach der Erfindung.

Die Fig. 1 und 2 zeigen eine Brennkraftmaschine 1 mit einem Zylin­ derblock 2 und einem Zylinderkopf 3. In einer im Zylinder­ block 2 bestimmten Bohrung 4 ist ein Kolben 5 hin- und herbe­ wegbar aufgenommen, der zusammen mit dem Zylinderkopf 3 einen Brennraum 8 begrenzt. Für die Zündung des Luft-Kraft­ stoff-Gemischs im Brennraum 8 ist eine Zündkerze 9 eingebaut.

Durch den Zylinderkopf 3 zieht sich eine Zufuhr- oder An­ saugbohrung 7, die ein stromaufwärtiges, eine Öffnung in der Seitenwand des Zylinderkopfes 3 bildendes Ende sowie ein stromabwärtiges Ende, das in den Brennraum 8 mündet, hat. Das stromaufwärtige Ende der Ansaugbohrung 7 ist mit dem stromabwärtigen Ende eines Ansaugrohres oder -krümmers 23 verbunden. In dem Teil des Zylinderkopfes 3, der den Außenumfang des stromabwärtigen Endes der Ansaugbohrung 7 bestimmt, ist ein Ventilsitz angeordnet. Der Ventilschaft eines Einlaß-Tellerventils 6 bekannter Bauart ist in eine in den Zylinderkopf 3 eingefügte Ventilführung eingesetzt. Der Kopf des Tellerventils 6 arbeitet mit dem Ventilsitz in bekannter Weise zusammen, um ausgewählt entweder die vom Ventilsitz umschlossene Öffnung 7a zu schließen und so die Ansaugbohrung 7 abzusperren oder diese Öffnung freizugeben und so die Ansaugbohrung 7 mit dem Brennraum 8 zu verbinden. Ein Abgaskanal, ein Auslaßventil und ein Sitz für dieses Ven­ til sind im Zylinderkopf 3 ebenfalls vorgesehen, sie sind jedoch in Fig. 1 und 2 nicht dargestellt.

Es wird nun im einzelnen auf die Gestalt der Ansaugbohrung 7 eingegangen, die von ihrem stromaufwärtigen Ende ausgehend im wesentlichen geradlinig verläuft und dann mehr und mehr zum stromabwärtigen Ende hin eine Krümmung erfährt sowie nahe diesem Ende im wesentlichen vollständig gekrümmt ist. Im stromabwärtigen Ende ist die Deckenfläche, d. h. die dem Ventilsitz gegenüberliegende Fläche, der Ansaugbohrung 7 mit einer längsverlaufenden Rippe oder einem längsverlaufen­ den Flügel 10 ausgestattet. Dieser Flügel 10 hat eine Sei­ tenwand, die zusammen mit der einen Seitenwand der Ansaug­ bohrung 7 einen ersten Ansaugkanal 11 bestimmt, und eine zweite Seitenwand, die zusammen mit der anderen Seitenwand der Ansaugbohrung 7 einen zweiten Ansaugkanal 12 bestimmt. Dieser zweite Ansaugkanal 12 ist auf seiner Erstreckung von einem stromaufwärtigen Teil der Ansaugbohrung 7, an dem im wesentlichen der Flügel 10 beginnt, zu der vom Ventil­ sitz umschlossenen Öffnung 7a zum Brennraum 8 in der Haupt­ sache gerade, so daß der Strom an Ansauggas (d. h. das Luft- Kraftstoff-Gemisch), der den zweiten Ansaugkanal 12 strom­ abwärts durchströmt, in den Brennraum 8 eingeleitet wird, ohne daß ihm ein bemerkenswerter Drall vermittelt wird. Andererseits führt der erste Ansaugkanal 11 in einer Schraubenform von dem genannten stromaufwärtigen Ende der Ansaugbohrung 7 zur Ventilsitzöffnung über dem Brennraum 8, so daß der durch diesen ersten Ansaugkanal 11 tretende Gas­ strom in den Brennraum 8 mit einem sehr starken, ihm vermit­ telten Drall oder Wirbel eingeleitet wird. Bei dieser be­ sonderen Konstruktion sind die beiden Ansaugkanäle 11 und 12 tatsächlich nicht völlig voneinander getrennt, da sich der Flügel 10 nicht vollständig durch die Ansaugbohrung 7 erstreckt, was in der Zeichnung jedoch nicht zu erkennen ist, weil der Flügel 10 nicht in der Schnittebene von Fig. 1 liegt, was jedoch kein Problem darstellen sollte.

Zur Regelung des Strömungswiderstandes des zweiten Ansaugka­ nals 12, d. h. des geradlinigen der beiden Ansaugkanäle, ist eine Ansaugkanal-Umschaltventilsteueranordnung 13 vor­ gesehen, die ein Ventilelement oder -glied 13a, das eine flache Paddel- oder Klappengestalt hat und sich gerade quer über den geradlinigen Ansaugkanal 12 erstreckt, umfaßt. Das Ventilglied 13a ist an einer Ventilwelle 14 befestigt, die in einem im Zylinderkopf 3 festgelegten Ventilgehäuse drehbar gelagert ist. Am herausragenden Ende der Ventilwelle 14 ist ein Antriebshebel 15 fest angebracht, so daß bei Dre­ hung dieses Hebels 15 über ein noch zu erläuterndes Antriebs­ system die Ventilwelle 14 und das Ventilglied 13a gleicher­ weise gedreht werden, womit sich die Ausrichtung des Ven­ tilglieds 13a im zweiten Ansaugkanal 12 und damit der Öff­ nungs- bzw. Schließgrad dieses Kanals 12 ändern. In einer seiner Stellungen schließt das Ventilglied 13a den zweiten Ansaugkanal 12 im wesentlichen vollständig, und wenn das Ventilglied 13a, die Ventilwelle 14 usw. aus dieser Stellung um etwa 90° gedreht werden, dann bleibt der zweite An­ saugkanal 12 vom Ventilglied 13a im wesentlichen unabge­ sperrt.

Wenn im laufenden Zustand der Brennkraftmaschine das klap­ penförmige Ventilglied 13a in der Stellung ist, in der es den zweiten, geraden Ansaugkanal 12 im wesentlichen voll­ ständig schließt - diese Stellung wird im folgenden als die erste bezeichnet -, dann fließt der größte Teil des Ansaugstromes im ersten oder schraubenförmigen Ansaugka­ nal 11 - mit Ausnahme eines kleinen Anteils, der über den Flügel 10 geht - abwärts, und diesem Ansaugstrom wird durch die schraubenförmig gekrümmte Gestalt des ersten Ansaugkanals 11 eine starke Wirbel- oder Drallwirkung vermittelt, mit der er durch die Ventilsitzöffnung 7a in den Brennraum 8 eintritt. Demzufolge wird die schein­ bare Flammengeschwindigkeit im Brennraum 8 durch dieses Wirbeln des Luft-Kraftstoff-Gemischs in diesem erhöht, weshalb auch die Verbrennungsgeschwindigkeit relativ hoch ist. Andererseits ist aber bei dieser Betriebsweise der Strömungswiderstand der Ansaugbohrung 7 als Ganzes ziemlich hoch.

Wird jedoch das Ventilglied 13a aus der ersten Stellung um 90° gedreht, so daß der zweite, gerade Ansaugkanal 12 im wesentlichen vollständig geöffnet wird - diese Stellung wird im folgenden als die zweite bezeichnet -, dann tritt ein großer Anteil des Ansaugstromes, der durch die Ansaug­ bohrung 7 geht, durch den zweiten, geradlinigen Ansaug­ kanal 12, wenngleich ein kleinerer Teil immer noch im schraubenförmigen Kanal 11 und ein Teil des Ansaugstro­ mes auch noch über den Flügel 10 strömen werden. Diesem Ansaugstrom, der durch den zweiten, geraden Kanal 12 geht, wird keinerlei starker Wirbel- oder Dralleffekt vermittelt, mit dem er durch die Ventilöffnung 7a in den Brennraum 8 eintritt, da der Ansaugkanal 12 geradlinig verläuft; allerdings erhält der kleinere Teil des Ansaug­ stromes, der noch im ersten Ansaugkanal 11 abwärts strömt, einen gewissen Drall durch die gekrümmte Gestalt dieses Kanals 11. Demzufolge wird der Ansaugstrom zur Brennkam­ mer 8 als Ganzes nicht sehr viel wirbeln, so daß die scheinbare Flammengeschwindigkeit im Brennraum 8 niedri­ ger ist als im vorher geschilderten Fall. Ferner ist die Verbrennungsgeschwindigkeit relativ gering. Andererseits ist der Strömungswiderstand der Ansaugbohrung 7 als Ganzes bei dieser Betriebsweise viel niedriger.

Schließlich werden klarerweise bei einer Drehung des Ven­ tilglieds 13a in eine mittlere Stellung zwischen der ersten sowie zweiten Stellung, so daß der zweite, gerade Ansaugka­ nal 12 teilweise geöffnet wird, ein mittlerer Anteil des durch die Ansaugbohrung 7 tretenden Ansaugstromes im zweiten, gera­ den Ansaugkanal 12 und ein anderer mittlerer Anteil im ersten, schraubenförmigen Ansaugkanal 11 abwärts strömen, wobei etwas vom Ansaugstrom auch noch über den Flügel 10 hin­ weggeht. Während dem im zweiten, geraden Ansaugkanal 12 fließenden Anteil des Ansaugstromes keine starke Verwir­ belung bei seinem Durchtritt durch die Ventilsitzöffnung 7a in den Brennraum 8 vermittelt wird, weil der Kanal 12 im wesentlichen geradlinig verläuft, wird dagegen dem im ersten Ansau­ kanal 11 abwärts fließenden Ansaugstrom auf Grund der ge­ krümmten Gestalt dieses Kanals 11 ein Drall vermittelt. Demzufolge wird dem in den Brennraum 8 gelangenden Ansaug­ strom als Ganzes ein mittlerer Wert im Drall mitgeteilt, so daß die scheinbare Flammengeschwindigkeit im Brennraum 8 zwischen den beiden oben genannten Extremfällen liegt. Ferner ist auch die Verbrennungsgeschwindigkeit auf einem Zwischenwert, wie auch der Strömungswiderstand der Ansaug­ bohrung 7 als Ganzes in diesem Zwischen-Betriebszustand auf einem Zwischenwert ist.

Das klappenförmige Ventilglied 13a wird über die Ven­ tilwelle 14 sowie den Antriebshebel 15 von einer Betäti­ gungsstange 17 angetrieben, die von einem Unterdruck- Membranstellantrieb 16 ausgeht, welcher entsprechend dem wahlweisen Anlegen eines Unterdrucks arbeitet, so daß er das Ventilglied 13a der Umschaltventilanordnung 13 entwe­ der in die oben erwähnte zweite Stellung, in der es den zweiten, geraden Ansaugkanal 12 im wesentlichen gänzlich öffnet, womit ein großer Anteil des durch die Ansaugboh­ rung 7 fließenden Ansaugstromes im zweiten Kanal abwärts strömt, während ein nur kleiner Teil im ersten Ansaugkanal 11 abwärts strömt, oder in die erwähnte erste Stellung be­ wegt, in welcher es den zweiten, im wesentlichen geradlinigen Ansaug­ kanal 12 im wesentlichen völlig schließt, womit ein großer Anteil des durch die Ansaugbohrung 7 fließenden Ansaugstro­ mes im schraubenförmigen Ansaugkanal 11 abwärts strömt. Das heißt im einzelnen, daß dann, wenn in einer (nicht gezeigten) Unterdruckkammer des Unterdruck-Membranstell­ antriebs 16 ein Unterdruck mit einem höheren Wert, d. h. von geringerem absoluten Druck, als ein bestimmter vor­ gegebener Wert herrscht, die Betätigungsstange 17 das Ventilglied 13a in dessen erste Stellung bewegt, in der es den geraden Ansaugkanal 12 verschließt, und anderer­ seits dann, wenn in der Unterdruckkammer des Stellan­ triebs 16 ein Unterdruck mit einem niedrigeren Wert, d. h. von höherem absoluten Druck, als der bestimmte vorgege­ bene Wert herrscht, die Betätigungsstange 17 das Ventil­ glied 13a in dessen zweite Stellung bewegt, in der es den geraden Ansaugkanal 12 öffnet.

An den Unterdruck-Stellantrieb 16 wird in ausgewählter Weise ein betätigender Unterdruck über eine Unterdruck­ leitung 18 von einer Öffnung "a" eines Elektromagnet- Unterdruckschaltventils 19 gelegt, das zwei weitere Öff­ nungen "b" und "c" hat. Die Öffnung "b" steht mit einer Unterdrucköffnung 25, die zu einem stromauf vom Ansaug­ rohr 23 angeordneten Beruhigungsbehälter 24 öffnet, über eine Unterdruckleitung 20, ein Einweg- oder Rückschlag­ ventil 21 sowie eine weitere Unterdruckleitung 22 in Ver­ bindung und erhält somit bei laufendem Motor 1 fortwäh­ rend den Ansaugrohr-Unterdruck. Die Öffnung "c" steht mit der Atmosphäre in Verbindung. Wenn dem Elektromagnet- Unterdruckschaltventil 19 keine elektrische Energie zur Betätigung zugeführt wird, so ist die Öffnung "a" mit der Öffnung "c" verbunden, während die Öffnung "b" mit keiner anderen Öffnung Verbindung hat, während bei Zufuhr von elektrischer Energie zum Unterdruckschaltventil 19 dieses die Öffnung "a" mit der Öffnung "b" verbindet, wobei die Öffnung "c" mit keiner anderen Öffnung ver­ bunden ist.

An der Einlaßseite des Beruhigungsbehälters 24 ist eine Drosselklappe 26 drehbar gelagert, und in den stromab gele­ genen Teil des Ansaugrohres 23 mündet eine Kraftstoff- Einspritzdüse 27. Wenn dieser Düse 27 von einem (nicht gezeigten) Zufuhrsystem unter Druck stehender Kraftstoff, z. B. Ottokraftstoff, zugeführt und sie geöffnet wird, dann richtet sie einen Strahl von eingespritztem Kraft­ stoff in einer der gewünschten Einspritzmenge entspre­ chenden Quantität in das Ansaugrohr 23 in einer solchen Richtung, wie das die Fig. 2 zeigt, so daß der einge­ spritzte Kraftstoff größtenteils in den ersten oder schrau­ benförmigen Ansaugkanal 11 eintritt, wenngleich unvermeid­ bar etwas von diesem Kraftstoffstrahl in den zweiten oder geraden Ansaugkanal 12 gelangt. Das heißt mit anderen Worten, daß die Einspritzdüse 27 von der Mittellinie oder -achse des Ansaugrohres 23 etwas zur Seite des ersten, schraubenförmigen Ansaugkanals 11 hin versetzt ist.

Ein elektronisches Steuergerät 30 liefert elektrische Steuersignale für das Öffnen sowie Schließen der Kraft­ stoff-Einspritzdüse 27 und für die Betätigung des Elek­ tromagnet-Unterdruckschaltventils 19 wie auch möglicher­ weise für andere Vorrichtungen. Das Steuergerät 30 empfängt Eingangsinformationen von einem Gaspedal- Öffnungswinkelfühler 32, der bewegungsabhängig mit der Drosselklappe 26 gekoppelt ist, von einem Ansaugsystem- Druckfühler 31, an dem der Druck innerhalb des Beruhigungs­ behälters 24 liegt, von einem im Zylinderblock 2 des Mo­ tors 1 angebrachten Motorkühlwasser-Temperaturfühler 33 und von einem am Verteiler 29 des Motors 1 angebrachten Zeitsignalfühler. Auf der Grundlage dieser (und möglicher anderer) Informationen, die das Steuergerät 30 empfängt, berechnet dieses, das bei den bevorzugten Ausführungs­ formen gemäß der Erfindung einen nach einem in seinem Speicher gespeicherten Programm arbeitenden Mikrocom­ puter umfaßt, die Ausgangssignale für das Öffnen und Schließen der Kraftstoff-Einspritzdüse 27, d. h. für die Kraftstoff-Einspritzung, und für die Betätigung des Elek­ tromagnet-Unterdruckschaltventils 19, d. h. für die Steue­ rung der Ansaugkanal-Umschaltsteuerventilanordnung 13.

Nachfolgend wird das durch das elek­ tronische Steuergerät 30 gebotene Verfahren zur Steuerung der durch die Einspritzdüse 27 eingespritzten Kraftstoff­ menge beschrieben. Der Speicher, z. B. ein Festwertspei­ cher, des elektronischen Steuergeräts 30 hält Werte für die Basis-Kraftstoffeinspritzzeit Tp (nicht dargestellt) als eine Funktion des Drucks im Ansaugrohr, d. h. als eine Funktion des Aus­ gangs des Ansaugsystem-Druckfühlers 31, allein fest, der auf die Menge von in den Motor pro Zylindertakt eingesaug­ ter Luft bezogen ist, und es wird diese Basis-Kraftstoff­ einspritzzeit Tp korrigiert, um die tatsächliche Kraft­ stoffeinspritzzeit Tr (nicht dargestellt) zu erhalten, indem die Gleichung

Tr = Tp × Ka × Kw + Tv

verwendet wird, worin sind
Ka ein Nach-Anlaufkorrekturfaktor,
Kw ein Motor-Warmlaufkorrekturfaktor und
Tv die unwirksame Einspritzzeit.

Der Nach-Anlaufkorrekturfaktor Ka wird, wie folgt, mit der Zeit geändert. Der Ausgangswert Ka₀ wird in dem Moment bestimmt, in dem der Anlasserschalter für den Motor von der AN-Stellung in die AUS-Stellung geht, d. h., wenn das Durchdrehen des Motors beendet ist und er gezündet hat, und in diesem Augenblick wird der Wert Ka₀ entsprechend der vom Temperaturfühler 33 ermittelten Kühlwassertempe­ ratur des Motors 1 ermittelt, wie Fig. 3 zeigt. In diesem Diagramm ist die beispielhafte Anlaßtemperatur von 0°C dargestellt. Somit ist der Ausgangswert Ka₀ von Ka um so größer, je kälter der Anfangsstartzustand des Motors 1 ist. Anschließend wird, wie Fig. 4 zeigt, der Wert von Ka in einem vorbestimmten, festen Ausmaß erniedrigt, bis Ka im Zeitpunkt T₂, wenn der Wert von Ka bei 1 stabili­ siert ist und sich im folgenden nicht ändert, zu 1 wird. Somit ist der Wert des Nach-Anlaufkorrekturfaktors Ka um so höher, je niedriger die Anfangstemperatur des Motor­ kühlwassers ist und je länger die Nach-Anlaufkorrektur hierfür angewendet wird.

Das Verfahren zur Steuerung des Elektromagnet-Unterdruck­ schaltventils 19, d. h. für die Steuerung der Ansaugkanal- Umschaltsteuerventilanordnung 13, die durch das elektro­ nische Steuergerät 30 gemäß der ersten bevorzugten Aus­ führungsform nach der Erfindung bewirkt wird, wird nun im einzelnen unter Bezugnahme auf Fig. 5 erläutert, in der ein Ablaufplan für ein im Steuergerät 30 für die Betä­ tigung des Unterdruckschaltventils 19 gespeichertes Un­ terprogramm dargestellt ist.

Nach dem Anlaufen des Unterprogramms wird im Schritt 1 entschieden, ob der Startschalter auf EIN steht oder nicht; ist er noch auf EIN, dann geht der Steuerungsab­ lauf zum Schritt 6 über, in dem das Steuergerät 30 ein Signal zur Öffnung der Ansaugkanal-Umschaltsteuerventil­ anordnung 13 auf ihren maximalen Wert ausgibt, worauf das Unterprogramm zu Ende geht. Wenn andererseits im Schritt 1 der Startschalter auf AUS ist, dann geht die Steuerung zum Schritt 2 über, in dem entschieden wird, ob die Motor­ drehzahl Ne größer als ein vorbestimmter Wert Ne_set bzw. gleich diesem Wert ist oder nicht. Im bejahenden Fall geht der Steuerablauf wiederum zum Schritt 6 über. Ist Ne kleiner als Ne_set, dann geht die Steuerung zum Schritt 3, in dem entschieden wird, ob die Drosselklappe 26 voll geöffnet ist oder nicht. Im positiven Fall geht die Steu­ erung wieder zum Schritt 6 über, im negativen Fall, d. h. bei nicht voll geöffneter Drosselklappe, geht das Steuer­ programm zum Schritt 4 weiter, in dem entschieden wird, ob der tatsächliche Wert des Nach-Anlaufkorrekturfaktors Ka größer als ein vorbestimmter Wert Ka_set (vgl. Fig. 4) bzw. gleich diesem ist oder nicht; im bejahenden Fall geht die Steuerung wieder zum Schritt 6 über. Ist jedoch der Nach-Anlaufkorrekturfaktor Ka nun kleiner geworden als Ka_set, dann erfolgt ein Übergang zum Schritt 5, in dem das Steuergerät 30 ein Signal zum Schließen der Ansaugkanal-Umschaltsteuerventilanordnung 13 in maxi­ malem Ausmaß ausgibt, worauf das Unterprogramm endet.

Die Wirkung dieses Steuerverfahrens ist selbstverständ­ lich diejenige, die Ventilanordnung 13 in höchstem Maß zu schließen, während das Starten erfolgt, und nach dem Anlaufen des Motors wird die Ventilanordnung 13 nur ge­ schlossen, wenn die Motordrehzahl Ne kleiner als der vorbestimmte Werte Ne_set ist und auch die Drosselklappe 26 nicht voll geöffnet ist und des weiteren der Wert des Nach-Anlaufkorrekturfaktors Ka mittlerweile kleiner als Ka_set geworden ist. Das heißt mit anderen Worten, daß wie oben gesagt wurde, die Menge an dem Motor 1 einge­ spritztem Kraftstoff um das Verhältnis Ka, das von der Kühlwassertemperatur des Motors abhängt, erhöht wird, und wenn dieses Verhältnis Ka für den Anstieg der Kraftstoff­ einspritzmenge größer als ein bestimmter Wert oder die­ sem gleich ist, dann wird die Ansaugkanal-Umschaltsteuer­ ventilanordnung 13 ohne Rücksicht auf die Betriebsbedin­ gungen des Motors 1 geöffnet, d. h., selbst wenn die-Mo­ tordrehzahl Ne größer ist als Ne_set (Hochgeschwindigkeit­ betrieb) oder die Drosselklappe 28 völlig geöffnet ist (Vollastbetrieb); wenn andererseits das Verhältnis Ka für den Anstieg der Kraftstoffeinspritzmenge geringer ist als der bestimmte Wert, dann wird die Umschaltsteuerven­ tilanordnung 13 entsprechend den Betriebsbedingungen des Motors 1 geöffnet oder geschlossen. Damit erlaubt es der Nach-Anlaufkorrekturfaktor Ka für eine bestimmte Zeit­ dauer nach dem Anlaufen des Motors, unverzüglich eine fette Mischung in die Motorbrennräume 8 einzuführen, wo­ bei während dieser Zeit mit Gewißheit eine niedrige Ver­ wirbelung für die in den Brennraum eingetretenen Gase durch Öffnung der Steuerventilanordnung 13 geschaffen wird, derart, daß die Strömung durch den geraden Ansaugkanal begünstigt wird, während die Konzentration der Strömung auf den schraubenförmigen Ansaugkanal vermindert wird, und daß der Füllungsgrad erhöht wird, wodurch die Motordrehzahl unmittelbar nach dem Anlaufen des Mo­ tors stabilisiert wird, was das Laufverhalten des Motors verbessert und zeitweilige Drehzahlabnahmen unmittelbar nach dem Anlaufen des Motors vermeidet.

Wenn beispielsweise die Temperatur Tw des Kühlwassers bei Start des Motors 0°C ist, dann wird der Ausgangswert Ka₀ von Ka bestimmt, wie Fig. 3 zeigt, worauf der Wert von Ka mit der Zeit vom Wert Ka₀ aus ebenmäßig vermindert wird, bis er zum Zeitpunkt T₂ die Eins erreicht, wonach keine weitere Änderung erfolgt. Ferner wird auch, bis der Wert von Ka kleiner wird als der Wert Ka_set, d. h. bis zur Zeit T₁ in Fig. 4, die Ansaugsteuerventilanord­ nung 13 definitiv bis zu ihrem Maximum ohne Rücksicht auf irgendeinen Betriebsparameter des Motors 1 geöffnet. Da­ mit werden Probleme vermieden, die damit zusammenhängen, daß Kraft­ stoff an der Steuerventilanordnung 13 in flüssiger Form zum Anhaften kommt und in den Brennraum 8 in Tropfen zu verschiedenen, schlecht bestimmten spä­ teren Zeitpunkten eintritt, so daß demzufolge der eingespritzte Kraftstoff sofort und in richtiger Weise in den Motorbrennraum eingeführt und das geeignete Luft- Kraftstoff-Verhältnis des Luft-Kraftstoff-Gemischs einge­ halten wird. Wenn dagegen der Wert des Nach-Anlaufkorrek­ turfaktors Ka kleiner wird als der Wert Ka_set, d. h. nach dem Zeitpunkt T₁, dann wird, wenn und nur wenn auch die Motordrehzahl Ne geringer ist als der vorbestimmte Wert Ne_set und wenn ferner die Drosselklappe 26 nicht völlig geöffnet ist, die Ansaugsteuerventilanordnung 13 ge­ schlossen, um ein starkes Wirbeln des in den Brennraum 8 eingesaugten Luft-Kraftstoff-Gemischs hervorzurufen und somit die Flammenausbreitungsgeschwindigkeit zu erhöhen sowie einen Betrieb des Motors 1 bei einem schwachen Luft-Kraftstoff-Gemischverhältnis zuzulassen.

Als ein besonderer Fall bei der ersten Ausführungsform kann der Wert von Ka_set Eins sein, wobei, solange die Nach-Anlaufkorrektur ausgeführt wird, die Ansaugsteuer­ ventilanordnung 13 definitiv offenghalten wird.

Die Fig. 6 zeigt den Flußplan für die zweite bevorzugte Ausführungsform eines Steuerverfahrens gemäß der Erfin­ dung, der dem Flußplan von Fig. 5 ähnlich ist. Bei dieser zweiten Ausführungsform ist zwischen die Schritte 3 und 4 ein zusätzlicher Schritt 7 eingefügt, in dem entschieden wird, ob die Kühlwassertemperatur Tw des Motors 1 zu einem bestimmten Wert Tw_set gleich bzw. kleiner ist als dieser oder nicht. Somit wird, wenn die Motordrehzahl Ne bezüglich Ne_set sowie die völlige oder nicht völlige Öff­ nung der Drosselklappe 26 wie bei der ersten Ausführungs­ form geprüft worden sind und dann ermittelt worden ist, ob Tw kleiner als oder gleich Tw_set ist, zum Schritt 4 weitergegangen, und die Steuerventilanordnung 13 wird geöffnet oder geschlossen, was davon abhängt, ob der ge­ genwärtige Wert von Ka größer als der Wert Ka_set oder diesem gleich ist. Wenn jedoch Tw größer ist als Tw_set, dann wird die Steuerventilanordnung 13 mit Gewißheit ge­ schlossen, um eine Ansaugverwirbelung und so­ mit ein gutes Motorlaufverhalten zu erzeugen, wobei in diesem Fall das Kriterium, ob der Nach-Anlaufkorrekturfaktor Ka kleiner als Ka_set geworden ist oder nicht, ignoriert wird. Diese wahlfreie Abwandlung des erfindungsgemäßen Verfah­ rens bietet eine zusätzliche Flexibilität für den Steue­ rungsprozeß.

Claims (3)

1. Verfahren zur Steuerung eines Luft-Kraftstoff-Ansaug­ systems in der Anlaufphase eines Kraftfahrzeugmotors, der eine innerhalb des Zylinderkopfes angeordnete Ansaug­ bohrung aufweist, deren stromabwärtiges Ende in den Brennraum mündet, und die einen zu dem stromabwärtigen Ende hin schraubenförmig verlaufenden Kanal sowie einen im wesentlichen geradlinig verlaufenden Kanal aufweist, wobei eine Kraftstoff in die Ansaugbohrung einspritzende Einspritzdüse vorgesehen ist und ein Ansaugkanalumschaltventil vorhanden ist, das zur wahlweisen Änderung der Drosselung des im wesentlichen geradlinig verlaufenden Kanals unter Niederlastbetrieb des Motors regelbar ist, wobei man die Kraftstoffeinspritzmenge durch die Einspritzdüse unmittelbar nach dem Kaltstart des Motors temporär erhöht, dadurch gekennzeichnet, daß man unmittelbar nach dem Anlaufen des Motors das Ansaugkanalumschaltventil derart schaltet, daß der im wesentlichen geradlinig verlaufende Kanal freigegeben wird, wenn das Ausmaß der temporären Kraftstoffeinspritzerhöhung einen vorbestimmten Wert überschreitet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausmaß der temporären Erhöhung der Kraftstoffeinspritzung entsprechend dem zeitlichen Abstand reduziert wird, be­ ginnend mit einem Ausgangswert, der um so größer ist, je niedriger die Kühlwassertemperatur des Motors ist.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der vorbestimmte Wert für das Ausmaß der temporären Ein­ spritzmengenerhöhung ein Wert ist, der zwischen dem Aus­ gangswert und einem Endwert bei Beendigung der Erhöhung liegt.