DE3609693A1

DE3609693A1 - Brennkraftmaschine mit kraftstoffeinspritzung

Info

Publication number: DE3609693A1
Application number: DE19863609693
Authority: DE
Inventors: Taiyo Kawai; Nobuaki Gotenba Shizuoka Kayanuma; Norihisa Nakagawa; Kiyoshi Susono Shizuoka Nakanishi; Hiroshi Susono Shizuoka Nomura; Kiyohiko Oishi
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1985-03-22
Filing date: 1986-03-21
Publication date: 1986-10-09
Also published as: DE3609693C2; US4667636A

Description

Brennkraftmaschine mit Kraftstoffeinspritzung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Brennkraftmaschine mit Kraftstoffeinspritzung, die mit einer Vielzahl Einlaßventilen ausgerüstet ist.

Der Kraftstoffverbrauch einer Brennkraftmaschine wird vermindert, wenn das Luft-Kraftstoffgemisch, das in die Motorzylinder eingeführt wird, mager wird. Daher ist es vorzuziehen, das Luft-Kraftstoffgemisch so mager wie möglich auszubilden. Wenn jedoch ein mageres Luft-Kraftstoffgemisch angewendet wird, tritt ein Problem auf, da keine gute Zündung erzielt werden kann. Selbst wenn das magere Luft-Kraftstoffgemisch gezündet ist, tritt ein zusätzliches Problem auf, nämlich daß eine gute Verbrennung nicht erzielbar ist, da die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Flamme niedrig ist.

Zur Ausschaltung dieser Nachteile, weist eine bekannte Brennkraftmaschine einen Einlaßkanal auf, der tangential zur Innenumfangswandung des Brennraums verläuft. Im

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Einlaßkanal ist ein Einspxitzer angeordnet; die Kraftstoffeinspritzung vom Einspritzer wird kurz vor Schließung des Einlaßventils gestoppt (ungeprüfte japanisehe Patentveröffentlichung Nr. 56(1981 )-148636).

Bei dieser Brennkraftmaschine wird, wenn die Brennkraftmaschine im Teillastbetrieb läuft, bei der ersten Hälfte des Saughubs ausschließlich Luft in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingeführt; von dem Einspritzer eingespritzter Kraftstoff wird bei der letzten Hälfte des Saughubs in den Brennraum eingeführt. Entsprechend wird im oberen Innenraum des Brennraums die Schicht mit fettem Luft-Kraftstoffgemisch ausgebildet, und im unteren Innen-

. raum des Brennraums wird die Schicht mit magerem Luftb

Kraftstoffgemisch gebildet. So ist das Luft-Kraftstoffgemisch im Brennraum geschichtet. Demgemäß kann das Luft-Kraftstoffgemisch einfach gezündet werden, da das fette Luft-Kraftstoffgemisch um die Zündkerze gesammelt ist. Da durch einen aus dem Einlaßkanal in den Brennraum einströmenden Luftstrom im Brennraum eine Verwirbelung erzeugt wird, kann sich zusätzlich die Flamme des durch die Zündkerze gezündeten Luft-Kraftstoffgemisches schnell fortpflanzen.

Bei einer Brennkraftmaschine, bei der das Luft-Kraftstoffgemisch im Brennraum geschichtet ist, wobei der Mittelwert des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des gesamten im Brennraum geschichteten Luft-Kraftstoffgemisches konstant gehalten ist, wird die Verbrennung umso besser, je

höher der Schichtungsgrad ist. Beispielsweise kann bei einem Mittelwert des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Luft-Kraftstoffgemisches von 25:1 eine gute Verbrennung erreicht werden, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des

fetten Luft-Kraftstoffgemisches 15:1 und das Luft-Kraft-35

stoff-Verhältnis des mageren Luft-Kraftstoffgemisches

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35:1 beträgt, verglichen mit dem Fall, bei dem das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des fetten Luft-Kraftstoffgemisches 20:1 und das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des mageren Luftig Kraftstoffgemisches 30:1 beträgt. D.h., es ist möglich, das fette Luft-Kraftstoffgemisch zu zünden, selbst wenn dessen Luft-Kraftstoff-Verhältnis 20:1 beträgt. Jedoch ist in diesem Fall die Flamme des brennenden fetten Luft-Kraftstoffgemisches schwach und demgemäß ist es schwierig _in eine gute Verbrennung zu erreichen, da zur Verbrennung des mageren Luft-Kraftstoffgemisches eine vergleichsweise lange Zeit benötigt wird.

Im Gegensatz hierzu wird die Flamme des brennenden fetten

. _ Luft-Kraftstoffgemisches stark, wenn das Luft-Kraftstoff-Ib

Verhältnis des fetten Luft-Kraftstoffgemisches 15:1 beträgt. Entsprechend wird bei diesem Fall, selbst wenn das magere Luft-Kraftstoffgemisch sehr viel magerer ist, die zur Verbrennung des mageren Luft-Kraftstoffgemisches notwendige Zeitdauer kurz, und demgemäß ist es möglich,

eine gute Verbrennung zu erreichen. Demgemäß ist es, wie oben erwähnt, notwendig, den Schichtungsgrad zu erhöhen, um eine gute Verbrennung zu erreichen.

Der Kraftstoff wird jedoch bei der oben erwähnten Brenn-25

kraftmaschine, die in der ungeprüften japanischen Patentveröffentlichung Nr. 56-148636 gezeigt ist, in einfacher Weise weit im Brennraum verteilt, da der vom Einspritzer eingespritzte Kraftstoff mit einer hohen Geschwindigkeit

zusammen mit Luft in den Brennraum fließt. Dadurch tritt 30

bei dieser Brennkraftmaschine trotz der Schichtung des Luft-Kraftstoffgemisches im Brennraum das Problem auf, daß der Schichtungsgrad nicht ausreichend erhöht wird.

Zur Lösung dieses Problems hat die Anmelderin bereits eine Brennkraftmaschine vorgeschlagen, die mit zwei Ein-

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laßventilen ausgerüstet ist (japanischen Patentanmeldung Nr. 59(1984)-69176). Bei dieser Brennkraftmaschine ist der erste, mit dem Brennraum über das erste Einlaßventil verbundene Einlaßkanal wendelförmig ausgebildet, und ein Luftregelventil, das geöffnet ist, wenn die Brennkraftmaschine im Schwerlastbereich arbeitet, sitzt im zweiten Einlaßkanal, der über das zweite Einlaßventil mit dem Brennraum verbunden ist. Der Einspritzer sitzt stromab J^q des Luftregelventils im zweiten Einlaßkanal.

Des weiteren hat die Anmelderin ebenfalls eine Brennkraftmaschine vorgeschlagen, die mit einem dritten Einlaßventil ausgerüstet ist, um den volumetrischen Wir- - kungsgrad zu verbessern, wenn die Brennkraftmaschine im Schwerlastbereich arbeitet (japanische Patentanmeldung Nr. 59(1984)-103124).

Bei diesen von der Anmelderin vorgeschlagenen Brennkraftmaschinen wird das im zweiten Einlaßkanal angeordnete Luftregelventil geschlossen, wenn die Brennkraftmaschine unter Teillast arbeitet. Wenn das zweite Einlaßventil öffnet, steigt entsprechend das Unterdruckniveau im zweiten Einlaßkanal stromab des Luftregelventils sofort auf _o_ ein Niveau nahe dem Unterdruckniveau im Brennraum. Da die Druckdifferenz zwischen dem Unterdruck im Brennraum und dem Unterdruck im zweiten. Einlaßkanal stromab des Luftregelventils klein ist, strömt demgemäß stromab des Luftregelventils in den zweiten Einlaßkanal eingespritzter

Kraftstoff mit einer sehr geringen Geschwindigkeit in den 30

Brennraum. Entsprechend wird bei diesen Brennkraftmaschinen der Kraftstoff weit weniger einfach im Brennraum verteilt, woraus resultiert, daß es möglich ist, den Schichtungsgrad zu erhöhen.

Bei diesen Brennkraftmaschinen kann jedoch, als die Be-

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triebszeit des zweiten Einlaßventils derart festgelegt ist, daß das zweite Einlaßventil während der letzten Hälfte des Saughubs geöffnet ist, um den Schichtungsgrad g zu erhöhen, die gesamte in den zweiten Einlaßkanal eingespritzte Kraftstoffmenge nicht in den Brennraum eingeführt werden, da die Strömungsgeschwindigkeit des Kraftstoffs aus dem zweiten Einlaßkanal in den Brennraum sehr niedrig ist, und Kraftstoff, der nicht in den Brennraum _in eingeführt wurde, wird in den Brennraum eingeführt, sobald das zweite Einlaßventil beim nächsten Saughub öffnet. Falls der im zweiten Einlaßkanal verbleibende Kraftstoff in den Brennraum eingeführt wird, wird der Kraftstoff jedoch, wie oben erwähnt, im Mittelabschnitt des

Brennraums angeordnet. Daraus ergibt sich das Problem, 15

daß eine gute Schichtung des Luft-Kraftstoffgemisches im Brennraum nicht erreichbar ist.

Falls im Gegensatz hierzu die Öffnungszeit des zweiten Einlaßventils vorverlegt wird, um die gesamte Kraftstoffmenge aus dem zweiten Einlaßkanal in den Brennraum einzuführen, wird der Kraftstoff aus dem zweiten Einlaßkanal während des frühen Abschnitts des Saughubs in den Brennraum eingeführt, und daher ist es schwierig, eine gute

Schichtung des Luft-Kraftstoffgemisches im Brennraum zu 25

erhalten. D.h., wenn die Brennkraftmaschine derart gebaut ist, daß das Luft-Kraftstoffgemisch im Brennraum durch Schließen des Luftregelventils, das im zweiten Einlaßkanal sitzt, geschichtet wird, ist es unmöglich, unabhängig

von der Öffnungszeit des zweiten Einlaßventils eine gute 30

Schichtung zu erzielen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Brennkraftmaschine mit Kraftstoffeinspritzung zu schaffen, bei

der der Schichtungsgrad im Brennraum vergrößert werden 35

kann.

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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Brennkraftmaschine mit einem Brennraum gelöst, die umfaßt: ein erstes Einlaßventil, das bei einem Kurbelwinkel nahe dem oberen Totpunkt des Saughubs öffnet und zu Beginn des Kompressionshubs schließt, ein zweites Einlaßventil, das bei einem Kurbelwinkel nahe dem oberen Totpunkt des Saughubs öffnet und zu Beginn des Kompressionshubs schließt, ein drittes Einlaßventil, das etwa z'ur Mitte des Saughubs

IQ öffnet und zu Beginn des Kompressionshubs schließt, einen ersten Einlaßkanal, der über das erste Einlaßventil mit dem Brennraum verbunden ist und im Brennraum eine Verwirbelung erzeugt, einen zweiten Einlaßkanal, der über das zweite Einlaßventil mit dem Brennraum verbunden ist,

_1R einen dritten Einlaßkanal, der über das dritte Einlaßventil mit dem Brennraum verbunden ist, ein Luftregelventil, das im zweiten Einlaßkanal sitzt, einen Antrieb, der das Luftregelventil entsprechend einer Motorlast derart steuert, daß das Luftregelventil öffnet, wenn die Motorlast eine vorgegebene Last übersteigt, einen Einspritier, der im dritten Einlaßkanal sitzt, und eine elektronische Steuereinheit, die den Einspritzvorgang des Einspritiers derart steuert, daß der Einspritzvorgang während des Saughubs beendet wird.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird nunmehr anhand der Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf iie 30

Zeichnung erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt einer erfindungsgemäien Brennkraftmaschine in Seitenansicht;

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Fig. 2 einen Querschnitt der in Fig. 1 dargestellten

Brennkraftmaschine in Draufsicht;

g Fig. 3 einen Querschnitt der in Fig. 1 dargestellten Brennkraftmaschine in Seitenansicht, wobei insbesondere die Querschnittsform des Kolbens dargestellt ist;

Fig. 4 eine Draufsicht auf den Kolben;

Fig. 5 eine Gesamtdarstellung der Brennkraftmaschine und einer elektronischen Steuereinheit;

Fig. ό einen Querschnitt eines Abschnitts des Zylinderkopfs ;

Fig. 7 ein Diagramm, das die Öffnungszeit der Einlaßventile und die Kraftstoffeinspritzzeit darstellt;

Fig. 8 ein Diagramm, das eine Änderung im Mittelwert des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses darstellt;

Fig. 9 ein Flußdiagramm zur Berechnung der Einspritz-25

zeit;

Fig. 10 ein Flußdiagramm einer Ablaufroutine einer Kraftstoffeinspritzung ;

Fig. 11 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der

Steuerzeit und der Motordrehzahl darstellt;

Fig. 12 ein Diagramm, das einen im ROM-Speicher gespeicherten Anreicherungskoeffizienten darstellt;

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Fig. 13 ein alternatives Flußdiagramm zur Berechnung der Einspritzzeit; und

Fig. 14 ein Diagramm, das den in dem ROM-Speicher gespeicherten Einspritzstartkurbelwinkel darstellt.

Die Figuren 1 bis 5 zeigen einen Motorblock 1, einen Zylinderblock 2, einen im Zylinderblock 2 hin- und herbe-.Q wegbaren Kolben 3 und einen am Zylinderblock 2 befestigten Zylinderkopf 4. Zwischen dem Kolben 3 und dem Zylinderkopf 4 ist ein Brennraum 5 ausgebildet und nahe der Mitte des Oberabschnitts des Brennraums 5 sitzt eine c Zündkerze 6. An der Innenwand des Zylinderkopfs 4 sitzen ,_K ein erstes Einlaßventil 7, ein zweites Einlaßventil 8 und ein drittes Einlaßventil 9 sowie ein erstes Auslaßventil 10 und ein zweites Auslaßventil 11. Der Kopf des ersten Einlaßventils 7 und der des zweiten Einlaßventils 8 haben etwa den selben Durchmesser, der des dritten Einlaßventils 9 hat einen kleineren Durchmesser. Bezüglich einer Linie, die durch die Mittelpunkte des ersten Einlaßventils 7 und des zweiten Einlaßventils 8 verläuft, ist das dritte Einlaßventil 9 zwischen dem ersten Einlaßventil 7 und dem zweiten Einlaßventil 8 entgegengesetzt zur Mitte des Brennraums 5 angeordnet. Ein nach unten vorstehender Vorsprung 4b ist auf dem auf der Seite des dritten Einlaßventils angeordneten Außenrandbereich der Innenwand 4a des Zylinderkopfs 4 ausgebildet. Zwischen der ebenen Grundfläche des Vorsprungs 4b und dem ebenen Umfang der ! Oberfläche des Kolbens 3 ist ein S-förmiger Bereich aus- ;

gebildet. Der Vorsprung 4b hat eine vertikale Seitenfläche 4c, die sich bogenförmig längs der Umfangskante des i dritten Einlaßventils 9 erstreckt; die Umfangskante des dritten Einlaßventils 9, das entgegengesetzt zur Mitte des Brennraums 5 angeordnet ist, ist von der vertikalen \

;

Seitenfläche 4c des Vorsprungs 4b umgeben. Die vertikale

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Seitenfläche 4c ist einerseits mit einer vertikalen Seitenfläche 4d des Vorsprungs 4b, der sich längs der Umfangskante des ersten Einlaßventils 7 erstreckt, und andererseits mit einer vertikalen Seitenfläche 4e des Vorsprungs 4b verbunden, der sich längs der Umfangskante des zweiten Einlaßventils 8 erstreckt.

Wie in den Fig. 3 und 4 dargestellt, ist auf der Oberfläehe des Kolbens 3 eine zylindrische Ausnehmung 3a ausgebildet. Diese Ausnehmung 3a ist derart exzentrisch zur Mittelachse des Kolbens 3 angeordnet, daß der Außenrand der Ausnehmung 3a in der Draufsicht in Fig. 4 durch das dritte Einlaßventil 9 verläuft und daß die Zündkerze 6 in dem Randabschnitt der Ausnehmung 5a angeordnet ist.

Die Fig. 1 und 2 zeigen einen ersten Einlaßkanal 12, einen zweiten Einlaßkanal 13 und einen dritten Einlaßkanal 14, die im Zylinderkopf 4 ausgebildet sind, und einen ν Auslaßkanal 15, der über die Auslaßventile 10, 11 mit dem Brennraum 5 verbunden und ebenfalls im Zylinderkopf 4 ausgebildet ist. Der erste Einlaßkanal 12 ist durch eine dünne Trennwand 16 vom dritten Einlaßkanal 14 getrennt; der zweite Einlaßkanal 13 ist durch eine dünne Trennwand

17 vom dritten Einlaßkanal 14 getrennt. Die Einlaßkanäle 2b

12, 13 und 14 verlaufen parallel zueinander. Der dritte Hinlaßkanal 14 sitzt zwischen dem ersten Einlaßkanal 12 und dem zweiten Einlaßkanal 13 und hat eine Querschnittsfläche, die kleiner als die des ersten Einlaßkanals 12 und des zweiten Einlaßkanals 13 ist. Der erste Einlaßkanal 12, der zweite Einlaßkanal 15 und der dritte Einlaßkanal 14 sind mit demselben Ansaugrohr 18 verbunden und treffen im Inneren des Ansaugrohrs 18 zusammen.

Der erste Einlaßkanal 12 ist über das erste Einlaßventil 35

mit dem Brennraum 5 verbunden. Dieser erste Einlaßkanal

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12 ist wendelförmig, um im Brennraum 5 eine Verwirbelung

zu erzeugen. Der zweite Einlaßkanal 13 ist über das zweite Einlaßventil 8 mit dem Brennraum= 5 verbunden, g Dieser zweite Einlaßkanalabschnitt 13 ist gerade ausgebildet, im Einlaßabschnitt des zweiten Einlaßkanals 13 sitzt ein Luftregelventil 19, dessen Ventilschaft 20 sich durch den ersten Einlaßkanal 12, den zweiten Einlaßkanal

13 und den dritten Einlaßkanal 14 erstreckt. Der dritte ,Q Einlaßkanal 14 ist über das dritte Einlaßventil 9 mit dem Brennraum 5 verbunden. Der dritte Einlaßkanal 14 weist gerade Form auf. An der Oberwand des dritten Einlaßkanals

14 ist ein Einspritzer 21 angeordnet, aus dem Kraftstoff in Richtung auf die Hinterfläche des Ventilkopfs des

₁,. dritten Einlaßventils 9 eingespritzt wird.

Wie in Fig. 5 gezeigt ist das Ansaugrohr 18 an einen Schwallraum 22 angeschlossen; der Schwallraum 22 ist über eine Einlaßleitung 23 und ein Luftdurchflußmesser mit dem nicht dargestellten Luftfilter verbunden. Der Einlaßlei-

tung 23 sitzt eine mit dem nicht dargestellten Gaspedal verbundene Drosselklappe 25, deren Drosselklappenventil 26 mit einem Drosselschalter 27 verbunden ist. Der Drosselschalter 27 wird auf EIN gestellt, wenn die Drosselklappe 25 nahezu vollständig geöffnet ist. D.h., falls der Öffnungsgrad der Drosselklappe 25 beispielsweise 90° beträgt, wenn die Drosselklappe 25 vollständig geöffnet ist, wird der Drosselschalter 25 auf EIN gestellt, wenn der Öffnungsgrad der Drosselklappe 25 80° übersteigt. An den Ventilschaft 20 des Luftregelventils 19 ist ein Hebel 28 befestigt, dessen Spitze über eine Stellstange 29 mit der Membran 31 eines unterdruckbetätigten Antriebs 30 verbunden ist. Der Antrieb 30 umfaßt eine Unterdruckkammer 32 und eine Atmosphärendruckkammer 33, die durch die

Membran 31 getrennt sind. Zur Vorspannung der Membran 31 35

ist in der Unterdruckkammer 32 eine Druckfeder 34 ange-

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ordnet. Die Unterdruckkammer 32 ist über ein Magnetventil 35, das zur Umgebungsluft hin geöffnet werden kann, mit einem Unterdruckspeicher 36 verbunden. Der Unterdruckg speicher 36 ist über ein Rückschlagventil 37 mit dem Schwallraum 22 verbunden, wobei das Rückschlagventil lediglich das Ausströmen von Luft aus dem Schwallraum 22 zuläßt; dadurch wird das Unterdruckniveau im Unterdruckspeicher 36 auf dem maximalen im Schwallraum 22 erzeugten Unterdruckniveau gehalten. Auf dem Motorblock 1 sitzt ein Zündverteiler 38, dessen Rotor 39 durch die Brennkraftmaschine mit der halben Drehzahl der nicht dargestellten Kurbelwelle angetrieben wird. Am Rotor 39 sind zwei Scheiben 40, 41 befestigt; zwei Kurbelwinkelsensoren 42, 43 sind derart angeordnet, daß sie in gezahnten Außen-

randflächen der Scheiben 40, 41 jeweils gegenüberliegen. Der Kurbelwinkelsensor 42 erfaßt beispielsweise,daß der Kolben des ersten Zylinders sich im oberen Totpunkt befindet; so erzeugt der Kurbelwinkelsensor 32 einen Ausgangsimpuls, wenn der Kolben des ersten Zylinders sich im oberen Totpunkt befindet. Der Kurbelwinkelsensor 43 erzeugt jedesmal einen Ausgangsimpuls, wenn sich die Kurbelwelle beispielsweise um 30° dreht. Entsprechend kann der Kurbelwinkel jedes Zylinders aus den Ausgangsimpulsen

_o_ der Kurbelwinkelsensoren 32 und 43 errechnet werden; die 25

Motordrehzahl kann durch die Ausgangssignale des Kurbelwinkelsensors 43 ermittelt werden. Die Kurbelwinkelsensoren 42, 45 sind an eine elektronische Steuereinheit 50 angeschlossen.

Der in Fig. 2 gezeigte dritte Einlaßkanal 14 ist stromauf des Einspritzers 21 über eine Abgasrückführungsleitung 44 an den Auslaßkanal 15 angeschlossen; in der Abgasrückführungsleitung 44 sitzt ein Abgasregelventil 45, das die

Menge des aus dem Auslaßkanal 15 in den dritten Einlaßka-35

nal 14 rückgeführten Abgases regelt.

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Wie in Fig. 5 dargestellt, ist die elektronische Steuereinheit 50 als Digitalrechner konstruiert und weist einen ROM (read-only memory)-Speicher 52, einen RAM (random κ access memory)-Speicher 53, einen Zentralrecheneinheit (Mikroprozessor, etc.) 54, eine Eingabe 55 und eine Ausgabe 56 auf. Der ROM-Speicher 52, der RAM-Speicher 53, die Zentralrecheneinheit 54, die Eingabe 55 und die Ausgabe 56 sind durch eine zweiseitig gerichtete Sammelschiene 51 miteinander verbunden. Das Luftdurchflußmeter 24 erzeugt eine Ausgangsspannung, die zu der Menge der in die Brennkraftmaschinenzylinder eingeführten Luft proportional= ist. Dieses Luftdurchflußmeter 24 ist über einen AD (Analog/Digital)-Umsetzer 57 mit der Eingabe 55 verbunden. Zusätzlich ist ein Kühlwassertemperaturfühler 46

am Motorblock 1 befestigt und erzeugt eine Ausgangsspannung, die zur Kühlwassertemperatur proportional ist. Dieser Kühlwassertemperaturfühler 46 ist über einen AD-Umsetzer 58 mit der Eingabe 55 verbunden. Außerdem sind der Drosselschalter 27 und die Kurbelwinkelsensoren 42, 43 mit der Eingabe 55 verbunden. Die Ausgabe 56 ist über entsprechende Antriebskreise 59, 60 mit dem Einspritzer 21 und dem Magnetventil 35 verbunden.

Fig. 6 zeigt einen Ventiltrieb, der alle Einlaßventile 7, 25

8, 9 gleichzeitig durch eine einzige Nockenwelle betätigen kann. Ein Ende eines Kipphebels 61 ist über ein Drehlager 62 auf dem Zylinderkopf 4 gelagert; das andere Ende des Kipphebels 61 sitzt auf dem Oberende des zweiten Einlaßventils 8. Der Mittelabschnitt des Kipphebels 61 ^FF

ist in Anlage an der Nockenfläche einer durch die Brennkraftmaschine angetriebenen Nockenwelle 63. Demgemäß wird das zweite Einlaßventil 8 über den Kipphebel 61 mittels der Nockenwelle 63 betätigt. Das erste Einlaßventil 7 wird ebenfalls durch die Nockenwelle 63 betätigt, und ^s '

zwar mittels eines Kipphebels, der in seiner Form dem

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Kipphebel 61 entspricht. Beim dritten Einlaßventil 9 ist im Gegensatz hierzu am Oberabschnitt des dritten Einlaßventils 9 ein Ventilheber 64 eingepaßt. Der Ventilheber 64 ist in Anlage mit der Nockenfläche der Nockenwelle 63; demgemäß wird das dritte Einlaßventil 9 über den Ventilheber 64 mittels der Nockenwelle 63 betätigt.

In Fig. 6 bezeichnet a den Abstand zwischen dem Drehlager ₁q 62 und dem dritten Einlaßventil 9, b den Abstand zwischen dem Drehlager 62 und dem zweiten Einlaßventil 8. Aus Fig. 6 geht hervor, daß, falls das Nockenprofil der Nockenwelle 63 für das dritte Einlaßventil 9 gleich dem für das zweite Einlaßventil 8 ist, der Ventilhub des zweiten , ~ Einlaßventils 8 im Verhältnis b/a zu dem des dritten Einlaßventils 9 steht. Durch Anwendung des Ventiltriebs gemäß Fig. 6 ist es möglich, die Ventilhübe für das dritte Einlaßventil 9 und das zweite Einlaßventil 8 einfach zu ändern.

Bei der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine ist, falls die Brennkraftmaschine unter Teillast betrieben wird, das Luft-Kraftstoffgemisch im Brennraum geschichtet; in diesem Fall wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Luft-Kraftstoffgemisches derart geregelt, daß der Mittelwert des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses zwischen 25:1 und 30:1 liegt. Falls im Gegensatz hierzu die Brennkraftmaschine mit hoher Last betrieben wird, wird zur Erzielung einer hohen Ausgangsleistung aus der Brennkraftmaschine im Brennraum ein homogenes Luft-Kraftstoffgemisch gebildet und gleichzeitig das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Luft-Kraftstoffgemisches verringert.

Um bei Betrieb der Brennkraftmaschine unter Teillast den Schichtungsgrad zu vergrößern, ist es notwendig, die öffnungszeit des dritten Einlaßventils 9 und die Stoppzeit

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für den Einspritzvorgang des Einspritzers 21 geeignet vorzugeben. Bei der vorliegenden Erfindung sind demgemäß di& öffnungs- und die Stoppzeit sehr wichtig. Diese Öffnungs- und diese Stoppzeit werden nach der Beschreibung des Brennkraftmaschinenbetriebs näher erläutert.

Fig. 7 stellt die Öffnungszeit des ersten Einlaßventils 7, des zweiten Einlaßventils 8 und des dritten Einlaßventils 9 dar. In Fig. 7 bezeichnet die Ordinate L einen Ventilhub und die Abszisse θ einen Kurbelwinkel. Die Öffnungszeit des ersten Einlaßventils 7 und die Öffnungszeit des zweiten Einlaßventils 8 entsprechen einander nahezu und sind daher durch eine einzige Kurbel A dargestellt. Wie aus Fig. 7 hervorgeht, öffnen das erste Einlaßventil 7 und das zweite Einlaßventil 8 kurz vor dem oberen Totpunkt (TDC) des Saughubs und werden bei einem Kurbelwinkel geschlossen, der den unteren Totpunkt (BTC) geringfügig übersteigt, d.h. zu Anfang des Kompressions^hubs·

Die Öffnungszeit des dritten Einlaßventils 9 ist durch die Kurve B in Fig. 7 dargestellt. Wie aus Fig. 7 hervorgeht, öffnet das dritte Einlaßventil 9 etwa in der Mitte des Saughubs und schließt zur selben Zeit, wenn das erste Einlaßventil 7 und das zweite Einlaßventil 8 geschlossen werden. Es ist notwendig, das dritte Einlaßventil 9 etwa in der Mitte des Saughubs zu öffnen, jedoch ist die Schließzeit des dritten Einlaßventils 9 vergleichsweise frei wählbar. Beispielsweise ist es möglich, das dritte Einlaßventil 9 kurz vor dem Schließen des ersten Einlaßventils 7 und des zweiten Einlaßventils 8 zu schließen; es ist ebenfalls möglich, das dritte Einlaßventil 9 kurz nach dem Schließen des ersten Einlaßventils 7 und des zweiten Einlaßventils 8 zu schließen.

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Wie im folgenden beschriebenjwird der Einspritzvorgang des Einspritzers 21 beispielsweise kurz vor dem Schließen des dritten Einlaßventils 9 angehalten, so daß der vollständige vom Einspritzer 21 eingespritzte Kraftstoff in den Brennraum 5 eingeleitet werden kann.

Im Teillastbetrieb der Brennkraftmaschine ist das Luftregelventil 19 vollständig geschlossen; bei Betrieb der Brennkraftmaschine unter einer hohen Last ist das Luftregelventil 19 vollständig geöffnet.

Wie oben erwähnt, ist das Luftregelventil 19 im Teillastbetrieb vollständig geschlossen. Demgemäß wird, wenn das

,,. erste Einlaßventil 7 und das zweite Einlaßventil 8 ge-15

öffnet sind, der Saughub gestartet und Luft wird nur durch den ersten Einlaßkanal 12, nicht jedoch durch den zweiten Einlaßkanal 13 in den Brennraum eingeleitet. Da der erste Einlaßkanal 12 wendelförmig ist, strömt die Luft, während sie verwirbelt, aus dem ersten Einlaßkanal

12 in den Brennraum 5; dadurch wird im Brennraum, insbesondere in der Ausnehmung 3a eine starke Verwirbelung erzeugt. Wenn der Kolben 3 sich um einen halben Hub nach unten bewegt, öffnet das dritte Einlaßventil 9. Entspre-

chend strömt zu dieser Zeit das im dritten Einlaßkanal 14 25

durch den vom Einspritzer 21 eingespritzten Kraftstoff gebildete Luft-Kraftstoffgemisch durch das dritte Einlaßventil 9 in den Brennraum 5. Da, wie schon erwähnt, die Umfangskante des dritten Einlaßventils 9 durch die vertikale Seitenfläche 4c des Vorsprungs 4b umgeben ist, 30

strömt ein großer Anteil des Luft-Kraftstoffgemisches aus dem dritten Einlaßkanal 14 in Richtung auf einen Bereich um die Zündkerze 6, die im Mittelbereich der oberen Begrenzungsfläche des Brennraums 5 angeordnet ist; ein

kleiner Anteil des Luft-Kraftstoffgemisches strömt durch 35

den zwischen dem dritten Einlaßventil 9 und der vertika-

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len Seitenfläche 4c gebildeten Spalt nach unten. Da der Ventilhub des dritten Einlaßventils 9 zu Beginn des Öffnungsvorgangs des dritten Einlaßventils 9 klein ist, ist der Anteil des Luft-Kraftstoffgemisches, das in den Brennraum 5 eingeleitet wird, klein. Während dieser Zeit wird das Luft-Kraftstoffgemisch mit der im Brennraum 5 verwirbelnden Luft gemischt und bildet in dem Bereich nahe der Oberwand des Brennraums 5 ein mageres Luft-,Q Kraftstoffgemisch. Außerdem ist zu dieser Zeit in der Ausnehmung 3a nahezu nur Luft vorhanden.

Wenn der Kolben 3 sich weiter nach unten bewegt, vergrößert sich der Ventilhub des dritten Einlaßventils 9; der Anteil des Luft-Kraftstoffgemisches, der aus dem dritten Einlaßkanal 14 in den Brennraum 5 strömt, vergrößert sich entsprechend. Zu dieser Zeit strömt das Luft-Kraftstoffgemisch aus dem dritten Einlaßkanal 14 ebenfalls in Richtung auf einen Bereich um die Zündkerze 6, und zwar aufgrund des Vorhandenseins der vertikalen Seitenfläche 4c.

Zu Anfang der letzten Hälfte des Saughubs wird, da der Ventilhub des ersten Einlaßventils 7 allmählich klein

„_ wird, der Anteil der aus dem ersten Einlaßkanal 12 in den 25

Brennraum 5 einströmenden Luft entsprechend klein. Da im Gegensatz hierzu der Ventilhub des dritten Einlaßventils 9 groß wird, wird der Anteil des aus dem dritten Einlaßkanal 14 in den Brennraum 5 einströmenden Luft-Kraft-

Stoffgemisches vergrößert. Dieses Luft-Kraftstoffgemisch 30

wird aufgrund des Vorhandenseins der vertikalen Seitenfläche 4c ebenfalls in einen Bereich um die Zündkerze 6 eingeführt; demgemäß wird das im oberen Bereich des Brennraums 5 gebildete Luft-Kraftstoffgemisch zunehmend

fett. Je weiter sich das erste Einlaßventil 7 seiner 35

Schließzeit nähert, desto fetter wird das im oberen Be-

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reich des Brennraums 5 gebildete Luft-Kraftstoffgemisch. Demgemäß wird, wenn das erste Einlaßventil 7 und das dritte Einlaßventil 9 geschlossen sind, ein fettes Luft-Kraftstoffgemisch im oberen Bereich des Brennraums 5 gebildet. Außerdem wird das Luft-Kraftstoffgemisch im Brennraum 5 in Richtung auf die Oberfläche des Kolbens 3 mager, und auf der Oberfläche des Kolbens 3 und innerhalb der Ausnehmung 3a ist nahezu ausschließlich Luft vorhanden.

Beim Anlaufen des Kompressionshubs wird die Luft auf der Oberfläche des Kolbens 3 mit dem umgebenden mageren Luft-Kraftstoffgemisch gemischt Und wird Bestandteil eines mageren Luft-Kraftstoffgemisches. Am Ende des Kompressionshubs wird ein geringer Anteil des Luft-Kraftstoffgemisches, der den Spalt zwischen dem dritten Einlaßventil 9 und der vertikalen Seitenfläche 4c durchlaufen hat, in dem S-förmigen Raum, der als Verdichtungsraum ausgebildet ist, zusammengedrückt und aus dem verdichtenden, S-förmigen Raum in Richtung auf die Zündkerze 6 als Verdichtungsstrom ausgestoßen. Das fette Luft-Kraftstoffgemisch, das um das dritte Einlaßventil 9 herum verbleibt, wird aufgrund dieses Verdichtungsstroms in dem Bereich um die

Zündkerze 6 gesammelt. Demgemäß ist zu Ende der Verdich-25

tung ein fettes Luft-Kraftstoffgemisch in dem oberen Bereich des Brennraums 5 gesammelt, und ein mageres Luft-Kraftstoffgemisch ist nahe der Oberfläche des Kolbens 3 vorhanden. Entsprechend weist das Luft-Kraftstorfgemisch

im Brennraum 5 einen geschichteten Aufbau auf. Da das 30

fette Luft-Kraftstoffgemisch im oberen Bereich des Brennraums 5 gesammelt ist, befindet es sich in einem Bereich um die Zündkerze 6; dadurch kann das Luft-Krafzstoffgemisch im Brennraum 5 durch die Zündkerze 6 zuverlässig

gezündet werden. In diesem Fall, da innerhalb des Brenn-35

raums 5 eine Verwirbelung erzeugt wird, verbreitet sich

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die Flamme des Luft-Kraftstoffgemisches schnell innerhalb des Brennraums 5.

Zusätzlich wird bei der vorliegenden Erfindung, wie aus Fig. 2 hervorgeht, das Abgas in den dritten Einlaßkanal 14 rückgeführt. Wenn das dritte Einlaßventil 9 geöffnet ist, wird das rückgeführte Abgas aufgrund des Vorhandenseins der vertikalen Seitenfläche 4c gemeinsam mit dem

,Q Luft-Kraftstoffgemisch in einen Bereich um die Zündkerze 6 eingeführt. D.h., das rückgeführte Abgas wird ausschließlich mit dem im oberen Bereich des Brennraums 5 gesammelten, fetten Luft-Kraftstoffgemisch vermischt. Wie bekannt, wird beim Verbrennen des fetten Luft-Kraft-

._ Stoffgemisches NOx erzeugt. Demgemäß wird bei der vorliegenden Erfindung das rückgeführte Abgas wirksam genutzt, um die Erzeugung von NOx niedrig zu halten.

Um dort, wo das Luft-Kraftstoffgemisch im Brennraum 5 geschichtet ist, eine gute Verbrennung zu erzielen., ist es, wie schon erwähnt, notwendig, den Grad der Schichtung zu erhöhen. Hierzu ist es notwendig, die Öffnungszeit des dritten "Einlaßventils 9 und die Stoppzeit des Einspritzvorgangs des Einspritzers 21 geeignet festzusetzen. D.h., falls die Öffnungszeit des dritten Einlaßventils 9 zu weit vorgestellt ist, verringert sich der Schichtungsgrad, da die Zuführung von Luft-Kraftstoffgeniisch in den Brennraum 5 mit dem Anfang des Saughubs beginnt. Falls im Gegensatz hierzu die Öffnungszeit des dritten Einlaßventils 9 zu weit nachgestellt ist, .kann der gesamte vom

Einspritzer 21 eingespritzte Kraftstoff während der Zeit, zu der das dritte Einlaßventil 9 geöffnet ist, nicht in den Brennraum 5 strömen. Der Kraftstoff, der nicht in den Brennraum 5 strömen kann, verbleibt im dritten Einlaßkanal 14, und der gesamte verbleibende Kraftstoff strömt in 35

den Brennraum 5, wenn das dritte Einlaßventill 9 öffnet.

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3609S93

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Wenn jedoch der gesamte verbleibende Kraftstoff beim

öffnen des dritten Einlaßventils 9 in den Brennraum 5 strömt, wird im Brennraum 5 in der Mitte des Saughubs ein g fettes Luft-Kraftstoffgemisch gebildet; dadurch ist es unmöglich, den Schichtungsgrad zu erhöhen.

Fig. 8 stellt den Verbrennungsgrenzwert des Luft-Kraftstoffgemisches dar. In Fig. 8 bezeichnet die Ordinate A/F den Mittelwert des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Luft-Kraftstoffgemisches, das in die Motorzylinder eingeführt wird, und die Abszisse OT stellt die Öffnungszeit des ersten Einlaßventils 9 dar. Wie aus Fig. 8 hervorgeht, hat der Mittelwert des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Luft-Kraftstoffgemisches ein Maximum, wenn dritte Einlaßventil 9 etwa in der Mitte des Saughubs geöffnet wird. Der Verbrennungsgrenzwert des Luft-Kraftstoffgemisches steht für den Schichtungsgrad; d.h., der Schichtungsgrad wird maximal, wenn das dritte Einlaßventil 9 etwa in der Mitte des Saughubs öffnet. Zusätzlich kann, wie in Fig. 8 dargestellt, ein hoher Schichtungsgrad erzielt werden, wenn das dritte Einlaßventil 9 bei einem Kurbelwinkel öffnet, der in einem Bereich von 20° von dem der Mitte des Saughubs nach oben oder nach unten entfernt ist. Demgemäß ist es nicht immer notwendig, die Öffnungszeit des dritten Einlaßventils 9 so vorzugeben, daß es genau in der Mitte des Saughubs öffnet; das ist auch im Falle der Erfindung der Fall, bei der das dritte Einlaßventil 9 etwa in der Mitte des Saughubs öffnet.

Wie schon erwähnt, ist es, falls der vom Einspritzer 21 eingespritzte Kraftstoff im dritten Einlaßkanal 13 verbleibt, unmöglich, das Luft-Kraftstoffgemisch im Brennraum ausreichend zu schichten; außerdem wird das

Ansprechverhalten bei einem Anstieg der Ausgangsleistung 35

der Brennkraftmaschine beim Beschleunigungsvorgang ver-

-26- DE 5693

schlechtert. Demgemäß ist es notwendig, den gesamten durch den Einspritzer 21 eingespritzten Kraftstoff während des Saughubs in den Brennraum 5 einzuführen. D.h., c falls der Einspritzvorgang während des Saughubs zu früh stattfindet, wird der vom Einspritzer 21 eingespritzte Kraftstoff im dritten Einlaßkanal 14 gespeichert, da das dritte Einlaßventil 9 geschlossen ist, wenn der Einspritzvorgang durchgeführt wird. Dann strömt der so gespeicherte Kraftstoff in den Brennraum 5, wenn das dritte Einlaßventil 9 öffnet. Dadurch wird der Schichtungsgrad niedrig. Daher ist es notwendig, die Einspritzzeit so weit wie möglich zu verzögern.

,_ Bei Versuchen der Erfindung hat sich herausgestellt, daß, Ib

falls der vom Einspritzer 21 eingespritzte Kraftstoff die Innenwand des dritten Einlaßkanals 14 oder die Rückfläche des Ventilkopfs des dritten Einlaßventils 9 erreicht, bevor der Kolben 3 den unteren Totpunkt erreicht, wie durch die Linie C in Fig. 7 dargestellt, es möglich ist, den gesamten durch den Einspritzer 21 eingespritzten Kraftstoff in den Brennraum 5 einzuführen. Kraftstoff wird durch den Einspritzer 21 eingespritzt und dann nach Ablauf eines vorgegebenen Zeitraums erreicht der Kraft-

_ stoff beispielsweise die Rückfläche des Ventilkopfs des 25

dritten Einlaßventils 9. Dieser abgelaufene Zeitraum ist nahezu konstant, der diesem abgelaufenen Zeitraum entsprechende Kurbelwinkel ändert sich jedoch in Übereinstimmung mit einer Änderung der Motordrehzahl. D.h., der Kurbelwinkel zwischen einem Kurbelwinkel, bei dem der Kraftstoff den Einspritzer 21 verläßt, und einem Kurbelwinkel, bei dem der Kraftstoff das dritte Einlaßventils 9 erreicht, wird groß, wenn die Motordrehzahl ansteigt. Um zu gewährleisten, daß die zuletzt eingespritzten Kraftstoffanteile die Rückfläche des Ventilkopfs des dritten ^F

Einlaßventils 9 bei einem Kurbelwinkel nahe dem unteren

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-27- DE 5693

Totpunkt erreichen, ist es notwendig, die Stoppzeit der Kraftstoffeinspritzung vorzustellen, wenn sich die Motordrehzahl erhöht. Der oben erwähnte abgelaufene Zeitraum hängt ebenfalls von der Luftströmungsgeschwindigkeit innerhalb des dritten Einlaßkanals 14. Die Luftströmungsgeschwindigkeit innerhalb des dritten Einlaßkanals 14 steigt bei einem Anstieg der Motordrehzahl und bei ausschließlicher Betrachtung der Luftströmungsgeschwindigkeit ist es notwendig, die Stoppzeit der Kraftstoffeinspritzung bei eienm Anstieg der Motordrehzahl zu verzögern.

Die optimale Stoppzeit der Kraftstoffeinspritzung, bei der Luftströmungsgeschwindigkeit in Betracht gezogen ist,

J. O .

ist in Fig. 7 durch die Kurve D dargestellt. In Fig.
bezeichnet die Ordinate N eine Motordrehzahl, die Abszisse θ einen Kurbelwinkel. Wie aus der Kurve D in Fig. 7 hervorgeht, wird die Stoppzeit der Kraftstoffeinspritzung, die durch einen Kurbelwinkel θ dargestellt wird, vorgestellt, wenn die Motordrehzahl N ansteigt. Wie oben erwähnt, erhöht sich jedoch die Luftströmungsgeschwindigkeit innerhalb des dritten Einlaßkanals 14, wenn die Motordrehzahl N ansteigt. Dementsprechend wird der Änderungsgrad der Stoppzeit der Kraftstoffeinspritzung in 25

bezug auf einen Anstieg der Motordrehzahl N klein, wenn die Motordrehzahl N ansteigt, wenn der Motor mit einer vergleichsweise hohen Drehzahl betrieben wird. Wenn die Einspritzung des Einspritzers 21 bei einem durch die

Kurve D in Fig. " dargestellten Kurbelivinkel gestoppt 30

wird, reichen die zuletzt eingespritzten Kraftstoffanteile die Rückfläche des Ventilskopfs des dritten Einlaßventils 9 bei einem Kurbelwinkel nahe dem unteren Totpunkt C des Saughubs, unabhängig von der Motordrehzahl. Demgemäß wird der gesamte durch den Einspritzer 21 eingespritzte Kraftstoff in den Brennraum eingeführt, während

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das dritte Einlaßventil 9 geöffnet ist. Ein großer Anteil des Luft-Kraftstoffgemisches wird in den Brennraum 5 zu Ende des Saughubs eingeführt. Dadurch kann der Schich- - tungsgrad vergrößert werden. In Fig. 7 bezeichnet "ZT _Q eine Steuerzeit von der Stoppzeit der Kraftstoffeinspritzung zum unteren Totpunkt; ΈΤ bezeichnet eine Kraftstoffeinspritzzeit.

Wenn die Brennkraftmaschine unter einer schweren Last läuft, ist das Luftregelventil 19 vollständig geöffnet; der Anteil des vom Einspritzer 21 eingespritzten Kraftstoffs wird mit einer vorgegebenen Rate erhöht. Wenn das Luftregelventil 19 geöffnet ist, wird Luft sowohl aus dem

ersten Einlaßkanal 12 und dem zweiten Einlaßkanal 13 in 15

den Brennraum 5 eingeführt; der volumetrische Wirkungsgrad wird erhöht. In diesem Fall wird der Einspritzvorgang des Einspritzers 21 bei einem durch die Kurve E in Fig. 7 dargestellten Kurbelwinkel angehalten, d.h., kurz

bevor das erste Einlaßventil 7 und das zweite Einlaßven-20

til 8 geöffnet werden. In Fig. 7 ist für diesen Fall eine Kraftstoffeinspritzzeit mit f ' bezeichnet. Wenn, wie bei /tf dargestellt, die Kraftstoffeinspritzzeit vorgestellt wird, wird der vom Einspritzer 21 eingespritzte Kraftstoff im dritten Einlaßkanal 9 gespeichert; dieser Kraft-5

stoff wird in den Brennraum 5 eingeführt, sobald das

dritte Einlaßventil 9 öffnet. Dadurch wird, wie bereits erwähnt, der Schichtungsgrad niedrig. Da der im dritten Einlaßkanal 14 gespeicherte Kraftstoff durch die im ersten Einlaßkanal 12 und im zweiten Einlaßkanal 13 30

fließenden Luftströmungen in den ersten Einlaßkanal 12 und den zweiten Einlaßkanal 15 gesaugt wird, wird das Luft-Kraftstoffgemisch des weiteren ebenfalls aus dem ersten Einlaßkanal 12 und dem zweiten Einlaßkanal 13 in

den Brennraum 5 eingeführt. Wenn die Brennkraftmaschine 35

unter einer hohen Last läuft, wird der Schichtungsgrad

-29- DE 5693

extrem niedrig; ein etwa gleichförmiges Luft-Kraftstoffgemisch wird im Brennraum 5 ausgebildet. Dadurch entsteht, selbst wenn der Anteil des vom Einspritzer 21 eingespritzten Kraftstoffs mit einer vorgegebenen Rate erhöht wird, keine Gefahr, daß um die Zündkerze 6 herum ein extrem fettes Luft-Kraftstoffgemisch gebildet wird. Dadurch kann eine gute Zündung erreicht werden; da der Anteil des vom Einspritzer 21 eingespritzten Kraftstoffs ,Q um eine vorgegebene Rate erhöht wird, kann auch eine große Motorausgangsleistung geschaffen werden.

Um den Schichtungsgrad zu erhöhen, ist es am besten, die Stoppzeit der Kraftstoffeinspritzung entlang der Kurbel D in Fig. 7 zu ändern. Jedoch verlangt diese Änderung der Stoppzeit eine komplizierte Steuerung der Einspritzung.

Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel ist es möglich, die Stoppzeit der Kraftstoffeinspritzung bei einem durch die gestrichelte Linie H in Fig. 7 dargestellten festen Kurbelwinkel zu halten, wenn die Brennkraftmaschine im Teillastbereich läuft. D.h., bei diesem Ausführungsbeispiel wird die Einspritzung des Einspritzers 21, wenn die Brennkraftmaschine unter Teillast läuft, kurz vor der Schließung des dritten Einlaßventils 9 gestoppt, unabhängig von der Motordrehzahl.

Für dieses Ausführungsbeispiel gilt, daß der Schichtungsgrad im Vergleich zu dem durch die Kurve D in Fig. 7 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel etwas geringer

wird. Die Kurve D ändert sich mit der Bauart der Brennkraftmaschine, und es ist sehr zeit- und arbeitsaufwendig, die Kurve D zu bestimmen. Nichtsdestotrotz kann sie bei dem alternativen Ausführungsbeispiel einfach festgesetzt werden, da die Stoppzeit der Kraftstoffeinspritzung als Konstante aufrecht erhalten wird. Je nach

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Anforderung wird das erste oder das alternative Ausführungsbeispiel benutzt.

Die Steuerung des Einspritzers 21 und des Luftregelventils 19 wird im folgenden unter Bezugnahme auf in den Fig. 9 und 10 dargestellte Flußdiagramme beschrieben.

In Fig. 9 werden beim Schritt 70 das Ausgangssignal des ,Q Kurbelwinkelsensors 43, das die Motordrehzahl N darstellt, und das Ausgangssignal des Luftdurchflußmeters 24, das die in die Motorzylinder eingeführte Luftmenge Q darstellt, in die Zentralrecheneinheit 54 eingegeben. Beim Schritt 71 wird der Quotient Q/N berechnet. Q/N . stellt die Luftmenge dar, die je Zyklus in jeden Zylinder eingeführt wird und entspricht demgemäß der Motorlast. Dann wird bei Schritt 72 aus der Gleichung t = K, χ Q/N eine Einspritzgrundimpulslänge f errechnet; K. ist konstant. Bei Schritt 73 wird entschieden, ob der Drosselschalter 27 auf EIN steht, d.h., ob die Drosselklappe 25 nahezu vollständig geöffnet ist. Falls die Drosselklappe 25 nicht nahezu vollständig geöffnet ist, geht das Programm auf Schritt 74, und es wird entschieden, ob die Motordrehzahl N größer als eine vorgegebene Drehzahl N'
beispielsweise 3000 U/min.,ist. Falls N < N_Q, geht das Programm auf Schritt 75, und es werden Werte, die anzeigen, daß das Magnetventil 35 deenergiert werden soll, in der Ausgabe 56 geschrieben. Zu dieser Zeit ist die Unterdruckkammer 32 des Antriebs 30 mit dem Unterdruckspeicher

56 oder das Magnetventil 35 verbunden. Daher bewegt sich 30

die Membran 31 in Richtung auf die Unterdruckkammer 52, wodurch das Luftregelventil 19 vollständig geschlossen wird. Dann, bei Schritt 76 wird die Steuerzeit 'f _Q zwischen der Stoppzeit der Kraftstoffeinspritzung und dem unteren Totpunkt berechnet. Wie voher erwähnt, wird, beim ersten Ausführungsbeispiel, die Stoppzeit der Kraftstoff-

-31- DE 5693

einspritzung längs der Kurve D in Fig. 7 verändert. Entsprechend wird, wie aus Fig. 11 hervorgeht, die Steuerzeit 'f₀ in Übereinstimmung mit einem Wechsel der Motordrehzahl N verändert. Die Beziehung zwischen der Steuerzeit tr _Q und der Motordrehzahl N ist im ROM-Speicher 52 als Gleichung oder in einer Wertetabelle gespeichert. Entsprechend wird, beim ersten Ausführungsbeispiel, bei Schritt 76 die Steuerzeit f₀ aus den im ROM-_in Speicher 52 gespeicherten Werten berechnet. Bei dem alternativen Ausführungsbeispiel wird, wie vorher erwähnt, die Steuerzeit 'f« als Konstante unabhängig von der Motordrehzahl N gehalten. Entsprechend wird bei dem alternativen Ausführungsbeispiel in Schritt 76 eine vorgegebene Zeit als Steuerzeit "Cq eingegeben.

Bei Schritt 77 wird für den Anreicherungskoeffizienten K_ 1,0 eingegeben und die Routine geht dann zu Schritt 78 über. Bei Schritt 78 wird eine tatsächlich Einspritzimpulslänge t aus der Gleichung X- K₇. K_x.f +ti berechnet; ζ ο ρ r

K- ist ein Korrekturkoeffizient undf eine ungültige Einspritzzeit. Dann, bei Schritt 79, wird aus der Gleichung Θ. = θQ- (t + ^q) die Startzeit Θ., der Einspritzung des Einspritzers 21 berechnet; 9_Q ist der Kurbelwinkel

des unteren Totpunkts (BTC) des Saughubs. In der oben 25

genannten Gleichung ist der Kurbelwinkel, bei dem die Einspritzung von Kraftstoff durchgeführt wird, und f « der der Steuerzeit entsprechende Kurbelwinkel. In Schritt "9 wird der Einspritzstartkurbelwinkel G₁ in bezug auf den Referenzkurbelwinkel G_Q berechnet. In Schritt 80 vird der Einspritzstoppkurbelwinkel G^ in bezug auf den Referenzkurbelwinkel G_Q aus der Gleichung G₇ = G₀ " fη berechnet. In Schritt 81 wird der Einspritzstartkurbelwinkel G. und der so berechnete Einspritzstoppkurbelwinkel G₇ im RAM-Speicher 53 gespeichert.
ο —

-32- DE 5693

Wenn bei Schritt 73 entschieden wird, daß der Drosselschalter 27 auf EIN steht, oder wenn bei Schritt 74 entschieden wird, daß die Motordrehl N größer als N_Qist,geht die Routine zu Schritt 82 über, und Werte, die anzeigen, daß das Magnetventil 35 energiert werden soll, werden in der Ausgabe 56 geschrieben. Da zu dieser Zeit die Unterdruckkammer 32 des Antriebs 30 über das Magnetventil 35 zur Umgebungsluft geöffnet ist, bewegt sich die Membran 31 in Richtung auf die Atmosphärendruckkammer 33, wodurch das Luftregelventil 19 vollständig geöffnet wird. Bei Schritt 83 wird ein vorgegebener Kurbelwinkel G für die Steuerzeit ¹Z. ₀ eingegeben. Wie in Fig. 7 dargestellt, ist dieser vorgegebene Kurbelwinkel G ein Kurbelwinkel zwischen dem unteren Totpunkt C und einem Kurbelwinkel, der eine Stellung kurz vor Öffnung des ersten Einlaßventils 7 und des zweiten Einlaßventils 8 einnimmt.

In Schritt 84 wird der Anreicherungskoeffizient K- erhalten. Wie in Fig 12 dargestellt, wird der Anreicherungskoeffizient K- durch Q/N und N bestimmt, und die Anreicherungskoeffizienten K₁ ^...K , die in Fig. 8 dargestellt sind, werden als Feld im ROM-Speicher 52 gespeichert. Der Anreicherungskoeffizient K_? ist größer als 1 ,0 und wird so groß wie Q/N und N. Bei Schritt 78 wird die Kraftstoffeinspritzzeit 'f berechnet. Da zu diesem Zeitpunkt der Anreicherungskoeffizient K- größer als 1,0 ist, wie oben erwähnt, wird der vom Einspritzer 21 eingespritzte Kraftstoff vermehrt. Bei Schritt 80 wird der Einspritistoppkurbelwinkel Θ» berechnet. Da zu dieser 2

Zeit f, der vorgegebene Kurbelwinkel G ist, wird die Stoppzeit der Kraftstoffeinspritzung an einem Kurbelwinkel festgelegt, der einer Stellung kurz vor dem Öffnen des ersten Einlaßventils " und des zweiten Einlaßventils

Sentspricht.
35

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-33- DE 5693

Fig. 10 zeigt eine Einspritzablaufroutine. Diese Routine läuft durch sequentielle Unterbrechungen ab, die nach jedem vorgegebenen Zeitraum durchgeführt werden. Bei c Schritt 90 gemäß Fig. 10 wird der vorliegende Kurbelwinkel CA aus den Ausgangssignalen der Kurbelwinkelsensoren 42, 43 berechnet. In Schritt 91 wird entschieden, ob der vorliegende Kurbelwinkel CA gleich dem im RAM-Speicher 53 gespeicherten Einspritzstartkurbelwinkel Θ. ist. Falls CA gleich G₁ ist, geht die Routine zu Schritt 92 über. Bei Schritt 92 werden Werte, die anzeigen, daß der Kraftstoffeinspritzvorgang gestartet werden soll, in der Ausgabe 56 geschrieben, und daraufhin wird die Kraftstoffeinspritzung vom Einspritzer 21 gestartet. Wenn bei Schritt 91 entschieden wird, daß der vorliegende Kurbelwinkel CA nicht gleich dem Einspritzstartkurbelwinkel Θ.. ist, geht die Routine zu Schritt 93 über, und es wird entschieden, ob der vorliegende Kurbelwinkel CA gleich dem Einspritzstoppkurbelwinkel Θ- ist. Falls CA = θ₂, geht die Routine zu Schritt 94 über. Bei Schritt 94 werden Daten, die anzeigen, daß die Kraftstoffeinspritzung gestoppt werden soll, in der Ausgabe 56 geschrieben, und so wird der Einspritzvorgang des Einspritzers 21 angehalten.

Wie aus dem Flußdiagramm gemäß Fig. 9 hervorgeht, wird, wenn der Öffnungsgrad der Drosselklappe 25 kleiner als der vorgegebene Öffnungsgrad und die Motordrehzahl N niedriger als die vorgegebene Drehzahl N_n sind, das Luftregelventil 19 geschlossen, und die Kraftstoffeinspritzung wird bei einem durch die Kurve D in Fig. 4 dargestellten Kurbelwinkel angehalten. Dadurch wird der Schichtungsgrad vergrößert und eine gute Verbrennung erzielt. Wenn das dritte Einlaßventil 9 öffnet, fließt

zusätzlich Luft innerhalb des dritten Einlaßkanals 14. 35

Dadurch kann eine Verdunstung des Kraftstoffs im dritten

-34- DE 5693

Einlaßkanal 14 unterstützt werden, wodurch eine gute Zündung erreichbar ist.

Im Gegensatz hierzu ist, wenn die Drosselklappe 25 nahezu vollständig geöffnet oder wenn die Motordrehzahl N höher als N₀ ist, das Luftregelventil geöffnet, und die Kraftstoffeinspritzung wird bei dem vorgegebenen, in Fig. 7 durch E dargestellten Kurbelwinkel angehalten. Dadurch .Q wird der Schichtungsgrad niedrig, wie schon erwähnt, und ein etwa gleichförmiges Luft-Kraftstoffgemisch wird im Brennraum 5 gebildet. Zusätzlich wird in diesem Fall die vom Einspritzer 21 eingespritzte Kraftstoffmenge erhöht, wodurch der Mittelwert des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses niedrig wird. Da jedoch, wie oben erwähnt, der Schichtungsgrad niedrig wird, besteht keine Gefahr, daß das Luft-Kraftstoffgemisch im Bereich um die Zündkerze 6 extrem fett wird. Dadurch kann eine gute Zündung erzielt werden. Des weiteren kann, da der Mittelwert des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses niedrig wird, eine hohe Motorausgangsleistung erreicht werden.

Fig. 13 zeigt ein alternatives Ausführungsbeispiel eines Flußdiagramms, das angewendet wird, um den Einspritzstartkurbelwinkel Q^ und den Einspritzstoppkurbelwinkel ^ zu erhalten. Die in Fig. 13 dargestellten Schritte 100 bis 102 entsprechen den Schritten 70 bis 71 gemäß Fig. 9. Daher wird eine entsprechende Erläuterung ausgelassen. Bei Schritt 103 gemäß Fig. 13 wird entschieden, ob Q/N größer als ein vorgegebener Wert H ist, d.h., ob die Brennkraftmaschine im Schwerlastbereich betrieben wird. Falls die Brennkraftmaschine nicht im Schwerlastbereich betrieben wird, geht die Routine zu Schritt 104 über, und es wird entschieden, ob die Motordrehzahl N höher als eine vorgegebene Drehzahl N„ ist. Falls N < N₀, wird das Luftregelventil 19 bei Schritt 105 geschlossen, und dann,

-35- DE 5693

bei Schritt 106, wird für den Anreicherungskoeffizienten K- 1,0 eingegeben. Dann, in Schritt 107, wird die Kraftstoffeinspritzzeit tT berechnet, und dann, bei Schritt κ 108, wird der Einspritzstartkurbelwinkel Θ- aus einem Feld erhalten. D.h., die Beziehung zwischen dem Einspritzstartkurbelwinkel G₁, Q/N und N ist im ROM-Speicher 52 als Feld gespeichert, wie in Fig. 14 dargestellt. Bei Schritt 108 wird der Einspritzstartkurbelwinkel G^ aus Werten G₁₁, ^Q\?' ' '®mn ^berecnnet> die im ROM-Speicher 52 gespeichert sind. Dann, bei Schritt 109, wird der Einspritzstoppkurbelwinkel G₂ aus der Gleichung G₂ ⁼ ^i ⁺ berechnet, und dann, bei Schritt 110, werden G₁ und G₂ im ROM-Speicher 53 gespeichert.

Falls Q/N > H, oder falls N > N_Q, geht die Routine auf

Schritt 111 über. Bei Schritt 111 wird das Luftregelventil 19 vollständig geöffnet, und dann, bei Schritt 112, wird der Anreicherungskoeffizient K- aus dem ROM-Speicher _on 52 gespeicherten Feld erhalten, wie in Fig. 12 darge-

stellt. Der wesentliche Unterschied zwischen diesem Ausführungsbeispiel und dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 9 liegt darin, daß bei dem in Fig. 9 dargestellten Ausführungsbeispiel der Einspritzstartkurbelwinkel G₁ durch Berechnung erhalten wird, während bei dem in Fig. 13

dargestellten Ausführungsbeispiel der Einspritzstartkurbelwinkel G₁ in Form des Felds im ROM-Speicher 52 gespeichert ist.

Wie oben erwähnt, kann erfindungsgemäß eine gute Verbrennung erreicht werden, sogar für den Fall, daß ein extrem mageres Luft-Kraftstoffgemisch mit einem Mittelwert des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses zwischen 25:1 und 30:1 angewendet wird, da es ja möglich ist, den Schichtungsgrad zu vergrößern.

-36- DE 5693

Obwohl die Erfindung unter Bezugnahme auf spezielle Ausführungsbeispiele, die aus Gründen der Darstellung gewählt wurden, beschrieben wurde, soll klargestellt sein,

c daß viele Modifizierungen durch Fachleute durchgeführt werden können, ohne daß die Grundidee und der Schutzbereich der Erfindung verlassen werden.

Offenbart ist eine Brennkraftmaschine mit drei Einlaßventilen. Das erste Einlaßventil und das zweite Einlaßventil öffnen bei einem Kurbelwinkel nahe dem oberen Totpunkt des Saughubs. Das dritte Einlaßventil öffnet etwa bei Mitte des Saughubs. Ein Luftregelventil sitzt im zweiten Einlaßkanal, der mit dem Brennraum über das zweite Einlaßventil verbunden ist. Das Luftregelventil ist geschlossen, wenn die Brennkraftmaschine im Teillastbereich betrieben wird. Ein Einspritzer sitzt im dritten Einlaßkanal, der mit dem Brennraum über das dritte Einlaßventil verbunden ist. Der Einspritzvorgang des Einspritzers wird während des Saughubs gestoppt.

Le"*erseite -

Claims

Patentansprüche

1. Brennkraftmaschine mit einem Brennraum, gekennzeichnet durch ein erstes Einlaßventil (7), das bei einem Kurbelwinkel nahe dem oberen Totpunkt eines Saughubs öffnet und bei Beginn eines Kompressionshubsschließt, ein zweites Einlaßventil (8), das bei einem Kurbelwinkel nahe dem obere'n Totpunkt des Saughubs öffnet und bei Beginn des Kompressionshubs schließt, ein drittes Einlaßventil (9), das etwa bei Mitte des Saughubs öffnet und bei Beginn des Kompressionshubs schließt, einen ersten Einlaßkanal (12), der über das erste Einlaßventil (7) mit dem Brennraum (5) verbunden ist und der im Brennraum (5) eine Verwirbelung erzeugt, einen zweiten Einlaßkanal (13), der über das zweite Einlaßventil (8) mit dem Brennraum (5) verbunden ist, einen dritten Einlaßkanal (14), der über das dritte Einlaßventil (9) mit dem Brennraum (5) verbunden ist, ein Luftregelventil (19), das im zweiten Einlaßkanal (13) angeordnet ist, einen Antrieb (30) zur Stellung des Luftregelventils (19) im Ansprechen auf eine Motorlast, so daß das Luftregelventil (19) geöffnet wird, wenn die Motorlast eine vorgegebene Last übersteigt, einen Einspritzer (21), der im dritten Einlaßkanal (14) angeordnet ist, und eine elektronische Steuereinheit (50), die die

. (Mu'K:h«nl KIo ?B6 1061

-2- DE 5693

Kraftstoffeinspritzung des Einspritzers (21) derart steuert, daß die Kraftstoffeinspritzung während des Saughubs beendet wird.

2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Steuereinheit (50) die Kraftstoffeinspritzung derart entsprechend der Motorlast steuert, daß die Kraftstoffeinspritzung während des Saug-

,Q hubs beendet wird, wenn die Motorlast niedriger als eine vorgegebene Last ist.

3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Steuereinheit (50) die

₁₍- Kraftstoffeinspritzung kurz vor Öffnung des ersten Einlaßventils (7) und des zweiten Einlaßventils (8) stoppt, wenn die Motorlast eine vorgegebene Last übersteigt.

'*

4. Brennkraftmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Steuereinheit (50^ die Kraftstoffeinspritzung bei einem vorgegebenen Kurbelwinkel stoppt, wenn die Motorlast die vorgegebene Last übersteigt.

5. Brennkraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekenn-25

zeichnet, daß die elektronische Steuereinheit (50"¹ die Kraftstoffeinspritzung kurz vor Öffnung des ersten Einlaßventils (7) und des zweiten Einlaßventils (S) stoppt, wenn die Motorlast niedriger als die vorgegebene Last

ist.
30

6. Brennkraftmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Steuereinheit (50^! die Kraftstoffeinspritzung bei einem vorgegebenen Kurbelvin-

kel stoppt, wenn die Motorlast niedriger als eine vorge-35

gebene Last ist.

BAD

-3- DE 5693

7. Brennkraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Steuereinheit (50) die Kraftstoffeinspritzung entsprechend einer Motordrehzahl

g steuert, um die Stopzeit der Einspritzung vorzustellen, wenn die Motordrehzahl bei einer niedrigeren als der vorgegebenen Motorlast ansteigt.

8. Brennkraftmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Stopzeit der Kraftstoffeinspritzung vom Ende des Saughubs zum Beginn des Saughubs verändert wird, wenn die Motorlast niedriger als die vorgegebene Last ist.

9. Brennkraftmaschine nach Anspruch 8, dadurch gekenn-15

zeichnet, daß der Änderungsgrad der Stopzeit der Kraftstoffeinspritzung in bezug auf einen Anstieg der Motordrehzahl geringer wird, wenn die Motordrehzahl vergleichsweise hoch ist.

10. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Steuereinheit (50) die Kraftstoffeinspritzung entsprechend einer Motordrehzahl derart steuert, daß der Einspritzstartkurbelwinkel auf

Grundlage der Motorlast und der Motordrehzahl berechnet 25

wird.

11. Brennkraftmaschine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Steuereinheit (501 einen

Speicher aufweist, in dem die Beziehung zwischen dem 30

Einspritzstartkurbelwinkel, der Motorlast und der Motordrehzahl gespeichert ist.

12. Brennkraftmaschine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß aus der Motorlast und der Motordrehzahl

eine Einspritzgrundimpulslänge berechnet wird, die ver-

-4- DE 5693

längert wird, wenn die Motorlast die vorgegebene Last übersteigt und wenn die Motordrehzahl eine vorgegebene Drehzahl übersteigt.

13. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet^ daß der Antrieb (30) das Luftregelventil (19) entsprechend einer Motordrehzahl derart steuert, daß das Luftregelventil (19) geöffnet wird, wenn die Motorlast

jQ die vorgegebene Last übersteigt und wenn die Motordrehzahl eine vorgegebene Drehzahl übersteigt.

14. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennraum (5) eine obere Begrenzungs-

.. _K fläche aufweist, in der das dritte Einlaßventil (9) angeordnet ist, wobei in der oberen Begrenzungsfläche ein Vorsprung (4b) ausgebildet ist, der um eine Außenkante des dritten Einlaßventils (9) verläuft, das einer Mitte des Brennraums (5) gegenüberliegt.

15. Brennkraftmaschine nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorsprung (4b) eine vertikale Seitenfläche (4c) aufweist, die die Außenkante des dritten Einlaßkanals (14) umgibt.

16. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, gekennzeichnet

durch einen Kolben (3) mit einer Oberfläche, in der eine Ausnehmung (3a) ausgebildet ist.

17. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Abgasrückführungssteuerung (45,46) mit einer Abgasrückführungsleitung (44), die mit dem dritten Einlaßkanal (14) verbunden ist.

18. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte Einlaßkanal (14 1 zwischen dem

-5- DE 5693

ersten Einlaßkanal (12) und dem zweiten Einlaßkanal (13) angeordnet ist.

c

19. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte Einlaßkanal (14) eine Querschnittfläche aufweist, die kleiner als die des ersten Einlaßkanals (12) und des zweiten Einlaßkanals (13) ist.

20. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte Einlaßkanal (14) wendelförmig ist.

21. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das dritte Einlaßventil (9) einen Ventilkopf hat, dessen Durchmesser kleiner ist als der der Ventilköpfe des ersten Einlaßventils (7) und des zweiten Einlaßventils (8).

22. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das dritte Einlaßventil (9) in einer der Mitte des Brennraums (5) in bezug auf eine die Mitten der Ventilköpfe des ersten Einlaßventils (7) und des zweiten Einlaßventils (8) durchlaufenden Linie entgegengesetzten

Stellung angeordnet ist.
25

23. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Einlaßventiltrieb mit einer einzigen Nockenwelle (63), die das erste Einlaßventil (7), das zweite

Einlaßventil (8) und das dritte Einlaßventil (9) gleich-30

zeitig betätigt.

24. Brennkraftmaschine nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaßventiltrieb Kipphebel (61 ) aufweist, und daß das erste Einlaßventil (7) und das zweite

Einlaßventil (8) durch die Nockenwelle (63) über die

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Kipphebel (61) betätigt wird, und daß das dritte Einlaßventil (9) unmittelbar durch die Nockenwelle (63) betätigt wird. s