DE3515044A1 - Brennstoff-einspritzsystem fuer eine brennkraftmaschine - Google Patents

Brennstoff-einspritzsystem fuer eine brennkraftmaschine

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Description

MAZDA MOTOR-CORP.
No. 3-1 Shinchi, Fuchu-cho, Aki-gun,
Hiroshima-ken, Japan - 24 953 20/h
Brennstoff-Einspritzsystem für eine Brennkraftmaschine
Die Erfindung betrifft ein Brennstoff-Einspritzsystem für eine Brennkraftmaschine, mit den Merkmalen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Insbesondere befasst sich die Erfindung mit einem solchen Brennstoff-Einspritzsystem, bei dem eine sogenannte Schichtladung zumindest bei Betrieb der Brennkraftmaschine mit niedriger Last erfolgt.
Die Schichtladungstechnik ist bekannt. Zu ihrer Verwirklichung ist im Ansaugkanal ein Brennstoff-Einspritzventil vorgesehen, durch welches Brennstoff in der zweiten Hälfte des Ansaughubes und bei Betrieb der Brennkraftmaschine mit niedriger Last eingespritzt wird. Hierdurch umgibt einerseits ein fettes Luft/Brennstoff-Gemisch die Zündkerze, andererseits ist dieses fette Gemisch von einem mageren Luft/Brennstoff-Gemisch umgeben. Außerdem erhält hierdurch das Luft/Brennstoff-Gemisch bei seinem Eintritt in den Brennraum eine Drallbewegung mitgeteilt, wodurch eine Diffusion des "geschichteten" Brennstoffes beim Verdichtungshub unterbunden wird (vgl. z.B. JP-OSen 56(1981)-148636 und 58(1983)-85319).
In der Schichtladung muß das nahe der Zündkerze befindliche Gemisch fett genug sein, um durch die Zündkerze gezündet zu werden, während das von der Zündkerze entfernt befindliche
Gemisch sehr mager sein darf. Somit hat die Schichtladung den Vorteil, daß insgesamt das Luft/Brennstoff-Verhältnis auf mager eingestellt sein kann und demzufolge der Brennstoffverbrauch und der Schadstoffausstoß in den Abgasen verringert werden. Darüber hinaus ist bei der Schichtladung das Gemisch im Randbereich der Gaszone mager und nicht so zündfähig, so daß demzufolge ein Klopfen verhindert wird.
Es ist bereits eine neuartige Brennkraftmaschine vorgeschlagen worden, bei der im Zylinderkopf in einem die Zündkerze und das Einlaß- oder das Auslaßventil umgebenden Bereich eine Ausnehmung ausgebildet ist. Diese Ausnehmung bildet einen Brennraum, wobei zwischen der Unterseite des Zylinderkopfes und der Oberfläche des Kolbens in dessen oberem Totpunkt eine Quetschzone gebildet wird. Die erwähnte Ausnehmung bildet dabei den Haupt-Brennraum. Bei dieser bekannten Maschine lässt sich aufgrund des kompakten, im wesentlichen kugelförmigen Haupt-Brennraumes die Verbrennungsrate erhöhen und dadurch die Verbrennungsstabilität verbessern.
Wendet man auf die vorstehend beschriebene Brennkraftmaschine die Schichtladungstechnik an, dann entsteht das Problem, daß in dem Brennraum bei der Aufwärtsbewegung des Kolbens eine Quetschströmung erzeugt wird, und der um die Zündkerze herum mit grösserer Dichte vorhandene Brennstoff (Brennstoff-Anhäufung) durch diese Quetschströmung auseinandergetrieben und dadurch die Schichtbildung aufgebrochen wird.
Ausgehend davon ist es Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Brennstoff-Einspritzsystem für Brennkraftmaschinen mit einem durch eine Ausnehmung in der Zylinderkopfwand gebildeten Haupt-Brennraum vorzuschlagen, durch das die Vorteile der Schichtladung genutzt werden können.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch die Merkmale gemäß dem Kennzeichen des Patentanspruches 1.
Erfindungsgemäß ist somit bei einer Brennkraftmaschine ein Haupt-Brennraum vorgesehen, der durch eine Ausnehmung in einem Teil der Unterseite des Zylinderkopfes definiert ist. Außerdem ist eine Quetschzone in Form eines engen Spaltes vorhanden, der zwischen der Oberseite des Kolbens in dessen oberem Totpunkt und der um die Ausnehmung herum weitgehend flachen Unterseite des Zylinderkopfes gebildet ist. Die Zündkerze ist an einer Stelle nahe der Quetschzone angeordnet und es ist ein Brennstoff-Einspritzventil vorgesehen, um den Brennstoff in einen Einlaßkanal einzuspritzen, der mit dem Brennraum über ein Einlaßventil in Verbindung steht. Das Brennstoff-Einspritzventil wird - zumindest bei niedriger Maschinenlast - so gesteuert, daß die für "einen Arbeitshub benötigte Brennstoffmenge eingespritzt und die Einspritzung spätestens vor der Mitte der Öffnungsdauer des Einlaßventils abgeschlossen ist, so daß dadurch eine Schichtbildung von Luft und Brennstoff erzielbar ist, bei der das fette Gemisch sich im unteren Bereich des Brennraumes ansammelt und das magere Gemisch in dessen oberem Bereich vorhanden ist.
Durch das erfindungsgemässe Brennstoff-Einspritzsystem wird somit zumindest bei niedriger Maschinenlast eine Schichtladung verwirklicht und dadurch die Wirtschaftlichkeit verbessert und der Schadstoffausstoß verringert. Da die Zündkerze nahe an der Quetschzone liegt und somit von der Quetschströmung beaufschlagt ist, wird ihr fettes Gemisch bei der Zündung zugeführt, auch wenn eine Quetschströmung erzeugt wird, die die Schichtbildung stört. Zugleich läuft die Flammenfront als Welle in den Haupt-Brennraum hinein, wobei sie auf der Quetschströmung aufsitzt, so daß hierdurch die Brenngeschwindig-
keit erhöht und die Verbrennungsdauer verringert wird. Das führt zu einer Verbesserung der Verbrennungsstabilität.
Die Zündkerze muß nicht zwingend nahe der Ouetschzone angeordnet sein; es genügt, wenn sie der Quetschströmung ausgesetzt ist. Folglich ist die in dieser Beschreibung verwendete Definition "eine Position nahe der Quetschzone" breit dahingehend zu verstehen, daß dadurch auch Stellen längs des Strömungsweges der Quetschströmung eingeschlossen sind, die verhältnismässig weit von der Quetschzone entfernt sind.
Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles anhand der beiliegenden Zeichnungen sowie aus den Unteransprüchen. In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine mit einem Brennstoff-Einspritzsystem nach der Erfindung;
Fig. 2 eine Teil-Untenansicht des in der Brennkraftmaschine gemäß Fig. 1 verwendeten Zylinderkopfes;
Fig. 3 einen Teil-Längsschnitt längs der Linie III-TII in Fig. 2;
Fig. 4 einen Teil-Längsschnitt längs der Linie IV-IV in Fig. 2;
Fig. 5 ein Schaubild, welches die Charakteristik bezüglich des Öffnungsgrades des Wirbel-Steuerventils in der Brennkraftmaschine gemäß Fig. 1 veranschaulicht;
• el· - sf-~-
Fig. 6A ein Zeitsteuer-Diagramm, das ein Beispiel für die Zeitsteuerung der Brennstoff-Einspritzung bei Vorliegen einer Schichtladung -veranschaulicht;
Fig. 6B ein Zeitsteuer-Diagramm, das ein anderes Beispiel der Zeitsteuerung für die Brennstoff-Einspritzung bei Vorliegen einer Schichtladung veranschaulicht, und
Fig. 7 ein Flußdiagramm, das die Funktion der Steuereinrichtung wiedergibt.
Die in Fig. 1 dargestellte erfindungsgemässe Brennkraftmaschine 1 weist vier Zylinder C auf, von denen nur einer in Fig. 1 gezeigt ist. Mit einem Brennraum 2, der in jedem der Zylinder C gezeigt ist, ist jeweils ein Einlaßkanal 5 und ein Auslaßkanal 6 über je ein Einlaßventil 3 bzw. ein Auslaßventil 4 verbunden. Der Einlaßkanal 5 weist einen Puffer- oder Ausgleichstank 7 auf, und stromauf von dem Ausgleichstank 7 befindet sich eine Drosselklappe 8 sowie ein Luftfilter 9. Zwischen der Drosselklappe 8 und dem Luftfilter 9 ist ein Durchfluß-Meßgerät 10 angeordnet, um den Durchsatz bzw. die Strömungsgeschwindigkeit der Ansaugluft zu ermitteln. Auf der Stromab-Seite des Ansaugkanales 5 ist ein Brennstoff-Einspritzventil 12 angeordnet, das zum Einlaßventil 3 hin gerichtet ist. Das Brennstoff-Einspritzventil 12 ist an eine Brennstoff-Zufuhrleitung 13 angeschlossen, die mit einem (nicht gezeigten) Brennstofftank über einen (nicht gezeigten) Brennstoff-Druckregler verbunden ist. An dem Brennstoff-Einspritzventil 12 liegt ein Brennstoffdruck an, der durch den genannten Druckregler so gesteuert ist, daß der Druckunterschied zwischen dem Brennstoffdruck und dem im Ansaugkanal herrschenden Druck konstant gehalten wird. Der Auslaßkanal 6
weist einen Katalysator 14 für die katalytisch^ Umwandlung unverbrannter Stoffe im Auspuffgas auf.
Die Ausgestaltung des Ansaugkanales 5 und des Brennraumes 2 wird nachfolgend in Zusammenhang mit den Fig. 2 bis 4 erläutert. In der Unterfläche eines Zylinderkopfes 5, der auf einem Zylinderblock 16 in einem einem Kolben 17 gegenüberliegenden Bereich montiert ist, ist eine weitgehend ovale Ausnehmung 18 ausgebildet. Der zwischen der Innenwand des Zylinderkopfes 15 und der Oberseite des Kolbens 17 - in dessen oberem Totpunkt - gebildete Brennraum 2 besteht aus einem Haupt-Brennraum 2a, der durch die Ausnehmung 18 definiert ist, sowie aus einer Quetschzone 2b, die durch den feinen Spalt zwischen der Oberseite des Kolbens 17 und dem Teil der Zylinderkopf-Unterfläche gebildet ist, die die Ausnehmung 18 umgibt.
Eine Auslaßöffnung 19, die mit dem Auslaßkanal 6 verbunden ist, mündet in die Ausnehmung 18, die den Haupt-Brennraum 2a bildet, während eine mit dem Einlaßkanal 5 verbundene Einlaßöffnung 11 in die Quetschzone 2b mündet. Das Einlaßventil 3 und das Auslaßventil 4 sind so angeordnet, daß sie die Einlaß- bzw. Auslaßöffnung 18 bzw. 19 öffnen und schließen. Eine Zündkerze 20 ist der Quetschzone 2b nahe der Ausnehmung 18 gegenüberliegend angeordnet.
Der Einlaßkanal 5 ist so ausgebildet und angeordnet, daß er dem in den Brennraum 2 eintretenden Gemisch eine Wirbelbewegung in Umfangsrichtung des Zylinders C mitteilt. Zusätzlich weist der Einlaßkanal 5 eine Verwirbelungs-Steuereinrichtung 21 auf, durch die dem Gemisch mitzuteilende Wirbelbewegung steuerbar ist. In den Fig. 2 und ist mit Bezugszeichen 22 ein Ansaugverteiler bezeichnet. Der stromabseitige Endbereich jedes Einlaßkanales 5 wird
•AU'
-J -
teils durch diesen Ansaugverteiler 22 und teils durch den Zylinderkopf 15 gebildet. Dieser Endbereich ist in einen primären Einlaßkanal-Abschnitt 5a sowie einen sekundären Einlaßkanal-Abschnitt 5b durch eine Trennwand 23 unterteilt, die sich vom Zylinderkopf 15 aus in den Ansaugverteiler 22 hinein erstreckt. In dem sekundären Einlaßkanal-Abschnitt 5b ist ein Verwirbelungs-Steuerventil 24 angeordnet. Dieses wird grundsätzlich durch eine Betätigungseinrichtung (nicht gezeigt) in Abhängigkeit von der Zu- bzw. Abnahme der durchgesetzten Ansaugluftmenge betätigt und zwar in dem Sinn, daß es bei Betrie.b der Brennkraftmaschine mit niedriger Last geschlossen und bei Betrieb mit hoher Last geöffnet wird. Dieses Ventil bildet die genannte Verwirbelungs-Steuereinrichtung 21 zusammen mit den nicht gezeigten Komponenten,
Der primäre Einlaßkanal-Abschnitt 5a weist eine relativ kleine Querschnittsfläche auf und mündet geringfügig stromaufwärts von dem Einlaßventil 3 in Gestalt einer Wirbelöffnung 11a, die in Umfangsrichtung des Zylinders C (s. Fig. 3) weist. Dadurch wird die Strömungsgeschwindigkeit der Ansaugluft erhöht und der Winkel - bezogen auf die Oberseite des Kolbens 20 - verringert, unter dem die Ansaugluft in den Brennraum 2 eintritt. Somit wird der Ansaugluft eine Wirbelbewegung in Umfangsrichtung des Zylinders C aufgeprägt, wie das durch den Pfeil K in Fig. 2 angedeutet ist.
Der sekundäre Ansaugkanal-Abschnitt 5b ist weitgehend parallel zur Mittelachse des Zylinders C in Richtung auf die Oberseite des Kolbens 20 gerichtet, so daß hierdurch die Ansaugluft nur eine geringfügige Wirbelbewegung erfährt.
-Λ -
Wenn das Verwirbelungs-Steuerventil 24 geschlossen ist (d.h., der Öffnungsgrad davon = 0° beträgt), dann tritt Ansaugluft in den Brennraum 2 lediglich durch den primären Ansaugkanal-Abschnitt 5a ein und folglich erhält die Ansaugluft eine breite oder starke Wirbelbewegung aufgeprägt. Steht das Verwirbelungs-Steuerventil 24 offen oder nimmt sein Öffnungsgrad zu, dann steigt auch das Verhältnis der Ansaugluftmengen, die durch den sekundären Ansaugkanal-Abschnitt 5b bzw. den primären Ansaugkanal-Abschnitt 5a hindurchströmen, so daß als Folge davon die Wirbelbewegung der Gesamt-Ansaugluftmenge im Brennraum 2 geringer wird. Steht das Verwirbelungs-Steuerventil 24 ganz offen (entsprechend einem Öffnungsgrad von 70°), dann wird nur eine geringfügige Wirbelbewegung der Ansaugluft erzeugt.
Das Verwirbelungs-Steuerventil 24 wird durch die (nicht gezeigte) Betätigungseinrichtung geöffnet und geschlossen, die beispielsweise eine Membran sein kann, welche in Abhängigkeit vom Ansaugvakuum, oder vom Auspuffdruck betrieben ist. Der Öffnungsgrad des Verwirbelungs-Steuerventils 24 wird entsprechend der Veränderung der Ansaugluftmenge gesteuert, d.h. entsprechend der Änderung der Maschinendrehzahl und der Maschinenlast. Bei dem in Fig. 5 gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Öffnungsgrad des Ventils 24 auf 0° (voll geschlossen) in dem Bereich niedriger Last und niedriger Drehzahl festgelegt, so daß in diesem Bereich die Ansaugluft eine starke Wirbelbewegung erfährt. In dem Bereich hoher Last und hoher Drehzahl ist dagegen der Öffnungsgrad auf 70° eingestellt, um hier das Entstehen einer Wirbelbewegung zu unterdrücken. In einem Bereich mittlerer Last und mittlerer Drehzahl ist ein Öffnungsgrad von 20° festgelegt, um hier eine relativ geringfügige oder schwache Wirbelbewegung zu erzeugen.
"it- 3515OU
Durch das Öffnen des Verwirbelungs-Steuerventils 24 bei zunehmender Ansaugluftmenge wird im übrigen die ansonsten zu erwartende Verringerung des volumetrischen Füllgrades aufgrund des Widerstandes des Ventils 24 gegenüber der Ansaugströmung begrenzt.
Das Brennstoff-Einspritzventil 12 ist stromab von dem Verwirbelungs-Steuerventil 24 im Ansaugkanal 5 angeordnet und spritzt den Brennstoff in Richtung auf den Brennraum 2, ausgehend von einer Stelle relativ nahe der Einlaßöffnung 11. Der eingepritzte Brennstoff tritt somit direkt durch die Einlaßöffnung 11 hindurch in den Brennraum 2 ein.
Die Zeitdauer der Brennstoff-Einspritzung und die durch das Brennstoff-Einspritzventil 12 eingespritzte Brennstoffmenge werden durch einen Einspritzimpuls festgelegt und gesteuert, den das Brennstoff-Einspritzventil 12 von einer in Fig. 1 gezeigten Steuereinrichtung 25 erhält. Die Steuereinrichtung 25 weist ein Interface 26, einen CPU 27 und einen Speicher 28 auf. In dem Speicher 28 sind ein Funktionsprogramm für den CPU 27, das in Fig. gezeigt ist, und andere Daten bzw. Programme gespeichert. An der Steuereinrichtung 25 liegen ein Ansaug-Luftmengen-Signal aus dem Durchfluß-Meßgerät 10, ein Kühlwasser-Temperatursignal eines Kühlwasser-Temperaturfühlers 29, ein Öffnungswinkel-Signal eines die Drosselklappenstellung abtastenden Fühlers 30 zur Ermittlung des Beschleunigungszustandes aufgrund einer Änderung im Öffnungswinkel des Drosselventils 8, ein Öffnungswinkelsignal eines den Öffnungszustand des Verwirbelungs-Steuerventils 24 abtastenden Fühlers 31 und ein Kurbelwinkel-Signal eines Kurbelwinkel-Fühlers 32 an, der den Drehwinkel der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine 1 und damit die obere Totpunkt lage (TDC) des ersten Zylinders über die Winkelposition
- /Il ·
-γ-
des Verteilers abtastet« Mit 33 ist ein Zündschalter bezeichnet.
Der CPU 27 der Steuereinrichtung 25 bestimmt in Abhängigkeit
von der Maschinendrehzahl und der Ansaugluftmenge eine grund- s
sätzliche Brennstoff-Einspritzmenge und korrigiert diese !
in Richtung auf eine Erhöhung der tatsächlich eingespritzten
Brennstoffmenge, z.B. wenn die Brennkraftmaschine 1 kalt ist
oder beschleunigt wird. Bei niedriger Maschinenlast steuert i
der CPU 27 das Brennstoff-Einspritzventil 12 dahingehend, j
daß eine Schichtladung bewirkt wird. Das besagt, daß der S
CPU 27 die Brennstoffmenge festlegt, die für einen Arbeits- ·
hub eingespritzt werden muß, und die Einspritzdauer an !
dem Brennstoff-Einspritzventil bestimmt, die zur Erzielung
einer Schichtladung geeignet ist. Dementsprechend liefert j er einen Brennstoff-Einspritzimpuls. Bei niedriger Maschinen- \ last steuert der CPU 27 insbesondere auch das Brennstoff-Einspritzventil 12 so, daß der für einen Arbeitshub be- . ■* ' nötigte Brennstoff spätestens in der ersten Hälfte der ί Öffnungsdauer des Einlaßventils eingespritzt wird. * j
Wie vorstehend bereits erwähnt, sollte zur Erzielung einer
Schichtladung nach der vorliegenden Erfindung der Brennstoff spätestens innerhalb der ersten Hälfte des Ansaughubes eingespritzt werden. Die Einspritz-Zeitsteuerung
kann beispielsweise auf zweierlei Art, die in den Fig. 6A
und 6B veranschaulicht ist, bestimmt werden. Gemäß der
in Fig. 6A gezeigten Weise beginnt die Brennstoff-Einspritzung
(deren Anfangszeitpunkt durch Θ1 in Fig. 6A und 6B angegeben
ist) unmittelbar nach dem Schließen des Einlaßventiles 3
anschließend an das Ende des vorhergehenden Ansaughubes
(d.h. von dem Zeitpunkt 10, zu dem das Einlaßventil 3 vor
dem oberen Totpunkt TDC zu öffnen beginnt, bis zu dem Zeitpunkt IC, zu dem das Einlaßventil 3 nach dem unteren Totpunkt
BDC geschlossen wird). Die Brennstoff-Einspritzung endet zu
einem Zeitpunkt, der der Impulsbreite des Einspritzimpulses nach dem Beginn der Brennstoff-Einspritzung entspricht.(Das Einspritzende ist in den Fig. 6A und 6B mit θ 2 bezeichnet). Mit anderen Worten, bei der in Fig. 6A gezeigten Einspritzsteuerung ist der Anfangszeitpunkt Θ1 der Einspritzung auf einen Zeitpunkt unmittelbar nach dem Schließen des Einlaßventils 3 bei dem vorhergehenden Ansaughub fixiert, während der Endzeitpunkt Θ2 der Einspritzung in Abhängigkeit von einer Änderung der Einspritzmenge früher oder später gelegt wird.
Bei der in Fig. 6B gezeigten Steuermethode ist der Endzeitpunkt Θ2 der Brennstoffeinspritzung auf einen Zeitpunkt innerhalb der ersten Hälfte des Ansaughubes fixiert und der Anfangszeitpunkt Θ1 für die Einspritzung wird in Abhängigkeit von der Impulsbreite des Einspritzimpulses oder von der einzuspritzenden Brennstoffmenge bestimmt. Das bedeutet, daß hier der Anfangszeitpunkt Θ1 für die Brennstoff-Einspritzung in Abhängigkeit von einer Änderung der einzuspritzenden Brennstoffmenge früher oder später gelegt wird.
Entsprechend der geschilderten Vorgangsweise wird der Brennstoff in den Brennraum 2 relativ früh zum Ansaughub eingespritzt, so daß im unteren Bereich des Brennraumes 2 eine Anhäufung von Brennstoff stattfindet. Dadurch wird vermieden, daß der in diesem Bereich angesammelte Brennstoff durch die der Ansaugluft mitgeteilte Wirbelbewegung verteilt wird. Da außerdem die Zündkerze 20 in der Strömungsbahn der Quetschströmung liegt, kann sie bei der Zündung mit fettem Gemisch versorgt werden, auch wenn eine Quetschströmung erzeugt wird, die die Schichtbildung beeinträchtigt.
' Ab '
-ψ-
Die Fig. 7 zeigt ein Flußdiagramm, das die Funktion des CPU 27 der Steuereinrichtung 25 erläutert: Wird die Brennkraftmaschine 1 gestartet, dann liest der CPU 27 die Signale des Kurbelwinkel-Fühlers 32, des Luftmengen-Meßgeräts 10, des Kühlwasser-Temperaturfühlers 29, des Öffnungswinkel-Fühlers 30 und des Öffnungswinkel-Fühlers 31 (für die Drosselklappe 8 bzw. das Verwirbelungs-Steuerventil 24) ab und speichert die entsprechenden Signalwerte jeweils in Registern T, A, Wl, V und K (Schritte Sl bis S5). Anschließend bestimmt der CPU 27 in Schritt S6, ob die Brennkraftmaschine 1 gestartet ist oder nicht. Ist sie gestartet, dann geht der CPU 27 zum Schritt S7 und speichert eine vorbestimmte Start-Brennstoff-Einspritzmenge β in einem Register I. Im Schritt S8 erzeugt der CPU 27 einen Start-Einspritzimpuls entsprechend dem in dem Register I gespeicherten Wert und liefert diesen Impuls an eines der Brennstoff-Einspritzventile 12, das über ein TDC (Totpunkt)-Signal des ersten Zylinders bestimmt wird. Anschließend kehrt der CPU 27 wieder zu dem Schritt Sl zurück. Beim Start der Maschine kann die einzuspritzende Brennstoffmenge nicht auf der Basis der Ansaugluftmenge bestimmt werden, so daß hier ein Start-Einspritzimpuls mit einer vorbestimmten Impulsbreite erzeugt wird.
Nachdem die Brennkraftmaschine 1 angelaufen ist, schreitet der CPU 27 zum Schritt S9 fort. In diesem berechnet er die Maschinendrehzahl aufgrund des in dem Register T gespeicherten Kurbelwinkels und speichert den Wert in einem Register R. Anschließend, im Schritt SlO, errechnet der CPU 27 eine Grund-Einspritzmenge auf der Basis der in dem Register R gespeicherten Maschinendrehzahl sowie der Ansaugluftmenge, die im Register A gespeichert ist, und hält das Ergebnis in dem Register I fest. In dem Schritt SIl wird anschließend durch den CPU 27 die Beschleunigung dV/dt
-Xi-
aufgrund des Inhalts des Registers V errechnet und der CPU 27 bestimmt, ob die Beschleunigung dV/dt grosser als ein vorbestimmter Wert c< ist. Das entspricht der Bestimmung, ob das Fahrzeug beschleunigt wird öder nicht. Wenn festgestellt wird, daß das Fahrzeug beschleunigt wird, geht der DPU 27 zum Schritt S12 weiter und speichert einen voreingestellten Wert ßl in einem Register C2. Andernfalls führt der CPU 27 den Schritt S13 aus und setzt den Wert des Registers C2 auf Null. Der Wert ßl kann entweder ein Festwert oder entsprechend dem Ausmaß der Beschleunigung veränderbar sein. Im nächsten Schritt Sl4 vergleicht der CPU 27 die in dem Register Wl gespeicherte Kühlwassertemperatur mit einem vorgegebenen Wert WO, z.B. 60°, und multipliziert dann, wenn die Kühlwassertemperatur niedriger als dieser vorgelegte Wert WO ist, die Differenz WO-Wl mit einem Korrekturkoeffizienten, um so eine "temperatur-korrigierte" Menge zu erhalten. Diese temperatur-korrigierte Menge sowie der in dem Register C2 - als "beschleunigungs-korrigierte" Menge enthaltene Wert werden dann zu der Grund-Einspritzmenge addiert, die im Register I gespeichert ist. Auf diese Weise wird eine tatsächliche Brennstoff-Einspritzmenge erhalten, die als Summe I + Cl(Wo-Wl)+C2 wieder im Register I gespeichert wird. In dem anschließenden Schritt S15 bestimmt der CPU 27 auf der Basis der tatsächlichen Brennstoff-Einspritzmenge in dem Register I einen Kurbelwinkel θ für die Brennstoff-Einspritzung und speichert diesen in einem Register Θ. Anschließend in dem Schritt S16 wird der Anfangszeitpunkt Θ1 für die Brennstoff-Einspritzung aus einem Diagramm, z.B. einem Kennlinienfeld, entnommen, in welchem der Anfangszeitpunkt Θ1 für die Brennstoff-Einspritzung in eine Beziehung zu den Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine gesetzt ist, so daß die Brennstoff-Einspritzung vor der Mitte des Ansaughubes abgeschlossen ist,
/IJ-
selbst wenn die maximale Einspritzmenge vorliegt. Anschließend, in dem Schritt S17, wird der Endzeitpunkt Θ2 der Brennstoff-Einspritzung in Abhängigkeit von der tatsächlichen Einspritzmenge Θ, die*in dem Register θ gespeichert ist, bestimmt. Daraufhin wartet der CPU 27 in dem Schritt S18 solange, bis der Anfangszeitpunkt Θ1 für die Brennstoff-Einspritzung da ist. An diesem Anfangszeitpunkt Θ1 liefert der CPU 27 dann ein "!"-Signal an das Brennstoff-Einspritzventil 12 (Schritt S19) und wartet dann in dem Schritt S20 wieder auf den Endzeitpunkt Θ2 der Brennstoff-Einspritzung. Ist dieser Endzeitpunkt Θ2 da, so beendet der CPU 27 die Ausgabe des 111"-Signals in dem Schritt S21 und kehrt wieder zum Schritt Sl zurück.
Somit wird bei der Brennkraftmaschine 1 gemäß dem beschriebenen Ausführungsbeispiel die Grund-Einspritzmenge an Brennstoff in Abhängigkeit von der Maschinendrehzahl und von der Ansaugluftmenge bestimmt, während die tatsächliche Brennstoff-Einspritzmenge durch eine Korrektur bestimmt wird, in deren Rahmen die Grund-Einspritzmenge bei kalter Brennkraftmaschine und/oder bei deren Beschleunigung erhöht wird. Daraufhin werden der Anfangszeitpunkt und der Endzeitpunkt für die Brennstoff-Einspritzung in Abhängigkeit von der tatsächlichen Einspritzmenge ermittelt.
Obwohl in dem beschriebenen Ausführungsbeispiel die einzuspritzende Brennstoffmenge entsprechend der Maschinendrehzahl und der Ansaugluftmenge durch Veränderung der Einspritzdauer gesteuert wird, kann die einzuspritzende Brennstoffmenge auch dadurch gesteuert werden, daß man sowohl die Einspritzdauer als auch den an dem Brennstoff-Einspritzventil anliegenden Brennstoffdruck verändert. Weiterhin können anstelle der vorstehend beschriebenen Verwirbelungs-Steuereinrichtung 21, bei der die Verwirbelung durch eine Änderung
* - analog als Kurbelwinkel -
-yi-
des Ansaugluftmengen-Verhältnisses in dem primären und dem sekundären Ansaugkanal-Abschnitt 5a bzw. 5b gesteuert wird, was durch Betätigung des Verwirbelungs-Steuerventils 24 erfolgt, andere bekannte Wirbel-Steuereinrichtungen eingesetzt werden. Auch versteht sich, daß anstelle der stufenweisen Beeinflussung der Wirbelbewegung in der Ansaugluft entsprechend dem vorstehenden Ausführungsbeispiel auch eine kontinuierliche Veränderung in Abhängigkeit von Änderungen in den Betriebsbedingungen vorgenommen werden kann.
Wie sich aus der vorstehenden Beschreibung ergibt, sammelt sich bei dem erfindungsgemässen System der Brennstoff im unteren Abschnitt des Brennraumes an. Deshalb ist die Erzeugung einer Wirbelbewegung der Ansaugluft bei dem erfindungsgemässen Brennstoff-Einspritzsystem nicht so kritisch wie bei den Einspritzsystemen nach dem Stand der Technik, bei denen der Brennstoff sich im oberen Abschnitt des Brennraumes ansammelt und dort mit höherer Raumdichte vorliegt. Jedoch wird die Entstehung einer Wirbelbewegung in der Ansaugluft vorgezogen, um positiv eine Schichtung von Brennstoff und Luft zu erhalten.

Claims (8)

  1. MAZDA MOTOR CORP.
    No. 3-1 Shinchi, Fuchu-cho, Aki-gun,
    Hiroshima-ken, Japan - 24 953 2-0/h
    Brennstoff-Einspritzsystem für eine Brennkraftmaschine
    Patentansprüche
    Brennstoff-Einspritzsystem für eine Kolben-Brennkraftmaschine mit einem Brennraum, der einen Haupt-Brennraum in Form einer Ausnehmung in der ZylinderkopfUnterseite gegenüber der Kolbenoberseite sowie eine Quetschzone in Form eines engen Spaltes zwischen der Ko]benoberseito im
    oberen Kolben-Totpunkt und dem die Ausnehmung umgebenden }~*
    τ Teil der ZylinderkopfUnterseite aufweist, mit einem ^
    Einspritzventil zum Einspritzen von Brennstoff in einen mit dem Brennraum über ein Einlaßventil in Verbindung stehenden Ansaugkanal und mit einer Zündkerze, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündkerze (20) in der Nähe der Quetschzone (2b) angeordnet ist, und daß eine Steuereinrichtung (25) vorgesehen ist, die das Brennstoff-Einspritzventil (12) zumindest bei niedriger Maschinenlast derart steuert, daß die Einspritzung einer für einen Arbeitshub erforderlichen Brennstoffmenge spätestens bis zur Mitte der Öffnungsdauer des Einlaßventils (3) beendet ist.
  2. 2. Brennstoff-Einspritzsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Verwirbelungseinrichtung (5a) vorgesehen ist, die zumindest bei niedriger Maschinenlast der Ansaugluft eine Wirbelbewegung in Umfangsrichtung des
    - 2 Zylinders (C) erteilt, der den Brennraum (2) bildet.
  3. 3. Brennstoff-Einspritzsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Verwirbelungs-Steuereinrichtung
    (21) vorgesehen ist, die bei Betrieb der Brennkraftmaschine mit hoher Last und hoher Drehzahl die Wirbelbewegung der Ansaugluft abschwächt.
  4. 4. Brennstoff-Einspritzsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (25) das Brennstoff-Einspritzventil (12) derart steuert, daß die Einspritzung vor dem Öffnen des Einlaßventils (.3) einsetzt.
  5. 5. Brennstoff-Einspritzsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (25) das Brennstoff-Einspritzventil (12) deart steuert, daß die Einspritzung vor dem Öffnen des Einlaßventils (3) beendet ist.
  6. 6. Brennstoff-Einspritzsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Quetschzone (2b) verhältnismässig ausgedehnt ist und mindestens das Einlaßventil (3) oder das Auslaßventil (4) umgibt.
  7. 7. Brennstoff-Einspritzsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaßöffnung (11) für die Ansaugluft, die in Zylinderumfangsrichtung zur Erzeugung eines Wirbels eingeführt wird, in die Quetschzone (2b) mündet.
  8. 8. Brennstoff-Einspritzsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß in der Quetschzone (2b) an einer Stelle nahe der den Haupt-Brennraum (2a) bildenden Ausnehmung (18) und - gesehen in Richtung der Wirbelbewegung der Ansaugluft - stromabwärts von der Ausnehmung (18) eine seichte Mulde gebildet ist, die in die den Haupt-Brennraum (2a)
    definierende Ausnehmung (18) übergeht, und daß in der flachen Mulde die Zündkerze (20) angeordnet ist.
    Brennstoff-Einspritzsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenoberseite weitgehend flach ist, daß je ein einziges Einlaßventil (3) und ein einziges Auslaßventil (4) vorgesehen sind, daß die Einlaßöffnung (11) in die Quetschzone (2b) und die Auslaßöffnung (19) in den Haupt-Brennraum (2a) münden, daß der Einlaßkanal (5) in einen primären Einlaßkanal-Abschnitt (5a) und in einen sekundären Einlaßkanal-Abschnitt (5b) unterteilt ist, von denen der primäre Einlaßkanal-Abschnitt (5a) unter dem sekundären Einlaßkanal-Abschnitt (5b) angeordnet ist und so zur Einlaßöffnung (11) hin mündet, daß die Ansaugluft weitgehend in einer Horizontalrichtung in den Brennraum (2) eingeleitet wird, daß das Brennstoff-Einspritzventil (12) im Einlaßkanal (5) nahe an der Einlaßöffnung (11) angeordnet ist und daß über den ganzen Betriebsbereich der Brennkraftmaschine hinweg zumindest ein Teil der Ansaugluft den primären Einlaßkanal-Abschnitt (5a) durchströmt, während die Ansaugluftströmung in dem sekundären Einlaßkanal-Abschnitt (5b) zumindest bei niedriger Maschinenlast durch ein Steuerventil (24) begrenzbar ist.
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