DE3617603C2

DE3617603C2 - Zweitakt-Verbrennungsmaschine

Info

Publication number: DE3617603C2
Application number: DE3617603A
Authority: DE
Inventors: Christopher Kim Schlunke
Original assignee: ORBITAL ENG Pty; Orbital Engine Co Pty Ltd
Current assignee: ORBITAL ENG Pty; Orbital Engine Co Pty Ltd
Priority date: 1985-05-24
Filing date: 1986-05-23
Publication date: 2001-08-09
Anticipated expiration: 2006-05-24
Also published as: IT8620554A0; JPS6232256A; MX170711B; BE904818A; FR2582349B1; DE3617603A1; BR8602375A; IT1188700B; US4920932A; FR2582349A1; KR940001931B1; KR860009223A; JPH0735726B2; CA1286557C; IT8620554A1; SE465172B; SE8602372D0; SE8602372L

Description

Die Erfindung betrifft eine Zweitakt-Verbrennungs maschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Es ist bekannt, daß Zweitakt-Verbrennungsmaschinen eine schlechte Wirkungsweise sowohl im Bereich des Kraftstoffverbrauches als auch in der Menge der nach teiligen Emissionen im Abgas haben. Es sind aller dings auch wesentliche Vorteile durch eine weit erge hende Verwendung der Zweitaktmotoren zu erzielen, und zwar erstens wegen ihrer relativ einfachen Konstruk tion und zweitens wegen ihres relativ hohen Verhält nisses von Leistung zu Gewicht. Es besteht daher ein Bedürfnis für die Entwicklung eines Zweitaktmotors, bei dem die Abgasemissionen in durch die verschiede nen Regierungen in der gesamten Welt festgelegte akzeptablen Grenzen gehalten werden.

In einem üblichen Zweitaktmotor mit Kurbelkammer lader wird eine vorbestimmte Kraftstoff- Luftladung in die Kurbelkammer geliefert oder dort aufbereitet und dann der Verbrennungs kammer über einen Einlaß- oder Überströmkanal oder Kanal, der die Verbrennungskammer mit der Kurbelkammer verbindet, wenn der Kolben sich im Zylinder hin- und herbewegt, zugeführt. Wenn das Ausmaß und die Natur der Bewegung der vorgemischten Ladung in der Zeit zwischen seiner ursprünglichen Bildung und dem komprimierten Zustand in dar Verbrennungskammer unmittelbar vor der Zündung betrachtet wird, so ist zu erkennen, daß ein hoher Mischungsgrad zwischen dem Kraftstoff und der Luft vorhanden ist. Dies bewirkt eine relativ gleichmäßige Ver teilung des Kraftstoffes über die Luftladung in der Verbrennungskammer und es wird allgemein als homogene Ladung betrachtet. Daher weist der Teil der vorbereiteten Ladung, der unver brannt in die Abgasanlage gelangt, einen relativ hohen Anteil an Kohlenwasserstoffen auf, was ein Emissionssteuerproblem darstellt. Die unverbrannte Ladung könnte zu dem Abgassystem durch einem "Kurzschluß" des Gasstromes zwischen dem Überström- und Auslaßkanal gelangen, auch kann nach Beendigung der Verbrennung im Zylinder verbleibende unvollkommen verbrannte Ladung nach außen geleitet werden.

Nachdem die homogene Ladung mit korrektem Krafstoff- Luftverhältnis beispielsweise durch den Funken einer Zündkerze gezündet worden ist, so wird die Verbrennung sich durch die Ladung solange fort setzen, bis die Temperatur der Ladung ausreichend hoch ist, damit nicht die Flammenfront ge löscht wird. In dem Motor ist die Ladung ver schiedenen Abkühlungseffekten unterworfen, wie beispielsweise bei dem Kontakt mit den Zylinderwänden, wodurch die Temperatur dieses Teils der Ladung in unmittelbarer Nähe zu den Wänden abgesenkt wird. Es wird daher in der Praxis ein etwas fetteres Kraftstoff-Luftgemisch verwendet, um die Verbrennung auch in die Abkühlungsbereiche der Ladung vorzutreiben. Dies kann bei einigen Motoren die aktuelle Menge unverbrannter Ladung verringern, aber dieser unverbrannte Teil ist reich an Kraftstoff und somit reich an Kohlenwasserstoff und verringert so in unterschiedlichem Maße die Vorteile durch das Ausbreiten der Flammenfront.

Es wurde auch vorgeschlagen, die Kraftstoff verteilung in einer Motorladung einzuschichten, so daß die näher an dem Zündpunkt liegende Ladung reich an Kraftstoff ist und dann mit dem Abstand von dem Zündpunkt ständig magerer ist. Das bedeutet, daß die Teile der Ladung, die am weitesten vom Zündpunkt entfernt sind und daher häufig nicht verbrennen, arm an Kraftstoff sind und somit wenig Kohlenwasserstoffe enthalten. Allerdings trägt ein mageres Gemisch eher zum Auslöschen der Flammenfront bei und daher kann ein großer Anteil der Ladung unvollkommen verbrannt werden, mit einer ent sprechenden Erhöhung an Kohlenwasserstoffen.

Die US-PS 3 817 227 von Onishi ist auf eine Verbesserung des Verbrennungswirkungsgrades in einem Zweitaktmotor und die Reinigung der Abgase gerichtet. Diese Druckschrift beschreibt einen Motor, bei dem eine vorgemischte Kraftstoff- Luftladung durch die Kompression in der Kurbel kammer über Überströmkanäle in den Zylinder geliefert wird. Wegen der Art der Aufbereitung der Kraftstoff-Luftladung liegt sie in der vorgemischten Farm vor und bildet eine im wesentlichen homogene Ladung, wenn sie an den Zylinder geliefert wird.

Die Onishi-Druckschrift schlägt eine Steuerung der Geschwindigkeit der in den Zylinder ein tretenden Kraftstoff-Luftladung vor, um dadurch die Mischung des ankommenden Kraftstoff-Luft gemisches mit dem im Zylinder vom vorhergehenden Zyklus verbleibenden Abgas zu steuern. Es wird in dieser Druckschrift ausgeführt, daß durch die Verringerung der Geschwindigkeit des ankommenden Kraftstoff-Luftgemisches eine Art von Schichtung zwischen Kraftstoff- Luftgemisch und verbleibendem Abgas erreicht wird. Dies verhindert, daß das Abgas das Kraftstoff-Luftgemisch mager macht und so die Brennbarkeit verringert und dies konzentriert das ankommende Kraftstoff-Luftgemisch in der im Zylinderkopf vorgesehenen Höhlung.

Die Steuerung der Geschwindigkeit der ankommenden Gasladung wird, wie von Onishi vorgeschlagen, durch Koppeln der üblichen Drosselklappe in der Saugleitung mit einer ähnlichen Drossel klappe in der Abgasleitung stromabwärts vom Auslaßkanal erreicht. Die mechanische Kopplung der zwei Drosselklappen dient zum Vorsehen einer nicht linearen aber festen Beziehung zwischen der Bewegung der Abgas-Drosselklappe in Abhängigkeit von der Bewegung der Drossel klappe in der Saugleitung. Diese feste Be ziehung ist graphisch in Fig. 6 der bekannten Druckschrift dargestellt.

Es wird anerkannt, daß in einer derart bekannten Verbrennungsmaschine die Drosselklappenstellung in der Luftsaugleitung hauptsächlich die Motorlast bestimmt. Bei kleiner Last ist die Drosselklappe nahezu geschlossen und bei Maximallast ist sie vollständig offen, unabhängig von der Motorgeschwindigkeit. Daher berücksichtigt das bekannte Steuersystem nicht die Motorge schwindigkeit, bei der die Last auftritt.

Dadurch, daß die Geschwindigkeit bei der bekannten Druckschrift nicht in Betracht gezogen wurde, wird man von der Möglichkeit seiner Verwendung zur Steuerung der Abgasemissionen, insbesondere der Kohlenwasserstoffe, abgelenkt. Es ist bekannt, daß der Spülprozeß einer Zweitaktmaschine unter Einschluß der Geschwindigkeit des ankommenden Luft-Kraftstoffgemisches und der abgehenden Abgase stark beeinflußt wird durch die Größe und die Frequenz der Druckimpulse im Abgassystem und diese werden stark beeinflußt durch und hängen ab von der Motorgeschwindigkeit. Die Drosselung des Auslaßkanals, wie in der bekannten Schrift vorgeschlagen, beeinflußt die Druckimpulse in dem Abgassystem und somit auch die Geschwindigkeit der Gasbewegung in dem Zylinder. Da allerdings diese Drosselung nicht auf die Motorgeschwindigkeit bezogen ist, ist ihre Wirkung verringert und unter gewissen Umständen kann sie zur Erreichung der notwendigen Gasstrombedingungen in dem Zylinder schädlich sein.

Die DE 32 22 081 A1 offenbart eine Zweitakt-Brenn kraftmaschine, mit der eine beachtliche Steigerung des thermischen Wirkungsgrades und eine Verringerung der Schadstoffanteile beim Betrieb mit geringer Last erreicht werden sollen. Zu diesem Zweck wird unter anderem die Maßnahme durchgeführt, daß beim Auslassen des Abgases aus der Brennkammer durch den Abgasauslaß eine große Menge von Restgasen, die unverbrannte und unvollständig verbrannte Anteile und Sauerstoff ent halten, in der Brennkammer zurückbehalten wird. Aus diesem Grund ist in dem Abgasauslaß ein Abgasregel ventil vorgesehen, das ebenso wie das Drosselventil in der Ansaugleitung durch das Gaspedal, d. h. lastab hängig einstellbar ist. Diese Einstellung erfolgt in der Weise, daß mit zunehmender Öffnung des Drossel ventils auch der Öffnungsgrad des Abgasregelventils vergrößert wird.

Die US 4 341 188 beschreibt ebenfalls eine Zweitakt- Brennkraftmaschine. Es wird in dieser ausgeführt, daß es zur Erzielung einer höheren Leistung und einer verbesserten Kraftstoffausnutzung wünschenswert ist, den Abgasauslaß bei niedriger Maschinendrehzahl wäh rend des Expansionstaktes später und bei niedriger Last und hoher Maschinendrehzahl früher zu öffnen. Zu diesem Zweck ist im Abgasauslaß ein horizontal beweg licher Schieber vorgesehen, durch den die Lage der oberen Kante des Abgasauslasses verändert werden kann. Die Einstellung des Schiebers kann manuell oder drehzahlgesteuert erfolgen. Grundsätzlich soll diese Einstellung den Durchlaßquerschnitt des Abgasauslas ses nicht so verändern, daß eine merkbare Drosselung des Abgasstromes erhalten wird.

Allerdings zeigt die US 4 341 188 auch anstelle des Schiebers eine drehbare Stange mit einem Ausschnitt, durch die nicht nur die obere Kante des Abgasauslas ses eingestellt, sondern gleichzeitig auch dessen Durchlaßquerschnitt verändert werden kann. Dies kann für einige Anwendungsfälle vorteilhaft sein.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Zweitakt-Verbrennungsmaschine zu schaffen, bei der der Verbrennungsprozeß über den ganzen Arbeitsbereich der Maschine gesteuert wird, um so annehmbare Abgase missionswerte insbesondere im Hinblick auf Kohlenwas serstoffe zu erzielen.

Diese Aufgabe wird bei einer Zweitakt-Verbrennungs maschine, welche einen Zylinder, einen sich in dem Zylinder hin- und herbewegenden Kolben, die beide miteinander eine Verbrennungskammer bilden, deren Vo lumen sich mit dem Hin- und Hergehen des Kolbens zy klisch verändert, einen die Verbrennungskammer mit einer Luftquelle verbindenden Lufteinlaßkanal und ei nen die Verbrennungskammer mit einer Abgaskammer ver bindenden Auslaßkanal aufweist, wobei der Einlaß- und Auslaßkanal durch die Hin- und Herbewegung des Kol bens geöffnet und geschlossen werden und wobei der Verbrennungskammer durch den Einlaßkanal eine Luftla dung zugeführt wird, die nach dem Schließen des Aus laßkanals durch die Bewegung des Kolbens komprimiert wird, eine dosierte Kraftstoffmenge in die Verbren nungskammer eingespritzt und das Gemisch gezündet wird und die Verbrennungsprodukte nach der Expansion in der Verbrennungskammer durch den Auslaßkanal aus gestoßen werden, in welchem sich ein Drosselorgan be findet, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Lastanforderungen und die Drehzahl der Maschine während ihres Betriebes abgetastet werden und der Gasstrom in der Verbrennungskammer in einem vorbestimmten Verhältnis zur Drehzahl und Last der Maschine gesteuert wird, indem die Posi tion des Drosselorgans anhand eines für die Verbren nungsmaschine vorgegebenen dreidimensionalen Dia gramms in Abhängigkeit von der Last und der Drehzahl so eingestellt wird, daß die Menge der in der Ver brennungskammer zurückgebliebenen Verbrennungsproduk te so gesteuert wird, daß der Pegel der im Abgas ent haltenen Kohlenwasserstoffe unterhalb einer vorbe stimmten Grenze liegt.

Zweckmäßig werden die Lastanforderungen und die Dreh zahl der Maschine unabhängig voneinander abgetastet und der Luftstrom in die Verbrennungskammer wird in Übereinstimmung mit der abgetasteten Lastanforderung gesteuert.

Weiterhin kann zusätzlich das Timing des Öffnens und Schließens des Auslaßkanals abhängig von der Drehzahl und der Lastanforderung der Maschine eingestellt wer den, wobei dies durch entsprechende Einstellung des Drosselorgans erfolgen kann.

Vorteilhaft werden der Luftstrom in die Verbrennungs kammer und der Strom der Verbrennungsprodukte aus der Verbrennungskammer unabhängig voneinander gesteuert, wobei der Luftstrom in einem vorbestimmten Verhältnis zur abgetasteten Drehzahl und der Strom der Verbren nungsprodukte in einem vorbestimmten Verhältnis zur Drehzahl und Lastanforderung gesteuert werden.

Vorzugsweise wird der Kraftstoff in die Verbrennungs kammer zur Bildung einer geschichteten Kraftstoff- Luft-Ladung in der Verbrennungskammer eingespritzt, wobei zweckmäßig die dosierte Kraftstoffmenge durch Mitführung in einem Gas in die Verbrennungskammer eingespritzt wird.

Der Verbrennungsvorgang und die Vorbereitung der Mi schung in der vorliegenden Weise ermöglichen eine NOx-Reduktion durch das Vorhandensein des Abgases in der Motorladung bei Verringerung der Wirkung, die dieses Abgas auf die Stabilität des Motors hat. Dies wird durch die Tatsache erreicht, daß die Abgase nicht in die eintretende Kraftstoff-Luftladung zu rückgeführt werden, sondern bei Beendigung des vor hergehenden Arbeitszyklus in der Verbrennungskammer zurückbehalten werden. Das zurückgehaltene Abgas wird somit zu einem geringeren Anteil mit der frischen Luftladung gemischt, wobei eine Schichtung der fri schen Ladung mit den zurückbehaltenen Abgasen erfolgt und die frische Ladung in den Bereichen um den Zün dungspunkt des Kraftstoffes konzentriert ist. Dies trägt zu einer stabileren Betriebsweise des Motors bei, die selbstverständlich durch die geschichtete Form der Kraftstoffladung unterstützt wird. Die kom binierte Wirkung ist die, daß der Kraftstoff haupt sächlich in der frischen Luftladung geschichtet wird, die wiederum im Verhältnis zu den zurückgehaltenen Abgasen geschichtet wird.

In einer üblichen Verbrennungsmaschine mit homogener Ladung aus Kraftstoff, Luft und Abgas tritt ein we sentlicher Teil der NOx-Bildung während des Beginns der Verbrennung auf, wenn die Flammenfront sich von dem Zündpunkt entfernt. Dies liegt vorwiegend daran, daß zu diesem Zeitpunkt eine hohe Temperatur erreicht wird und auch daran, daß der Anteil des Arbeits zyklus, in dem diese Temperaturbedingungen herrschen, relativ hoch ist. Auch bei einer Verbrennungsmaschine mit geschichteter Kraftstoffladung, bei der das Ge samtluft-Kraftstoffverhältnis ungefähr stöchiome trisch ist und die Schichtung sich von reich zu mager in bezug auf die Zündungsstelle ändert, dann tritt die NOx-Bildung hauptsächlich während des mitt leren Bereiches des Verbrennungszyklus auf, bei dem die Flammentemperatur und somit die Neigung zur NOx- Bildung hoch ist aufgrund des relativ hohen Kraft stoff-Luftverhältnisses und bei dem Sauerstoff gut zugänglich ist. Außerdem ist der Zeitraum, bei dem die Bedingungen für die Bildung des NOx vorhanden sind, relativ lang.

Die erhaltene Zylinderladung ist nicht homogen, weder vom Standpunkt des Kraftstoffes und der Luft noch des zurückgehaltenen Abgases. Die Ladung weist eine Kraftstoffschichtung mit einem Bereich an Kraftstoff in der Nähe des Zündungsortes und eine zurückgehalte ne Abgasschicht mit einem an Abgas mageren Bereich ebenfalls in der Nähe des Zündungsortes auf. Diese Verteilung des Kraftstoffes, der Luft und des Abgases sieht eine Konzentration von Kraftstoff und Luft im Bereich der Zündung vor, so daß ein im allgemeinen mageres Gesamtkraftstoff-Gasverhältnis verwendet wer den kann, ohne die Zündfähigkeit zu verringern. Trotz der insgesamt mageren Mischung und der hohen Tempera turen, die am Anfang des Verbrennungszyklus herr schen, ist das Kraftstoff-Gasverhältnis in der Nähe des Zündungsortes ausreichend fett, um gezündet wer den zu können, und führt nicht zur NOx-Bildung. Wäh rend des mittleren Bereiches des Verbrennungszyklus, bei dem eine starke NOx-Bildung bei normalen Motoren mit geschichteter Kraftstoffladung auftritt, weist das vorliegende Verfahren eine Abmagerung des Kraft stoff-Luftverhältnisses und ein Absinken der Temperatur mit einer Erhöhung des Abgasanteiles auf.

Auch die Kombination dieser Bedingungen trägt nicht zur NOx-Bildung bei. Am Ende des Verbrennungszyklus unterdrückt die hohe Konzentration des Abgases auf grund seiner Schichtung in der Verbrennungskammer die Bildung von NOx.

Die folgende Diskussion der Wirkungen der Beschrän kung des Stromes in dem Auslaß- und Einlaßkanal eines Motors wird eine Einschätzung darüber geben, wie die se Ströme gesteuert werden können, um die Menge des in der Verbrennungskammer zurückbehaltenen Abgases einzustellen. Die Diskussion bezieht sich auf einen Dreizylinder-Zweitaktmotor von 1200 ccm bei einem Drehzahlbereich von 800 bis 3000 Umdrehungen pro Mi nute und einem Lastbereich von 0 bis 25 Nm. Der Motor weist eine direkte Einspritzung in den Zylinder und eine Kurbelkammerluftzufuhr auf.

1. Sehr niedrige Drehzahlen (800 bis 1000 U/m)

In diesem Bereich weisen die Druckpulsationen im Ab gassystem eine relativ lange Periode, in der sie ab fallen, und eine geringe Höhe auf, wodurch Impulse im Abgassystem im allgemeinen einen geringen Einfluß auf den Strom durch den Auslaßkanal und somit auf die Steuerung der Zurückhaltung des Gases haben. Bei großen Lasten ist der Einlaßkanal nur teilweise ge drosselt und der Auslaßkanal ist vollständig gedros selt, so daß die Querschnittsfläche zum Zurücksaugen des Abgases vom Abgassystem in die Verbrennungskammer klein ist. Bei geringen Lasten ist der Einlaßkanal gedrosselt und der Motor spricht nicht auf den Grad der Drosselung des Auslaßkanales an, und das Timing ist optimiert für hohe Lasten und niedrige Drehzahlen. Der Auslaßkanal ist vorzugsweise gedrosselt, um die Abgasreinheit zu verbessern. Daher ist in dem sehr niedrigen Drehzahlbereich die bevorzugte Drosse lung des Einlaß- und Auslaßkanals:

a) Große Lasten: geöffnete Drosselklappe im Einlaßkanal, geschlossene Drosselklappe im Auslaßkanal, um das Verbleiben des Abgases in der Verbrennungskammer zu ver ringern.
b) Niedrige Lasten: geschlossene Drosselklappe im Einlaßkanal erhöht die Verweildauer des Abgases in der Verbrennungskammer, geöffnete Drosselklappe im Einlaßkanal verringert die Verweildauer des Abgases, Drosselklappe im Auslaßkanal ohne Einfluß.

2. Niedrige Drehzahlen (1000 bis 2000 U/m)

In diesem Bereich ist die Drosselklappe im Auslaß kanal sowohl bei hohen als auch bei niedrigen Lasten geschlossen, hauptsächlich um die Wirkung von aus dem Abgassystem zurückkehrenden ungewünschten Impulsen zu verringern. Das Schließen der Drosselklappe im Aus laßkanal verändert die Ankunftszeit und die Größe des Impulses am Auslaßkanal. Bei diesen Drehzahlen ändert die Drosselung des Auslaßkanales das Timing des zu rückkehrenden Impulses, so daß niedrigere Druckpegel in der Verbrennungskammer bei geschlossenem Auslaßka nal erzielt werden können. Das bedeutet außerdem, daß die Drosselklappe im Einlaßkanal für den gleichen Luftstrom in den Motor geschlossen werden kann, oder die Drosselklappe im Einlaßkanal kann unberührt blei ben, wodurch ein höherer Unterdruck häufig mit einem leichten Anstieg des Luftstromes erzielt wird.

Verringerter Druck in der Verbrennungskammer bei ge schlossenem Auslaßkanal bedeutet ebenfalls, daß weni ger Abgasverdünnung vorhanden ist und somit das Ab gas/Kraftstoffverhältnis reicher ist, aber die Ab gas/Luftverhältnisse können höher sein, da die Ver dünnungspegel niedriger sind. Diese Merkmale treten sowohl bei hohen als auch bei niedrigen Lasten auf wegen der Stärke der drehzahlabhängigen, aus dem Ab gassystem zurückkehrenden Druckimpulsen.

Die bevorzugte Arbeitsweise der Drosselklappen im Einlaß- und Auslaßkanal bei allen Lasten im Bereich geringer Drehzahlen ist:

Schließen der Drosselklappe im Auslaßkanal zur Ver ringerung der Menge des zurückgehaltenen Abgases. Schließen der Drosselklappe des Einlaßkanales, um die Menge des zurückgehaltenen Abgases zu erhöhen.

Bei voller Last (außerhalb des Bereiches, der eine Steuerung der Emissionen verlangt) ist der Auslaßka nal entsprechend einem genauen drehzahlabhängigen Wert geöffnet, da das Timing des positiven Impulses im Abgassystem näher zu dem für eine Vollastbetriebs weise gewünschten gezwungen wird.

3. Mittlere Drehzahlen (2000 bis 3000 U/m)

In diesem Bereich kann die Abgasdrosselklappe sehr genau den Druck im Auslaßkanal wegen des Timing und der Stärke des Druckimpulses im Abgassystem steuern. Dies ist der allgemeine Fall, da die Größe und Ein stellbarkeit der Druckschwankungen verbessert wird, wenn sich die Drehzahl erhöht, und zwar aufgrund der abfallenden Dämpfung, die durch die reduzierte Zeit zwischen den Impulsen herrührt, und der höheren Gas geschwindigkeiten und Drücke.

Bei geringeren Lasten ist der Mechanismus für die Steuerung des Verweilens des Abgases der gleiche wie oben bei geringen Drehzahlen beschrieben. Die bevor zugte Abgasdrosselklappeneinstellung bewegt sich von völlig geschlossen bei geringen Lasten zu völlig of fen bei hohen Lasten, da dies die Druckimpulse in der Weise bewegt, daß ein positiver Impuls während der Periode des Abschlusses des Überströmkanals zum Ab schluß des Auslaßkanals auftaucht. Dies reduziert die Menge des Abgases im Zylinder, da die frische Ladung normalerweise bei diesen hohen Drehzahlen durch den Auslaßkanal weichen kann, und die Drosselklappenein stellungen und der Druckimpuls verhindern dies. Daher ist der Reinheitspegel der eingeschlossenen Ladung hoch. Die Einstellungen der Drosselklappe im Einlaß kanal sind im allgemeinen bei diesen Lasten kritisch, da Kohlenwasserstoffe und NOx gebildet werden, wenn der Motor gedrosselt ist.

Für den mittleren Drehzahlbereich ist daher die be vorzugte Arbeitsweise für die Drosselung des Einlaß- und Auslaßkanals:

Niedrige Last: Drosselung des Auslaßkanales verrin gert das zurückgehaltene Gas; Drosselung des Einlaß kanals erhöht das zurückgehaltene Gas.

Große Lasten: Die Reduzierung der Drosselung des Aus laßkanals verringert das zurückgehaltene Abgas; Erhö hung der Drosselung des Einlaßkanals erhöht die zu rückgehaltene Abgasmenge.

Die Erfindung wird durch die folgende Beschreibung von typischen Betriebsstrategien für die Steuerung der Drosselung des Auslaßkanals und durch ein Ausfüh rungsbeispiel einer Zweitakt-Verbrennungsmaschine mit gesteuerter Drosselung des Einlaß- und Auslaßkanals näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein dreidimensionales Diagramm der Stellung der Drosselklappe in dem Auslaßkanal in Abhängigkeit von der Drehzahl und der Last;

Fig. 2 eine Tabelle der bevorzugten Stellun gen der Drosselklappe des Auslaß kanals an verschiedenen Punkten des Last- und Drehzahlbereiches einer Verbrennungsmaschine;

Fig. 3 ein Diagramm entsprechend Fig. 2, das die Wirkungen der Änderungen der Stellungen der Drosselklappe in dem Auslaßkanal bei verschiedenen Punkten im Drehzahl- und Lastbereich der Ver brennungsmaschine zeigt;

Fig. 4 ein Diagramm, in dem die Kohlenwasser stoffemissionen einer Verbrennungs maschine entsprechend der vorliegenden Erfindung und entsprechend dem Stand der Technik verglichen werden;

Fig. 5 einen Längsschnitt durch eine Ein- Zylinder-Verbrennungsmaschine gemäß einem Ausführungsbeispiel der vor liegenden Erfindung;

Fig. 6 einen Querschnitt durch den Zylinder und die Drosselklappe im Auslaßkanal in einer Verbrennungsmaschine ent sprechend Fig. 5; und

Fig. 7 ein vereinfachtes logisches Diagramm des elektronischen Steuersystems, das zur Einstellung der Stellung der Drosselklappe in dem Auslaßkanal und zur Steuerung der Einspritzung und der Zündung der Verbrennungsmaschine verwendet wird.

In Fig. 1 ist ein dreidimensionales Diagramm darge stellt, das die Einstellung der Drosselklappe im Aus laßkanal in Abhängigkeit von der Drehzahl und der Last einer 1200 ccm - Drei-Zylinder-Zweitakt-Maschine zeigt, die schon vorstehend erwähnt wurde. Dieses Diagramm wurde entwickelt für den Betrieb der Maschi ne im Bereich der vorgeschriebenen Abgasforderungen für Personenkraftfahrzeuge.

Die Stellung der Drosselklappe im Auslaßkanal wird von einem Signal von der elektronischen Steuereinheit gesteuert, die die Drehzahl und den Luftmengenver brauch der Maschine anzeigende Eingangssignale er hält, die ein Maß für die Last der Maschine sind. Die Steuereinheit hat ein Diagramm entsprechend Fig. 1 gespeichert und bestimmt abhängig von den Drehzahl- und Lasteingangssignalen mit Hilfe des Diagramms den notwendigen Grad der Drosselung des Auslaßkanals und erzeugt ein geeignetes Signal für einen Antriebsme chanismus, der mit der Drosselklappe in dem Auslaßka nal gekoppelt ist.

Es kann aus Fig. 1 erkannt werden, daß ein wesentli cher Drosselungsgrad des Auslaßkanals über den mitt leren und hohen Lastbereich bei sehr niedrigen Dreh zahlen gefordert ist. Der Grad der Drosselung fällt sehr schnell im oberen Teil des niedrigen Drehzahlbereiches insbesondere bei großer Last ab und steigt dann ständig über den mittleren Drehzahlbereich zum hohen Drehzahlbereich an. Die signifikante Änderung bei der Drosselung des Auslaßkanals bei hohen Lasten zwischen den sehr niedrigen und hohen Drehzahlen des niedrigen Drehzahlbereiches entsteht durch die Wir kungen des abgestimmten Abgassystems. Es ist daher selbstverständlich, daß die Einstellung des Auslaßka nals auch für die Regulierung der Wirkungen eines ab gestimmten Abgassystems verwendet werden kann, wenn Drehzahlen außerhalb des abgestimmten Drehzahlberei ches auftreten.

Die Verwendung eines abgestimmten Abgassystems bei Zweitakt-Verbrennungsmaschinen ist bekannt, so daß die Einsatzzeit von hohen und niedrigen Druckimpulsen am Auslaßkanal in der Weise bestimmt werden kann, daß das Spülen der Abgase und das Einlassen einer fri schen Ladung in die Verbrennungskammer verbessert wird. Allerdings sind die abgestimmten Abgassysteme drehzahlabhängig und das genaue oder in etwa genaue Timing der Druckimpulse beim Auslaßkanal wird bei je dem einzelnen Abgassystem nur über einen relativ schmalen Motordrehzahlbereich erzielt. Die Steuerung des Gasstromes durch den Auslaß- und/oder den Einlaß kanal und das Timing der Auslaßkanalöffnung, wie vor geschlagen, kann zur Änderung der Betriebsweise des abgestimmten Abgassystems verwendet werden, wenn die Betriebsbedingungen der Maschine derart sind, daß die normale Betriebsweise des abgestimmten Abgassystems gegen die Steuerung der Verunreinigungen im Abgas ar beiten würde.

Beispielsweise kann die Drosselung der Gasströmung durch den Auslaßkanal zur Modifizierung der hohen Druckimpulse im Abgassystem im Moment des Schließens des Auslaßkanales verändert werden, um so das Ausmaß an in den Zylinder zurückkehrender frischer Ladeluft zu reduzieren und dabei das Verhältnis von Abgas zu in der Verbrennungskammer eingeschlossener frischer Ladung zu erhöhen. Andererseits kann, wenn ein nied riger Druckimpuls am Auslaßkanal zur Zeit seines Schließens vorhanden ist, der normalerweise den Druck in der Verbrennungskammer verringert, der Grad der Drosselung des Stromes durch den Einlaßkanal verrin gert werden und der Auslaßkanal bis fast zum völligen Abschließen des Kanals gedrosselt werden, wodurch ebenfalls ein Anstieg des Verhältnisses des einge schlossenen Abgases zu frischer Ladeluft erhöht wird. Es ist daher zu erkennen, daß die Steuerung der Dros selung des Auslaßkanals zur Modifizierung der Wirkun gen eines abgestimmten Abgassystems sowohl innerhalb als auch außerhalb des abgestimmten Drehzahlbereiches verwendet werden kann, um so diese Effekte zu ver bessern oder ihnen entgegenzuwirken, wie es für die Motorleistung oder die Steuerung der Verunreinigungen nötig sein könnte.

Fig. 2 zeigt eine Tabelle der bevorzugten Einstel lungen der Drosselklappe im Auslaßkanal einer Maschi ne, für die das Diagramm aus Fig. 1 anwendbar ist. Der Auslaßkanal dieser Maschine weist einen Quer schnitt von 1570 mm² auf, wenn er ungedrosselt ist, und von 200 mm², wenn er voll gedrosselt ist. Der Grad der Drosselung des Auslaßkanals wird in der Ta belle durch die Ziffern 0 bis 10 dargestellt, wobei 10 die vollständig gedrosselte Stellung angibt und die anderen Ziffern die entsprechenden Drosselungs grade in linearer Abhängigkeit. Die Drosselein stellungen des Auslaßkanals sind für einen Drehzahl bereich von etwa 500 bis 3500 Umdrehungen pro Minute und für Drehmomente von 0 bis 30 Nm dargestellt.

Fig. 3 zeigt ein Diagramm für dieselbe Maschine wie Fig. 2, wobei die einzelnen Schaubilder den jeweili gen Gasstrom durch den Auslaßkanal für die Drosse leinstellungen nach Fig. 2 zeigen (Der Ursprung jedes Schaubildes entspricht dem passenden Punkt auf der Tabelle). Die Schaubilder zeigen den Gasstrom durch den Auslaßkanal bei Änderungen der Drosselöffnung um jeweils 10%. Aus der Fig. 3 ist zu erkennen, daß die 10%-Änderungen in der Drosselung des Auslaßkanals ei ne signifikante Wirkung auf den Gasstrom durch den Auslaßkanal zeigen. Da dieser Gasstrom ein Maß für die Gasströme in der Verbrennungskammer und somit ein Maß des zurückgehaltenen Gases in der Verbrennungs kammer ist, zeigt das Diagramm in Fig. 3 die Wichtig keit einer korrekten und genauen Steuerung der Dros selung des Auslaßkanals. Hinsichtlich der Fig. 1, 2 und 3 wird davon ausgegangen, daß die Drosselklappe in dem Luftansaugkanal entsprechend der Lastanfor derung eingestellt ist, beispielsweise durch ein von einer Person zu bedienendes Gaspedal oder ähnliche Betätigungsorgane.

Wenn die Last der Verbrennungsmaschine in der Weise festgelegt ist, wird die Stellung der Drosselklappe in dem Auslaßkanal entsprechend dem Diagramm nach Fig. 1 für die momentane Drehzahl festgelegt, und die Abgasdrosselklappe bewegt sich in diese Stellung. Entsprechend dieser Steuerungsstrategie steuert die elektronische Steuereinheit nicht die Stellung der Drosselklappe in der Luftansaugleitung, sondern empfängt ein dieser Stellung entsprechendes Signal als ein Eingangssignal zur Bestimmung der notwendigen Stellung der Drosselklappe im Auslaßkanal. Die ande ren Eingangssignale sind im Prinzip die Drehzahl der Verbrennungsmaschine.

In einer weiterführenden Steuerungsstrategie wird die Stellung der Drosselklappe in der Luftansaugleitung ebenfalls durch die elektronische Steuereinheit ent sprechend einem Diagramm mit der gleichen Ausbildung wie in Fig. 1 gesteuert, in dem die Drosselklappen stellung über die Last und die Drehzahl der Verbren nungsmaschine dargestellt ist. Ein derartiges Dia gramm ist ebenso wie das Diagramm nach Fig. 1 in der elektronischen Steuereinheit gespeichert. Diese Steuereinheit empfängt ein von einer Bedienungsperson initiiertes, die Lastanforderung der Verbrennungsma schine anzeigendes Signal und ein Signal entsprechend der Drehzahl der Maschine, und aus diesen Signalen bestimmt sie aus den jeweiligen Diagrammen die genaue Stellung der Drosselklappen in dem Lufteinlaß- und -auslaßkanal.

Fig. 4 zeigt ein Diagramm der Kohlenwasserstoff emissionen über die Leistung für drei unterschiedli che Verbrennungsmaschinen. Die Kurve A stellt den Pe gel des Kohlenwasserstoffs in Gramm pro Kilowattstun de für eine übliche Zweitakt-Verbrennungsmaschine mit Kurbelkastenkompression bei gesteuerter Drosselung des Auslaßkanals dar. Kurve B zeigt den Pegel der Kohlenwasserstoffe, die mit der gleichen Verbren nungsmaschine erzielt wird, wenn sie entsprechend der Erfindung betrieben wird, d. h. die Verbrennungsma schine ist mit einer direkten Kraftstoffeinspritzung in den Zylinder zur Erzeugung einer geschichteten Kraftstoffüllung bzw. -ladung ausgerüstet und weist eine Steuerung der Drosselungen im Einlaß- und Aus laßkanal entsprechend der vorliegenden Erfindung auf. Beide Kurven A und B basieren auf einer Motordrehzahl von 2000 Umdrehungen pro Minute und die Kurve C wurde auf dieselbe Drehzahl umgerechnet.

Die Kurve C zeigt den Pegel der Kohlenwasserstoffe, die mit einer anderen Zweitakt-Verbrennungsmaschine erhalten wurde, bei der die Einlaß- und Auslaßkanäle in einer festen Beziehung in Abhängigkeit von der Lastanforderung des Motors und unabhängig von der Mo tordrehzahl gedrosselt wurden. Die Kurve C wurde aus Informationen entwickelt, die von Ricardo & Company Engineers (1927) Limited veröffentlicht wurden unter Bezug auf ein Steuerungssystem für Verbrennungsma schinen, daß durch die Nippon Clean Engine Company entwickelt wurde und Gegenstand des US-Patents 38 17 227 ist. Die Ricardo-Veröffentlichung tragt den Titel "A Study of Stratified Charge Engines for Light Duty Power Plants", Report Nr. E.P.A., 460/3/74/011/A. Das für die Herstellung der Kurve C verwendete Material ist der Fig. 7-7 auf Seite 272 entnommen.

Obwohl die Kurve C eine wesentliche Verbesserung zur Kurve A darstellt, liegen die Kohlenwasserstoffwerte aus Kurve C weit über den akzeptablen Werten für Ver brennungsmaschinen in Kraftfahrzeugen nach dem US- und dem Australischen Standard. Dagegen zeigt die Kurve B Kohlenwasserstoffwerte, die beide Standards erfüllen, wobei sich Kohlenwasserstoffwerte im Be reich von 3 bis 4 Gramm pro Meile entsprechend dem in diesen Standards niedergelegten Fahrzyklus ergeben.

In Fig. 5 ist ein Schnitt durch eine Zweitakt-Ver brennungsmaschine mit Kurbelkastenkompression zur Lieferung der Luftladung in den Zylinder dargestellt. Es wird allerdings darauf hingewiesen, daß die vor liegende Erfindung auch für Zweitakt-Verbrennungs maschinen anwendbar ist, bei denen die Luftzufuhr von anderen Druckquellen erfolgt, wie beispielsweise von einem Turbolader oder anderen Superladern. Die Verbrennungsmaschine weist eine Kurbelkammer 10 auf, in der eine Kurbelwelle 11 drehbar um ihre Achse ge lagert ist, die über die Pleuelstange 12 mit dem Kol ben 13 verbunden ist. Der Kolben 13 bewegt sich auf grund der Drehung der Kurbelwelle 11 in dem Zylinder 14 hin und her, wobei der Kolben 13 mit dem Zylinder kopf 15 eine Verbrennungskammer 17 mit veränderlichem Volumen bildet.

An sich im wesentlichen gegenüberliegender Stelle in dem Zylinder 14 sind ein Überströmeinlaß 20 und ein Auslaßkanal 21 vorgesehen, die durch den Kolben 13 geschlossen und geöffnet werden, wenn dieser sich in dem Zylinder 14 hin- und herbewegt. Der Auslaßkanal 21 steht mit einer Auspuffanlage 22 in Verbindung, die das Abgas an eine geeignete Stelle zum Überleiten nach außen bringt. Der Überstromeinlaß 20 steht mit dem Inneren der Kurbelkammer 10 über den Überstromka nal 25 in Verbindung. Eine Luftansaugleitung 26 steht ebenfalls mit dem Inneren der Kurbelkammer 10 in Ver bindung. In der Luftansaugleitung 26 ist ein Zungen ventil 28 vorgesehen, das in Abhängigkeit von den Druckbedingungen in der Kurbelkammer 10 öffnet und schließt.

Ein Drosselorgan 30 ist in dem Auslaßkanal 21 schwenkbar um eine Achse 31 befestigt, so daß es den effektiven Querschnitt des Auslaßkanals 21 verändern kann.

Das Drosselorgan 30 weist eine Steuerkante 33 auf, die sich in Umfangsrichtung der inneren Fläche des Zylinders 14 erstreckt, und da das Drosselorgan 30 um die Achse 31 schwenkt, verändert die Steuerkante 33 die effektive Höhe des Auslaßkanals 21 in der axialen Richtung des Zylinders 14. Es wird daher darauf hin gewiesen, daß die Schwenkbewegung des Drosselorgans 30 in dem Auslaßkanal 21 nicht nur eine Drosselung des Auslaßkanals 21 bewirkt, sondern auch das Timing des Öffnens und Schließens des Auslaßkanals 21 verän dert.

Das Drosselorgan 30 ist genauer in Fig. 6 darge stellt, aus der zu erkennen ist, daß die Achse 31 des Drosselorgans 30 gegen die Hauptrichtung der Steuer kante 33 geneigt ist. Das bedeutet, daß das eine Ende 35 der Steuerkante 33 in einem größeren Radius zur Achse 31 als das andere Ende 36 der Steuerkante 33 liegt. Diese geneigte Anordnung zwischen Steuerkante 33 und Achse 31 des Drosselorgans 30 ermöglicht, daß die Steuerkante 33 des Drosselorgans 30 am Anfang parallel zur oberen Kante 24 des Auslaßkanals 21 an geordnet werden kann. Allerdings wird bei einer Win kelbewegung des Drosselorgans 30 die Steuerkante 33 ein ständig wachsendes Winkelverhältnis zu der oberen Kante 24 des Auslaßkanals 21 einnehmen. Dies ermög licht eine Änderung der effektiven offenen Fläche des Auslaßkanals 21 in einem größeren Ausmaß als die Än derung der Höhe des Auslaßkanals 21. Daher können un terschiedliche Änderungsbeträge für die Fläche des Auslaßkanals 21 und das Timing des Auslaßkanals 21 erzielt werden. Die Größe der Änderung zwischen die sen Beträgen wird durch den Neigungswinkel zwischen der Steuerkante 33 und der Achse 31 des Drosselorgans 30 gesteuert.

Der Luftstrom zu dem Motor wird von einer Doppel- Drosselklappen-Anordnung 29 gesteuert, die zwei ne beneinanderliegende Kanäle 38, 39 aufweist, wobei in jedem Kanal eine Drosselklappe 40, 41 vorgesehen ist. Diese Drosselklappen 40, 41 sind in der Weise gekop pelt, daß sie über mindestens einen Teil des Bewe gungsweges im Gleichgang betrieben werden. Die Kanäle 38, 39 führen zu einer Plenham-Kammer 42, von der die Luft in die Kurbelkammer 10 geleitet wird oder im Falle einer Mehrzylindermaschine zu den jeweiligen Kurbelkammern, die jedem Zylinder zugeordnet sind. In einer Mehrzylinderkonstruktion ist auch für jede Kur belkammer ein Zungenventil 28 vorgesehen. Die Luftzu führung zu der Doppel-Drosselklappen-Anordnung 29 er folgt über einen Filterkasten 44, in dem ein Luft durchflußsensor angeordnet ist. Die Drosselklappen 40, 41 in den Kanälen 38, 39 sind über einen Antrieb 45 und ein Gestänge 47 mit einem von dem Fahrer betä tigbaren Gaspedal 48 verbunden.

Der Zylinderkopf 15 weist eine Höhlung 50 auf, in der der Hauptteil der Luftladung komprimiert wird, wenn der Kolben 13 sich an seinem oberen Totpunkt im Zy linder L4 befindet. In diese Höhlung 50 ragen eine übliche Zündkerze 51 und eine Einspritzdüse 52, die Teil einer Kraftstoffdosier- und Einspritzeinheit 53 ist. Das Drosselorgan 30 in dem Auslaßkanal 21 ist über eine Antriebsanordnung 55 mit dem Motor 57 verbunden.

In wassergekühlten Höhlungen 56 im Zylinderkopf 15 ist ein Temperatursensor 58 vorgesehen, und ein Dreh zahl- und Positionssensor 59 ist mit der Kurbelwelle 11 gekoppelt, der ein Eingangssignal zu der elektro nischen Steuereinheit 60 liefert. Die Signale des Luftdurchflußsensors in dem Filterkasten 44 und des Temperatursensors 58 werden auch der Steuerein heit 60 zugeführt. Der Sensor 59 bestimmt die Dreh zahl der Kurbelwelle 11 der Maschine und liefert ein geeignetes Signal an die Steuereinheit 60. Dieses Si gnal bildet auch eine Basis für die Bestimmung der Stellung des Kolbens 13 während des Motorzyklus.

Diese drei Eingangssignale zu der Steuereinheit 60 bilden die notwendige Information für die Bestimmung der Last und der Drehzahl sowie die Stellung des Kol bens 13 bei seiner Hin- und Herbewegung im Zylinder 14. Das Eingangssignal vom Temperatursensor 58 im Zy linderkopf 15 liefert Informationen zur Anzeige des Betriebszustandes der Maschine, beispielsweise ob sie kalt startet oder ob sie bei ihren normalen Tempera turen läuft. Mit Hilfe dieser Eingangssignale be stimmt die Steuereinheit 60 aus geeigneten, gespei cherten Diagrammen die Kraftstoffanforderung der Ma schine und die genaue Zeit innerhalb des Maschinenzy klus, bei der die Einspritzung des Kraftstoffes in den Zylinder 14 erfolgen und die Zündkerze 51 akti viert werden sollen. Zusätzlich bestimmt die Steuer einheit 60 aus dem Diagramm entsprechend Fig. 1 die geeignete Stellung des Drosselorgans 30 in dem Aus laßkanal 21, so daß der gewünschte Gasdurchfluß durch den Zylinder 14 zur Erzielung der gewünschten Höhe der Abgasemissionen erhalten wird. Die Steuereinheit 60 liefert an den Motor 57 ein Signal zum Betätigen des Drosselorgans 30 in die festgelegte Stellung.

Fig. 7 zeigt in einer vereinfachten Form den Aufbau der Steuereinheit 60. Der Luftdurchflußsensor 61, der dem oben Beschriebenen entspricht, ist in dem Luftweg zur Drosselklappe 62 angeordnet, wobei der Luftdurch flußsensor 61 ein sich direkt auf die Luftmenge für die Verbrennungsmaschine beziehendes Signal angibt. Das Ausgangssignal des Luftdurchflußsensors 61 ist eine Spannung, die sich in Übereinstimmung mit der Durchflußmenge befindet, wobei dieses Signal durch den Wandler 64 in ein geeignetes Eingangssignal für die Steuereinheit 60 umgewandelt wird. Dieses umge wandelte Luftdurchflußsignal wird dann mit Drehzahl signal in Umdrehungen pro Minute vom Sensor 59 kombiniert, wodurch ein Ausgangssignal APC geliefert wird, das die Luftmenge pro Zylinder pro Motorzyklus an gibt. Dieses APC-Signal wird dann vier in der Steuer einheit 60 einprogrammierten Diagrammen zugeführt, die sich auf das Luft-Kraftstoffverhältnis AFR auf den Zündzeitpunkt IT, auf den Kraftstoff-Einspritz zeitpunkt FIT und auf die Stellung EVP des Drosselor gans 30 im Auslaßkanal 21 beziehen. Außerdem erhält die Steuereinheit zur Bestimmung der Werte in den Diagrammen ein Signal vom Sensor 59, der die Umdre hungen pro Minute der Maschine und die Stellung des Kolbens 13 innerhalb des Motorzyklus angibt.

Das resultierende Ausgangssignal von dem Diagramm des Luft-Kraftstoffverhältnisses wird über den Dividierer 67 mit dem Signal der Luftmenge pro Zylinder pro Zy klus kombiniert, wodurch ein Signal FPC zur Angabe des Kraftstoffbedarfs der Maschine pro Zylinder pro Zyklus erzeugt wird, das der Kraftstoff-Dosier- und Einspritzeinheit 53 zur Steuerung der einzuspritzen den Kraftstoffmenge in jeden Zylinder pro Zyklus zu geführt wird. Das Ausgangssignal des Diagramms für den Zündzeitpunkt wird einer Zündzeitpunkt-Steuer einheit 65 zugeführt, so daß die Zündkerze 51 zu dem Zeitpunkt im Maschinenzyklus zündet, der unter Be rücksichtigung der Motordrehzahl und des Luftdurch flusses von dem Zündzeitpunktdiagramm festgelegt wur de. In gleicher Weise wird das Ausgangssignal des Diagramms für den Zeitpunkt der Kraftstoffeinsprit zung an die Kraftstoff-Dosier- und Einspritzeinheit 53 zur Festlegung der Zeitpunkte innerhalb des Ma schinenzyklus geliefert, zu denen die Einspritzung beginnen und enden soll. Das Ausgangssignal des Dia gramms für die Stellung des Drosselorgans 30 in dem Auslaßkanal 21 wird dem Motor 57 zur Einstellung des Drosselorgans 30 in die festgelegte Stellung zugeführt, die abhängig von dem Luftdurchfluß pro Zylin der pro Zyklus (Motorlast) und den Drehzahlsignalen bestimmt wurde. Vorzugsweise weist der Motor 57 ein Stellungs-Rückmeldesystem auf, durch das ein die ak tuelle Stellung des Drosselorgans 30 angebendes Si gnal an die Steuereinheit 60 geliefert wird, so daß die Stellung korrigiert werden kann, wenn sie nicht der durch das Diagramm vorgegebenen Stellung ent spricht. Der Zeitpunkt der Einspritzung von Kraft stoff wird durch das Diagramm für den Einspritzzeit punkt und die Steuereinheit gesteuert. Es kann aber auch ein Durchströmungskanal durch ein über die Steu ereinheit 60 betätigbares Ventil gesteuert werden.

In einem anderen Ausführungsbeispiel wird der Luft durchflußsensor 61 durch einen von dem Fahrer betä tigbaren Generator zur Erzeugung des Lastanforde rungssignals der Maschine ersetzt, das der Steuerein heit 60 zugeführt wird und direkt auf den Kraftstoff bedarf bezogen ist.

Es wurde oben beschrieben, daß der Kraftstoff in den Zylinder 14 zur Bildung einer geschichteten Luft- Kraftstoffverteilung eingespritzt wird, bei der der Bereich in unmittelbarer Nähe der Einspritzvorrich tung reich an Kraftstoff ist. Dieser Kraftstoff wird dem Zylinder 14 vorzugsweise derart zugeführt, daß er von Luft mitgerissen wird, um einen hohen Grad an Zerstäubung zu erreichen. Daher enthält die Kraft stoff-Dosier- und Einspritzeinheit 53 eine Kammer, in der die dosierte Menge an Kraftstoff gesammelt und von dort mit einem Luftimpuls in den Zylinder 14 ge liefert wird. Der Luftimpuls kann automatisch einen Kanal öffnen, um eine Verbindung mit der den Kraft stoff enthaltenden Kammer und dem Zylinder 14 herzu stellen. Die Schichtung des Kraftstoffes in der Luft innerhalb des Zylinders 14 wird durch eine besondere Ausbildung der Höhlung 50 in dem Zylinderkopf 15 un terstützt ebenso wie das Maß des Eindringens des Kraftstoffes in die Luftladung in dem Zylinder 14.

Claims

1. Zweitakt-Verbrennungsmaschine, welche einen Zylin der, einen sich in dem Zylinder hin- und herbewe genden Kolben, die beide miteinander eine Ver brennungskammer bilden, deren Volumen sich mit dem Hin- und Hergehen des Kolbens zyklisch verändert, einen die Verbrennungskammer mit einer Luftquelle verbindenden Lufteinlaßkanal und einen die Ver brennungskammer mit einer Abgaskammer verbindenden Auslaßkanal aufweist, wobei der Einlaß- und Aus laßkanal durch die Hin- und Herbewegung des Kol bens geöffnet und geschlossen werden und wobei der Verbrennungskammer durch den Einlaßkanal eine Luftladung zugeführt wird, die nach dem Schließen des Auslaßkanals durch die Bewegung des Kolbens komprimiert wird, eine dosierte Kraftstoffmenge in die Verbrennungskammer eingespritzt und das Ge misch gezündet wird und die Verbrennungsprodukte nach der Expansion in der Verbrennungskammer durch den Auslaßkanal ausgestoßen werden, in welchem sich ein Drosselorgan befindet, dadurch gekennzeichnet, daß die Lastanforderungen und die Drehzahl der Maschine während ihres Betriebes abgetastet werden und der Gasstrom in der Verbrennungskammer (17) in einem vorbestimmten Verhältnis zur Drehzahl und Last der Maschine gesteuert wird, indem die Posi tion des Drosselorgans (30) anhand eines für die Verbrennungsmaschine vorgegebenen dreidimensiona len Diagramms in Abhängigkeit von der Last und der Drehzahl so eingestellt wird, daß die Menge der in der Verbrennungskammer (17) zurückgebliebenen Ver brennungsprodukte so gesteuert wird, daß der Pegel der im Abgas enthaltenen Kohlenwasserstoffe unter halb einer vorbestimmten Grenze liegt.

2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lastanforderungen und die Drehzahl der Maschine unabhängig voneinander abgetastet werden und der Luftstrom in die Verbrennungskammer (17) in Übereinstimmung mit der abgetasteten Lastanfor derung gesteuert wird.

3. Maschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß zusätzlich das Timing des Öffnens und Schließens des Auslaßkanals (21) abhängig von der Drehzahl und der Lastanforderung der Maschine eingestellt wird.

4. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftstrom in die Verbrennungskammer (17) und der Strom der Verbrennungsprodukte aus der Verbrennungskammer (17) unabhängig voneinander gesteuert werden, wobei der Luftstrom in einem vorbestimmten Verhältnis zur abgetasteten Drehzahl und der Strom der Verbrennungsprodukte in einem vorbestimmten Verhältnis zur Drehzahl und Lastan forderung gesteuert werden.

5. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftstoff in die Verbren nungskammer (17) zur Bildung einer geschichteten Kraftstoff-Luft-Ladung in der Verbrennungskammer (17) eingespritzt wird.

6. Maschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die dosierte Kraftstoffmenge durch Mitführung in einem Gas in die Verbrennungskammer (17) einge spritzt wird.

7. Maschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellung des Drosselorgans (30) die Einstellung des Timing des Öffnens und Schließens des Auslaßkanals (21) umfaßt.