DE3515043C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kolben-Brennkraftmaschine mit den Merkmalen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Insbe­ sondere befaßt sich die Erfindung mit einer Einspritzein­ richtung, mittels der zumindest beim Betrieb der Brennkraft­ maschine mit niedriger Last das Gemisch in Form einer sog. Schichtladung zugeführt wird.

Bei einer bekannten Brennkraftmaschine, an der die Schichtladungs­ technik ausgeführt wird (JP-A 56-1 48 636) ist zu deren Ver­ wirklichung in einem Ansaugkanal ein Einspritzventil angeordnet, welches bei Betrieb der Brennkraftmaschine mit niedriger Last in der zweiten Hälfte des Ansaughubes Brennstoff einspritzt, so daß ein fettes Luft/Brennstoff-Gemisch die Zündkerze umgibt, während mageres Luft/Brennstoff-Gemisch wiederum das fette Gemisch einhüllt. Bei niedriger bis mittlerer Drehzahl und bei niedriger bis mittlerer Last ist die Einspritzdauer so geregelt, daß sie in der zweiten Hälfte der Öffnungszeit des Einlaßventils liegt. Außerdem erfährt das Luft/Brennstoff-Gemisch bei seinem Eintritt in den Brennraum aufgrund einer bezüglich des Zylinders tangentialen Anordnung des Einlaßkanals einen Drall, wodurch insgesamt die beabsichtigte Schichtladung entsteht und eine Diffusion des geschichteten Gemisches beim Arbeitshub unter­ drückt wird.

Bei einer anderen bekannten Brennkraftmaschine, die nicht zu der hier betrachteten Gattung zählt (DE-FZ "Bosch Technische Unterrichtung; Benzineinspritzung elektronisch gesteuert" 1972 S. 8 und 13) erfolgt die Einspritzung des Kraftstoffes vor dem Öffnen des Einlaßventils, um das Gemisch vor den Einlaßventilen vorzulagern. Dies wird während des stationären Betriebszustandes der Brennkraftmaschine durchgehalten; eine Einführung des Gemisches nach der Schichtladungstechnik ist nicht ange­ sprochen.

Bei Zuführung einer Schichtladung muß das Gemisch nahe der Zündkerze fett genug sein, um gezündet werden zu können, jedoch kann das von der Zündkerze entfernt befindliche Gemisch sehr mager sein. Das ergibt den Vorteil der Schicht­ ladungstechnik, daß das Gesamtverhältnis Luft/Brennstoff auf mager eingestellt sein kann und dementsprechend die Wirtschaftlichkeit verbessert und der Schadstoffausstoß im Auspuffgas verringert ist. Darüber hinaus ist in einer Schichtladung das Gemisch im Randbereich der Gaszone mager und weniger zündfähig, so daß als Folge davon ein Klopfen verhindert werden kann.

Andererseits bringt die Schichtladungstechnik jedoch das Problem mit sich, daß wegen der direkten Einführung des Brennstoffes in den Brennraum vor der ausreichenden Zer­ stäubung und Verdampfung des Brennstoffes die Zündfähigkeit des Gemisches und die Verbrennungsstabilität nachteilig beeinflußt werden, insbesondere bei kalter Maschine.

Ausgehend davon liegt die Aufgabe der Erfindung darin, eine Brennkraftmaschine mit Brennstoffeinspritzung zu schaffen, bei der eine verbesserte Zerstäubung und Ver­ dampfung des Brennstoffes auch bei kalter Maschine möglich ist und eine umgekehrte Schichtbildung vermieden wird.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch die Merkmale gemäß dem Kennzeichen des Patentanspruches 1.

Eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine mit Brennstoff­ einspritzung weist somit zunächst ein Brennstoff-Einspritz­ ventil auf, das in einem über ein Einlaßventil mit dem Brennraum verbundenen Ansaugkanal angeordnet ist. Weiterhin ist eine Drall-Steuereinrichtung zur Steuerung der Drallbewegung vorgesehen, die der Ansaug­ luft in Umfangsrichtung des den Brennraum bildenden Zylinders mitgeteilt werden soll. Außerdem steuert eine Steuerein­ richtung, zumindest bei niedriger Maschinenlast, das Brenn­ stoff-Einspritzventil derart, daß die für einen Arbeitshub erforderliche Brennstoffmenge eine vorbestimmte Zeit nach dem Öffnen des Einspritzventils und während des Ansaughubes eingespritzt wird, während die Dralleinrichtung der Ansaugluft eine Drallbewegung mitteilt. Schließlich ist eine Korrektureinrichtung vorgesehen, die bei kalter Maschine das Brennstoff-Einspritzventil dahingehend steuert, daß dieses die Einspritzung schon vor der Öffnung des Ein­ laßventiles beginnt, während die Dralleinrichtung die Erzeugung eines Dralls in der Ansaugluft unterbindet. Dabei wird das Gemisch in Form einer Schichtladung zugeführt, wenn die Maschine bei niedriger Last arbeitet, so daß hierdurch die Wirtschaftlichkeit verbessert und der Schadstoffausstoß vermindert wird.

Solange die Maschine kalt ist, wird Brennstoff vor dem Öffnen des Einlaßventils eingespritzt, so daß er in Kontakt mit der Wandung des Einlaßkanales, mit dem Einlaßventil selbst und mit der sonstigen Umgebung kommt, um hierdurch die Zerstäubung und Verdampfung zu verbessern. Das er­ weist sich als vorteilhaft für die Zündfähigkeit des Ge­ misches und die Stabilität der Verbrennung. Wenn die Ansaug­ luft beim Eintritt in die Brennkammer in eine starke Drall­ bewegung versetzt wird und der Brennstoff vor dem Öffnen des Einlaßventiles bereits eingespritzt wird, besteht normalerweise die Gefahr, daß der dem Brennraum zugeführte Brennstoff relativ frühzeitig sich im unteren Abschnitt der Brennkammer ansammelt und auf diese Weise eine umgekehrte Schichtbildung einsetzt. Erfindungsgemäß wird jedoch die Drallbewegung in der Ansaugluft bei kalter Maschine unterdrückt, um dieses Problem zu beseitigen.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles anhand der beiliegenden Zeichnungen sowie aus den Unter­ ansprüchen. In den Zeichnungen zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungs­ gemäßen Brennkraftmaschine mit Brennstoff­ einspritzung;

Fig. 2 einen Teil-Längsschnitt der Maschine gemäß Fig. 1 in größerem Maßstab;

Fig. 3 eine Untenansicht des Zylinderkopfes der Maschine gemäß Fig. 2;

Fig. 4 ein Schaubild, das die Charakteristik bezüglich des Öffnungswinkels des in der Maschine gemäß Fig. 1 eingesetzten Drall-Steuerventils wiedergibt;

Fig. 5 ein Zeitsteuer-Diagramm, das die Zeitsteuerung der Brennstoffeinspritzung bei Ausführung der Schicht­ ladungstechnik veranschaulicht;

Fig. 6A ein Zeitsteuer-Diagramm, das ein Ausführungsbeispiel für die Zeitsteuerung der Brennstoffeinspritzung bei kalter Maschine angibt;

Fig. 6B ein Zeitsteuer-Diagramm, das ein weiteres Beispiel für die Zeitsteuerung der Brennstoffeinspritzung bei kalter Maschine angibt;

Fig. 7 ein Flußdiagramm für die Funktion der Steuerein­ richtung, und

Fig. 8 eine Teil-Schnittansicht einer modifizierten Aus­ führungsform der in Fig. 1 gezeigten Maschine.

Die in Fig. 1 gezeigte Ausführungsform einer erfindungs­ gemäßen Brennkraftmaschine 1 weist vier Zylinder C auf, von denen in Fig. 1 nur einer dargestellt ist. Mit einem Brennraum 2, der in jedem der Zylinder C ausgebildet ist, sind ein Einlaßkanal 5 und ein Auslaßkanal 6 jeweils über ein Einlaßventil 3 bzw. ein Auslaßventil 4 verbunden. Der Einlaßkanal 5 ist mit einem Ausgleichs- oder Puffer­ tank 7 ausgestattet, und stromaufwärts von dem Ausgleichs­ tank 7 ist ein Drosselventil 8 angeordnet. Am stromauf­ seitigen Ende des Einlaßkanales 5 befindet sich außerdem ein Luftfilter 9, und zwischen dem Drosselventil 8 und dem Luftfilter 9 ist ein Durchfluß-Meßgerät 10 angeordnet, das den Durchsatz bzw. die Strömungsgeschwindigkeit der Ansaugluft feststellt. In dem stromabseitigen Abschnitt des Einlaßkanales 5 ist ein Brennstoff-Einspritzventil 12 montiert, das zu dem Einlaßventil 3 hin gerichtet ist. Das Brennstoff-Einlaßventil 12 ist an eine Zuführleitung 13 angeschlossen, die mit einem (nicht gezeigten) Brenn­ stofftank über einen (nicht gezeigten) Brennstoff-Druck­ regler verbunden ist. An dem Brennstoff-Einlaßventil 12 liegt ein Brennstoffdruck an, der durch den Brenn­ stoff-Druckregler derart gesteuert ist, daß der Druck­ unterschied zwischen dem Brennstoffdruck und dem Druck im Ansaugkanal konstant gehalten wird. Der Auslaßkanal 6 enthält einen Katalysator 14 zur katalytischen Um­ wandlung von nichtverbrannten Stoffen im Abgas.

Der Einlaßkanal 5 ist so ausgebildet und angeordnet, daß er dem in den Brennraum eingeleiteten Gemisch eine Drall­ bewegung in Umfangsrichtung des Zylinders C, der den Brennraum 2 bildet, mitteilt. Außerdem ist in dem Einlaßkanal 5 eine Dralleinrichtung 15 zur Steuerung der Drallbewegung des Gemisches angeordnet.

In den Fig. 2 und 3 sind ein Ansaugverteiler 16 und ein Zylinderkopf 17 gezeigt, in dem die Zylinder C ausge­ bildet sind. Der stromabseitige Endabschnitt jedes Ein­ laßkanales 5 ist teils durch den Ansaugverteiler 16 und teils durch den Zylinderkopf 17 gebildet. Außerdem ist dieser Endabschnitt in einem primären Einlaßkanal- Abschnitt 5a und einen sekundären Einlaßkanal-Abschnitt 5b durch eine Trennwand in den Ansaugverteiler 16 hineinerstreckt. In dem sekundären Einlaßkanal-Abschnitt 5b ist ein Drall- Steuerventil 19 angeordnet. Dieses ist grundsätzlich durch eine nicht gezeigte Betätigungsvorrichtung in Ab­ hängigkeit von der Zu- bzw. Abnahme der Ansaugluftmenge betätigbar und bei Betrieb der Brennkraftmaschine 1 mit niedriger Last geschlossen, dagegen bei Betrieb mit hoher Last geöffnet. Auf diese Weist wird die Dralleinrichtung 15 gesteuert.

Der primäre Ansaugkanal-Abschnitt 5a hat eine relativ kleine Querschnittsfläche und mündet geringfügig stromaufwärts von dem Einlaßventil 3 in Form einer Drallöffnung 11a, die in Umfangsrichtung des Zylinders C (Fig. 3) gerichtet ist. Auf­ grund dieser Anordnung wird die Strömungsgeschwindigkeit der Ansaugluft erhöht, und der Winkel, bezogen auf die Ober­ seite des Kolbens 20, unter dem die Ansaugluft in den Brennraum eintritt, wird verringert. Das führt im Ergebnis zu einer Drallbewegung der Ansaugluft in Umfangs­ richtung des Zylinders C, wie das durch den Pfeil K in Fig. 3 gezeigt ist.

Der sekundäre Einlaßkanal-Abschnitt 5b ist weitgehend parallel zur Mittelachse des Zylinders C und in Richtung auf die Oberseite des Kolbens 20 ausgerichtet, um der Ansaugluft nur eine geringfügige Drallbewegung mitzugeben.

Wenn das Drall-Steuerventil 19 geschlossen ist (d. h. der Öffnungswinkel=0°), dann wird die Ansaugluft in den Brennraum 2 ausschließlich durch den primären Einlaßkanal- Abschnitt 5a eingeführt, so daß demzufolge die Ansaugluft eine breite und intensive Drallbewegung aufgeprägt erhält. Steht dagegen das Drall-Steuerventil 19 offen oder wird sein Öffnungswinkel vergrößert, so steigt das Mengenver­ hältnis der durch den sekundären Einlaßkanal-Abschnitt 5b und den primären Einlaßkanal-Abschnitt 5a hindurchströmenden Ansaugluft, so daß dementsprechend die Drallbewegung der gesamten Ansaugluft im Brennraum 2 weniger stark ausge­ prägt wird. Steht das Drall-Steuerventil 19 voll in der Offenstellung (entsprechend einem Öffnungswinkel=70°), dann wird nur eine geringfügige Drallbewegung der Ansaug­ luft erzeugt.

Das Drall-Steuerventil 19 wird durch eine (nicht gezeigte) Betätigungseinrichtung geöffnet und geschlossen, die bei­ spielsweise eine Membran sein kann, die in Abhängigkeit von oder durch den Ansaug- oder Auspuffdruck betätigt wird. Der Öffnungswinkel des Drall-Steuerventils 19 wird ent­ sprechend einer Änderung der durchgesetzten Ansaugluftmenge gesteuert, d. h. einer Änderung der Maschinendrehzahl und der Maschinenlast. Bei dem hier gezeigten Ausführungsbei­ spiel ist, wie in Fig. 4 gezeigt ist, der Öffnungswinkel des Drall-Steuerventils 19 auf 0° eingestellt (voll ge­ schlossen), wenn die Brennkraftmaschine bei niedriger Last und niedriger Drehzahl betrieben wird, so daß der Ansaug­ luft ein kräftiger Drall mitgeteilt wird. Im Bereich hoher Last und hoher Drehzahl ist das Ventil 19 mit einem Öffnungswinkel von 70° eingestellt, um das Entstehen einer Drallbewegung zu verhindern, während im Bereich mittlerer Last und mittlerer Drehzahl eine Ein­ stellung auf 20° vorliegt, um dementsprechend nur eine relativ geringfügige Drallbewegung zu erzeugen. Im übrigen ergibt sich, daß durch die Öffnung des Drall- Steuerventils 19 bei zunehmender Ansaugluftmenge die normalerweise eintretende Herabsetzung des volumetrischen Wirkungsgrades (Ladezahl) aufgrund des der Ansaugluft entgegengesetzten Widerstandes des Drall-Steuerventils 19 gemindert werden kann.

Das Brennstoff-Einspritzventil 12 ist in dem Einlaßkanal 5 stromabwärts von dem Drall-Steuerventil 19 angeordnet, um den Brennstoff in Richtung auf den Brennraum 2 von einer Stelle aus einzuspritzen, die relativ nahe an der Einlaß­ öffnung 11 liegt, so daß der eingespritzte Brennstoff direkt durch die Einlaßöffnung 11 in den Brennraum 2 eingebracht wird. Der zeitliche Ablauf bei der Brennstoffeinspritzung und die durch das Brennstoff-Einspritzventil 12 einge­ spritzte Brennstoffmenge werden durch einen Einspritz­ impuls gesteuert, der von einer Steuereinrichtung 22, die in Fig. 1 gezeigt ist, an das Brennstoff-Einspritzventil 12 gegeben wird. Die Dralleinrichtung 15 weist darüber hinaus eine Einrichtung 23 zur Drallunterdrückung auf, die positiv das Drall-Steuerventil 19 unabhängig von der auf der Charakteristik der Fig. 4 beruhenden Steuerung öffnet. Die Einrichtung 23 zur Drallunterdrückung wird unter der Kontrolle der Steuereinrichtung 22 betätigt.

Die Steuereinrichtung 22 umfaßt ein Interface 24, eine CPU 25 und einen Speicher 26. In dem Speicher 26 sind ein Funktionsprogramm für die CPU 25, das in Fig. 7 gezeigt ist, sowie weitere Daten und Programme gespeichert. An der Steuereinrichtung 22 liegen folgende Signale an: Ein Ansaug-Luftmengensignal des Durchfluß-Meßgerätes 10, ein Kühlwasser-Temperatursignal eines Kühlwasser-Temperatur­ fühlers 27, ein sich auf die Drosselklappenöffnung be­ ziehendes Öffnungswinkelsignal eines Öffnungswinkelfühlers 28 an der Drosselklappe 8, der über die Änderung in deren Öffnungswinkel den Beschleunigungszustand feststellt, ein sich auf die Öffnung des Drall-Steuerventils 19 beziehendes Öffnungswinkelsignal eines das Drall-Steuerventil 19 ab­ tastenden Öffnungswinkelfühlers 29 und ein die Stellung der Kurbelwelle repräsentierendes Kurbelwinkelsignal eines Kurbelwinkelfühlers 30, der den Kurbelwinkel der Brennkraft­ maschine 1 und den oberen Totpunkt (TDC) des ersten Zylinders über die Winkelstellung des Verteilers ermittelt. Mit Be­ zugszeichen 31 ist ein Zündschalter bezeichnet.

Die CPU 25 der Steuereinrichtung 22 bestimmt eine Grund- Einspritzmenge entsprechend der Maschinendrehzahl und der Ansaugluftmenge und korrigiert diese Grund-Einspritzmenge im Sinne einer Erhöhung zu einer tatsächlichen Einspritz­ menge, beispielsweise, wenn die Brennkraftmaschine kalt ist oder beschleunigt wird. Bei niedriger Maschinenlast steuert die CPU 25 das Brennstoff-Einspritzventil 12 dahingehend, daß das Gemisch jeweils als Schichtladung zugeführt wird. Das besagt, daß die CPU 25 die für einen Arbeitshub er­ forderliche Brennstoffmenge sowie die Zeitdaten für das Brennstoff-Einspritzventil bestimmt, die für die Durch­ führung der Schichtladungstechnik geeignet sind, und dann entsprechend den ermittelten Werten einen Einspritzimpuls abgibt. So steuert die CPU 25 bei niedriger Maschinenlast das Brennstoff-Einspritzventil 12 derart, daß die für einen Arbeitshub erforderliche Brennstoffmenge eine vor­ bestimmte Zeit nach dem Öffnen des Einlaßventils 3 und vor dessen Schließen eingespritzt wird. Bei kalter Maschine steuert die CPU 25 die Einrichtung 23 zur Drallunter­ drückung dahingehend, daß das Drall-Steuerventil 19 positiv geöffnet wird, so daß dadurch das Entstehen eines Dralls der in den Brennraum 2 eintretenden Ansaugluft unterdrückt wird. Zugleich wird die Einspritzzeit vorverlegt, so daß die Einspritzung zumindest vor dem Öffnen des Einlaßventiles 3 beginnt.

Fig. 5 zeigt den zeitlichen Verlauf der Ventilöffnung des Einlaßventiles 3. Dementsprechend ist die Einspritzdauer so festgelegt, daß zur Erzielung einer Schichtladung die Mitte Ro der Einspritzdauer nahe dem Zeitpunkt liegt, zu dem die Kolbengeschwindigkeit ein Maximum wird und der im wesentlichen in der Mitte zwischen dem Zeitpunkt IO und dem Zeitpunkt IC liegt. An dem Zeitpunkt IO beginnt das Einlaßventil 3 vor dem oberen Totpunkt TDC zu öffnen, während an dem Zeitpunkt IC das Einlaßventil 3 nach dem unteren Totpunkt BDC schließt. Somit beginnt die Brenn­ stoffeinspritzung vor dem Zeitpunkt, zu dem die Kolben­ geschwindigkeit ein Maximum wird, an einem Kurbelwinkel, der der halben Breite des Einspritzimpulses entspricht, und endet nach dem Zeitpunkt, an dem die Kolbengeschwindigkeit an demselben Kurbelwinkel ein Maximum wird. In Fig. 5 ist mit R1 der Anfangszeitpunkt und mit R2 der Endzeitpunkt der Einspritzdauer bezeichnet. Steigt die Maschinenlast und wird dementsprechend die Impulsbreite des Einspritz­ impulses erhöht, dann wird der Anfangszeitpunkt R1 für die Einspritzung vorverlegt und der Endzeitpunkt R2 auf später gelegt, jeweils um den gleichen Kurbelwinkel (s. Fig. 5).

Daraus ergibt sich, daß der Brennstoff in dem Brennraum 2 relativ spät beim Ansaughub und bei geöffnetem Einlaßventil 3 eingebracht wird und aufgrund der oben beschriebenen Drallbewegung in der Ansaugluft im oberen Beeich des Brennraumes 2 gehalten wird, so daß hierdurch eine Schicht­ ladung erfolgt. Um diese Schichtladung ausgeprägt auszu­ führen, wird normalerweise Wert darauf gelegt, daß der Brenn­ stoff unmittelbar vor dem Schließen des Einlaßventils 3, d. h. spät während des Ansaughubes, eingespritzt wird. Vom Standpunkt der Verbrennung aus gesehen ist das jedoch nachteilig, weil dabei der Brennstoff in den Brennraum 2 in einem unzureichend zerstäubten und verdampften Zustand eintritt. Wenn somit eine gute Schichtbildung des Luft/Brennstoff-Gemisches dank der Drallbewegung des Gemisches erzielbar ist und aufrecht­ erhalten werden kann, ist es besser, den Endzeitpunkt der Brennstoffeinspritzung nach vorne zur Mitte des Ansaughubes hin zu verlegen, wenn die Kolbengeschwindigkeit ein Maximum ist. Hierdurch wird die Brennstoffzerstäubung begünstigt und dadurch die Verbrennung im Brennraum 2 verbessert.

Bei kalter Maschine verlegt die CPU 25 den Anfangszeitpunkt R1 der Brennstoffeinspritzung nach vorne, so daß die Ein­ spritzung unmittelbar nach dem Schließen des Einlaßventiles 3 nach Beendigung des vorhergehenden Ansaughubes erfolgt, wie das in Fig. 6A gezeigt ist. In diesem Fall wird der Anfangszeitpunkt R1 der Einspritzung zuerst bestimmt und anschließend der Endzeitpunkt R2 der Einspritzung ausgehend vom Anfangszeitpunkt R1 und auf der Grundlage der Impuls­ breite des Einspritzimpulses festgelegt. Dementsprechend ist bei kalter Maschine die Brennstoffeinspritzung bereits vor dem Zeitpunkt IO abgeschlossen, zu dem das Einlaß­ ventil 3 zu öffnen beginnt, und der eingespritzte Brennstoff hat bereits Kontakt mit den Wandungen der Brennkraftmaschine 1 gehabt, wodurch die Zerstäubung und Verdampfung begünstigt ist. Wenn in diesem Zusatand eine starke Drallbewegung er­ zeugt wird, dann besteht die Gefahr, daß der zuerst in den Brennraum 2 eingebrachte Brennstoff nach unten gedrückt wird und in dem unteren Bereich des Brennraumes 2 verbleibt, so daß hierdurch gerade eine umgekehrte Schichtbildung einsetzt. Folglich betätigt die CPU 25 die Einrichtung 23 zur Drallunterdrückung, so daß diese das Drall-Steuer­ ventil 19 öffnet und die Erzeugung eines Dralls in dem Brenn­ raum 2 unterbindet. Das hat zur Folge, daß bei kalter Brenn­ kraftmaschine 1 der Brennstoff in dem Brennraum 2 gleich­ förmig verteilt wird. Da außerdem bei kalter Maschine die Einspritzmenge erhöht ist, läßt sich das Luft/Brennstoff- Gemisch trotz der gleichförmigen Verteilung im Brennraum 2 sicher zünden.

Anstelle einer Festsetzung des Anfangszeitpunktes der Brenn­ stoffeinspritzung so, daß die Einspritzung vor dem Öffnen des Einlaßventiles 3 abgeschlossen ist, kann die Ein­ stellung auch so erfolgen, daß die Einspritzung vor dem Öffnen des Einlaßventiles 3 einsetzt, jedoch nach dem Öffnen des Einlaßventiles 3 endet, wie das in Fig. 6B gezeigt ist.

Fig. 7 zeigt das Flußdiagramm des Programmablaufes der CPU 25 in der Steuereinrichtung 22. Wird die Brennkraftmaschine 1 gestartet, dann liest die CPU 25 die Signale des Kurbelwinkel­ fühlers 30, des Durchfluß-Meßgerätes 10, des Kühlwasser- Temperaturfühlers 27, des Fühlers 28, der die Öffnung des Drosselventils 8 ermittelt, und des Fühlers 29, der die Öffnung des Drall-Steuerventils 19 feststellt, ab und speichert die Signalwerte jeweils in Registern T, A, W1, V und K (Schritte S1 bis S5). Daraufhin ermittelt die CPU 25 im Schritt S6, ob die Brennkraftmaschine 1 gestartet ist oder nicht. Ist die Brennkraftmaschine 1 gestartet, dann geht die CPU 25 zum Schritt S7 weiter und speichert eine vorbestimmte Start-Einspritzmenge β an Brennstoff in einem Register I. In dem Schritt S8 erzeugt die CPU 25 einen Start-Einspritzimpuls entsprechend dem Wert des Registers I und gibt diesen an eines der Brennstoff-Einspritzventile 12, das über das TDC-Signal des ersten Zylinders bestimmt ist. Anschließend kehrt die CPU 25 zum Schritt S1 zuück. Nach dem Anlaufen der Maschine kann die Brennstoff-Einspritzmenge nicht auf der Basis der Ansaugluftmenge bestimmt werden und deshalb wird der Start-Einspritzimpuls mit einer vorbe­ stimmten Impulsbreite erzeugt.

Ist die Brennkraftmaschine 1 angelaufen, so geht die CPU 25 zum Schritt S9 weiter, in welchem er die Maschinendrehzahl aufgrund des in dem Register T gespeicherten Kurbelwinkels errechnet und das Ergebnis in einem Register R speichert. Anschließend, im Schritt S10, errechnet die CPU 25 eine Grund-Einspritzmenge aufgrund der in dem Register R ge­ speicherten Maschinendrehzahl und der im Register A ent­ haltenen Ansaugluftmenge und speichert das Ergebnis im Register I. In dem Schritt S11 errechnet die CPU 25 die Beschleunigung dV/dt aus dem Inhalt des Registers V und bestimmt, ob die Beschleunigung dV/dt größer als ein vorgegebener Wert ist oder nicht, d. h. sie bestimmt, ob das Fahrzeug beschleunigt wird oder nicht. Ergibt sich, daß das Fahrzeug beschleunigt wird, dann geht die CPU 25 zum Schritt S12 weiter und speichert in einem Register C2 einen vorgegebenen Wert β1. Andernfalls setzt die CPU 25 in dem Schritt S13 den Wert des Registers C2 auf Null. Der vorgegebene Wert β1 kann ent­ weder ein Festwert sein oder entsprechend dem Ausmaß der Beschleunigung verändert werden. In dem nächsten Schritt S14 vergleicht die CPU 25 die Kühlwassertemperatur in dem Register W1 mit einem vorgegebenen Wert W0, der z. B. 60°C beträgt. Liegt die Kühlwassertemperatur niedriger als der vorge­ gebene Wert W0, so multipliziert die CPU 25 die Differenz W0-W1 mit einem Korrekturkoeffizienten und erhält damit eine von der Temperatur anhängige Korrektur-Einspritzmenge. Diese temperaturunabhängige Korrektur-Einspritzmenge sowie der in dem Register C2 enthaltene Wert, der eine von der Be­ schleunigung abhängige Korrektur-Einspritzmenge bedeutet, werden zu der Grund-Einspritzmenge in dem Register I addiert, so daß dadurch die tatsächliche Brennstoff-Einspritzmenge erhalten wird. Anschließend wird diese tatsächliche Brenn­ stoff-Einspritzmenge, d. h. der Wert I+C1(W0-W1)+C2, wieder in dem Register I gespeichert. In dem anschließenden Schritt S15 bestimmt die CPU 25 einen Einspritz-Kurbel­ winkel R auf der Basis der tatsächlichen Brennstoff-Ein­ spritzmenge in dem Register I und speichert diesen in einem Register R.

In dem Schritt S16 vergleicht die CPU 25 die Kühlwasser­ temperatur, die in dem Register W1 gespeichert ist, mit dem vorgegebenen Wert W0 und bestimmt dadurch, ob die Brennkraftmaschine 1 kalt ist oder nicht. Wird festge­ stellt, daß die Brennkraftmaschine 1 bereits hinreichend warm ist, dann werden der Anfangszeitpunkt R1 der Brenn­ stoffeinspritzung im Schritt S17 und der Endzeitpunkt R2 der Brennstoffeinspritzung im Schritt S18 bestimmt. Wie oben erläutert, wird der Anfangszeitpunkt R1 der Einspritzung durch Subtrahieren von R/2 (R entspricht hierbei der tatsächlichen Einspritzmenge und ist im Register R gespeichert) von dem Mittelwert R0 (Fig. 5) der Einspritzdauer, der im wesentlichen in der Mitte des Ansaughubes liegt, bestimmt. Der Endzeitpunkt R2 der Brennstoffeinspritzung wird dadurch bestimmt, daß R/2 zu dem Mittelwert R0 der Einspritzdauer hinzuge­ zählt wird. Wird dagegen festgestellt, daß die Brennkraft­ maschine 1 kalt ist, dann liefert die CPU 25 ein Steuer­ signal an die Einrichtung 23 zur Drallunterdrückung, die daraufhin das Drall-Steuerventil 19 um einen voreingestellten Winkel öffnet, so daß hierdurch die Erzeugung einer Drallbewegung im Ansauggemisch unter­ bunden wird (Schritt S19). Anschließend wird der Anfangs­ zeitpunkt R1 der Brennstoffeinspritzung bei kaltem Zustand der Brennkraftmaschine in Abhängigkeit von einem Kenn­ feld in dem Schritt S20 ermittelt und der Endzeitpunkt R2 der Einspritzung aufgrund des ermittelten Anfangszeit­ punktes R1 sowie aufgrund des in dem Register R gespeicherten (temperatur-korrigierten) Kurbelwinkels, der der tatsächlichen Einspritzmenge entspricht, im Schritt S21 errechnet.

Sowohl bei kalter Brennkraftmaschine 1 als auch bei bereits beendigtem Warmlaufen der Brennkraftmaschine 1 wartet die CPU 25 in dem Schritt S22 auf den Anfangszeitpunkt R1 für die Einspritzung, der im Schritt S17 oder im Schritt S20 bestimmt worden ist. Tritt der Anfangszeitpunkt R1 für die Einspritzung dann ein, dann gibt die CPU 25 ein "1"-Signal an das Brennstoff-Einspritzventil 12 (Schritt S23) und wartet dann im Schritt S24 wieder auf das Herankommen des Endzeitpunktes R2 für die Einspritzung. Tritt dieser End­ zeitpunkt R2 ein, dann beendet die CPU 25 die Ausgabe des "1"-Signals (Schritt S25) und kehrt wieder zu dem Schritt S1 zurück.

Wie sich aus dem vorstehenden ergibt, wird bei der Brenn­ kraftmaschine 1 gemäß dem geschilderten Ausführungsbei­ spiel die Grund-Einspritzmenge an Brennstoff in Abhängig­ keit von der Maschinendrehzahl und der Ansaugluftmenge bestimmt und die tatsächliche Einspritzmenge dann durch Korrektur im Sinne einer Erhöhung der Grund-Einspritzmenge für den Fall errechnet, daß die Brennkraftmaschine 1 kalt ist und/oder beschleunigt wird. Dann werden der Anfangs­ zeitpunkt und der Endzeitpunkt für die Brennstoffeinspritzung in Abhängigkeit von der tatsächlichen Brennstoff-Einspritz­ menge ermittelt und zwar auf unterschiedliche Weise, je nachdem die Brennkraftmaschine 1 kalt ist oder nicht. Ist die Brennkraftmaschine 1 kalt, so wird die Einspritzzeit dahingehend korrigiert, daß sie auf früher verlegt wird, so daß die Einspritzung einsetzt, bevor das Einlaßventil 3 öffnet. Dadurch wird die Zerstäubung und Verdampfung des Brennstoffes begünstigt und die Verbrennung verbessert. Ist dagegen die Brennkraftmaschine 1 warm, dann wird hierdurch eine gute Schichtbildung des Luft/ Brennstoff-Gemisches gewährleistet, was zur Verbesserung der Wirtschaftlichkeit (Brennstoffeinsparung) und der Verbrennungsgüte führt.

In dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel wird die einzuspritzende Brennstoffmenge in Abhängigkeit von der Maschinendrehzahl und der Ansaugluftmenge gesteuert, indem die Einspritzdauer verändert wird. Jedoch kann die einzuspritzende Brennstoffmenge auch dadurch gesteuert werden, daß sowohl die Einspritzdauer als auch der an dem Brennstoff-Einspritzventil anliegende Brennstoff­ druck verändert werden.

Die Fig. 8 zeigt eine Modifikation der Anordnung des Ein­ laßkanales. Dementsprechend münden ein primärer Einlaß­ kanal 35 und ein sekundärer Einlaßkanal 36 getrennt von­ einander in dem Brennraum 2. Der primäre Einlaßkanal 35 steht mit einer primären Einlaßöffnung 39 in Verbindung, die durch ein primäres Einlaßventil 37 geöffnet und verschlossen wird. Der sekundäre Einlaßkanal 36 steht mit einer sekundären Einlaßöffnung 40 in Verbindung, die durch ein sekundäres Einlaßventil 38 geöffnet und ver­ schlossen wird. Mit dem Bezugszeichen 41, 43 und 44 sind jeweils ein Auslaßkanal, der mit einer Auslaßöffnung 42 verbunden ist, ein Auslaßventil und eine Zündkerze be­ zeichnet. Der stromabseitige Endabschnitt des primären Einlaßkanales 35 ist so gekrümmt, daß die hindurchströmende Ansaugluft in den Brennraum 2 in zum Zylinder C tangentialer Richtung eingeführt wird und dadurch eine Drallbewegung in Umfangsrichtung des Zylinders C erzeugt. Der stromauf­ seitige Endabschnitt des primären Einlaßkanales 35 geht in den sekundären Einlaßkanal 36, stromab von dem Drosselventil 8, über. In dem sekundären Einlaßkanal 36 ist wieder das Drall- Steuerventil 19 angeordnet, das mit der (nicht gezeigten) Betätigungseinrichtung und der Einrichtung zur Drall­ unterdrückung verbunden ist, um dadurch die Drallbewegung der Ansaugluft zu steuern.

Ist das Drall-Steuerventil 19 voll geschlossen, so tritt Ansaugluft in den Brennraum 2 ausschließlich durch den primären Einlaßkanal 35 ein und erzeugt dadurch eine starke Drallbewegung. Ist das Drall-Steuerventil 19 geöffnet, so gelangt Ansaugluft in den Brennraum 2 auch durch den sekundären Einlaßkanal 36. Da hierdurch die durch den primären Einlaßkanal 35 strömende Ansaugluft­ menge verringert ist, wird entsprechend der im Brennraum 2 erzeugte Drall almählich abgeschwächt.

In dem primären Einlaßkanal 35 ist ein Brennstoff-Einspritz­ ventil 12 angeordnet, das den Brennstoff in Richtung auf die Zündkerze 44 in den Brennraum 2 einspritzt, wenn das primäre Einlaßventil 37 offensteht. Die Einspritzmenge und die Einspritzzeit des Brennstoff-Einspritzventiles 12 sowie das Öffnen und Schließen des Drall-Steuerventils 19 werden durch eine Steuereinrichtung gesteuert, die der vorstehend beschriebenen Steuereinrichtung 22 ähnlich ist. Das besagt, daß zumindest bei niedriger Maschinen­ last die Ansaugluft eine starke Drallbewegung mitgeteilt bekommt und zugleich der Brennstoff im wesentlichen in der Mitte der Öffnungsdauer des primären Einlaßventils 37 eingespritzt wird, um das Gemisch als Schichtladung zuzuführen. Ebenso gilt, daß bei kalter Maschine die Brennstoffeinspritzung vor dem Öffnen des primären Ein­ laßventiles 37 einsetzt und die Erzeugung einer Drall­ bewegung unterdrückt wird, um hierdurch die Zerstäubung und Verdampfung des Brennstoffes zu fördern.

Durch die vorstehend beschriebene Drall-Steuereinrichtung 15 wird der Drall durch eine Veränderung des Mengenverhältnisses an Ansaugluft gesteuert, die jeweils den primären Einlaß­ kanal 5a oder 35 bzw. den sekundären Einlaßkanal 5b oder 36 durchströmt, was durch eine Steuerung des Drall-Steuer­ ventils 19 erfolgt. Abweichend davon können jeoch auch andere, den Drall beeinflussende Steuerein­ richtungen eingesetzt werden. So ist z. B. die Verwendung einer Drall-Steuereinrichtung möglich, bei der nur ein einziger Einlaßkanal vorliegt und eine Drall-Steuerklappe drehbar in dem stromabseitigen Endabschnitt dieses einzigen Einlaßkanales liegt, so daß die effektive Querschnittsfläche des Einlaßkanales durch Verdrehen der Drall-Steuerklappe verändert wird und außerdem die Ansaugluft in den Brennraum in tangentialer Richtung zu diesem eingeleitet wird.

Weiterhin kann auch anstelle der stufenweisen Veränderung der Drallbewegung in der Ansaugluft entsprechend dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel an eine kontinuierliche Veränderung bei einer Veränderung der Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine gedacht werden.

Gemäß dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel wird dann, wenn die Maschine nicht kalt ist, der Brennstoff ohne Rücksicht auf die Maschinenlast im Ansaughub eingespritzt. Da aber bei hoher Maschinenlast in dem Luft/Brennstoff-Gemisch eine Schichtbildung nicht erforderlich ist, und sogar eher eine gleichmäßige Verteilung gewünscht ist, kann die Ein­ spritzzeit zugleich mit der Drallunterdrückung bei hoher Maschinenlast auf früher verlegt werden.

Anstelle der in dem Ausführungsbeispiel gezeigten Klappen­ ventile können auch andere Ventile eingesetzt werden.

Claims (6)

1. Kolben-Brennkraftmaschine mit Brennstoffeinspritzung, mit einem in einem Zylinder ausgebildeten Brennraum, in dessen oberem Bereich eine Zündeinrichtung angeordnet ist, einem über ein Einlaßventil zu dem Brennraum führenden Einlaß­ kanal, in welchem ein Einspritzventil angeordnet ist, einer Dralleinrichtung zur Erzeugung einer in Umfangs­ richtung verlaufenden Drallströmung der Ladung und einer Steuereinrichtung, die zumindest bei niedriger Last das Einspritzventil derart steuert, daß die Einspritzung einer für einen Arbeitshub erforderlichen Brennstoffmenge in einer vorbestimmten Zeit nach dem Öffnen des Einlaßventils und während des Ansaughubes erfolgt, um eine Schichtladung im Brennraum zu erzeugen, dadurch gekennzeichnet, daß die Dralleinrichtung (15) in eine Stellung einstellbar ist, in der eine Drallströmung in der einströmenden Ladung weitgehend unterdrückt wird, und daß eine Korrekturein­ richtung vorgesehen ist, die bei kalter Maschine und niedriger Last die Dralleinrichtung (15) in die Stellung einstellt, in der eine Drallströmung weitgehend unter­ drückt wird, und das Einspritzventil (12) so steuert, daß zumindest ein wesentlicher Teil der einzuspritzenden Brenn­ stoffmenge vor dem Öffnen des Einlaßventils (3; 37, 38) eingespritzt wird.

2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrektureinrichtung das Einspritzventil (12) so steuert, daß die Einspritzung vor dem Öffnen des Einlaßventils einsetzt und beendet ist.

3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Korrektureinrichtung das Einspritzventil (12) so steuert, daß die Einspritzung unmittelbar nach dem Schließen des Einlaßventils in dem vorhergehenden Ansaughub einsetzt.

4. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrektureinrichtung das Einspritzventil (12) so steuert, daß die Einspritzung vor dem Öffnen des Einlaßventils einsetzt und in der ersten Hälfte des Ansaug­ hubes, nach dem Öffnen des Einlaßventils, endet.

5. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Dralleinrichtung (15) bei hoher Last und hoher Drehzahl der Brennkraftmaschine in die Stellung einstellbar ist, in der eine Drallströmung weitgehend unterdrückt wird.

6. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaßkanal (5) mit dem Brennraum (2) über eine einzige Einlaßöffnung (11) verbunden ist, die durch das Einlaßventil (3) gesteuert ist, daß der Einlaß­ kanal (5) einen primären und einen sekundären Einlaßkanal- Abschnitt (5a bzw. 5b) aufweist, von denen der primäre Ein­ laßkanal-Abschnitt (5a) unter dem sekundären Einlaßkanal- Abschnitt (5b) angeordnet und so ausgebildet ist, daß er dem Brennraum (2) Luft in weitgehend horizontaler Richtung zu­ führt, und daß die Dralleinrichtung (15) ein Drall-Steuerventil (19) in dem sekundären Einlaßkanal- Abschnitt (5b) aufweist und den Luftstrom darin steuert.