DE3690386C2 - Verfahren zum Betreiben eines fremdgezündeten Zweitakt-Verbrennungsmotors - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Be­ treiben eines fremdgezündeten Zweitakt-Verbrennungsmo­ tors nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Um eine gute Kraftstoffausnutzung und eine gute Steue­ rung der Abgasemissionen zu erzielen, ist es wünschens­ wert, die Stellung der zerstäubten Kraftstoffwolke in der Verbrennungskammer zu steuern. Es wurde festge­ stellt, daß die bevorzugte Stellung der Wolke nicht konstant ist und daß sie insbesondere mit der Motorlast und -geschwindigkeit variiert. In Zweitaktmotoren ist die Steuerung der Kraftstoffwolke insbesondere wichtig, um den Verlust von Kraftstoff durch den Abgas- bzw. Ab­ laßkanal zu begrenzen, der während zumindest einem Teil der Einspritzperiode des Kraftstoffes nicht vollständig geschlossen sein kann.

Es ist einzusehen, daß bei geringen Lasten und somit niedrigem Kraftstoffverbrauch der Grad der Verteilung des Kraftstoffs im Zylinder begrenzt sein sollte, um den Grad der Verdünnung des Kraftstoffs durch Mischen mit dem Gas in der Verbrennungskammer zu verringern. Die Verdünnung des Kraftstoffs ergibt ein mageres Ge­ misch, das schwieriger zu zünden ist und deren Verbren­ nung schwer aufrechtzuerhalten ist, bis die gesamte Kraftstoffladung verbrannt ist. Allerdings sollte bei großen Lasten und hohem Kraftstoffverbrauch der Vertei­ lungsgrad erhöht werden, um sicherzustellen, daß eine größere Kraftstoffmenge Zugang zu genügend Luft (Sauer­ stoffträger) bekommt, damit die Verbrennung des gesam­ ten Kraftstoffs erreicht wird.

Es ist bekannt, daß die Erzeugung einer geschichteten Kraftstoffladung in der Verbrennungskammer insbesondere bei niedrigen Motorlasten und Geschwindigkeiten wün­ schenswert ist, damit eine an Kraftstoff reiche Ladung in der Nähe der Zündkerze angeordnet wird. Bei niedri­ gen Motorgeschwindigkeiten besteht allerdings ein Zeit­ intervall zwischen Kraftstoffeinspritzung und Zündung, wodurch eine weite Verteilung des Kraftstoffs in der Verbrennungskammer ermöglicht wird. Weiterhin ist bei hohen Lasten und relativ hohen Motorgeschwindigkeiten, bei denen die Verteilung des Kraftstoffs wünschenswert ist, weniger Zeit zwischen Kraftstoffeinspritzung und Zündung für die Erzielung dieser Verteilung zur Verfü­ gung. Dieses Problem wird durch die Tatsache verstärkt, daß bisher allgemein geglaubt wurde, daß es wünschens­ wert sei, die Einspritzung des Kraftstoffs nach oder nur kurz vor dem Schließen des Auslaßkanals zu begin­ nen. Diese Praxis begründet sich auf dem Glauben, daß bei einer früheren Einspritzung ein Teil des neu einge­ spritzten Kraftstoffes durch den Ablaßkanal vor seiner Schließung herausgetragen würde. Allerdings sind solche Praktiken für die Erzielung der benötigten Kraftstoff­ verteilung bei jeweils niedrigen und hohen Motorge­ schwindigkeiten dienlich und tragen so zu einer mögli­ chen unvollständigen Verbrennung des Kraftstoffs und zu daraus resultierenden ungewünschten Abgasemissionen, inbesondere Kohlenwasserstoffe bei.

Aus der US 2 484 009 ist ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine bekannt, das jedoch keinen Zweitaktmotor betrifft. Der Ein- und Auslaß der Luft bzw. Gase wird durch Ventile gesteuert. Es werden sehr unterschiedliche Zündzeitpunkte bei den einzelnen in der US 2 484 009 beschriebenen Varianten desselben Mo­ tortyps genannt. Beispielsweise werden Zündzeitpunkte zwischen 70° und 54° vor dem oberen Totpunkt angegeben, die sich auf einen in Fig. 3 gezeigten Verbrennungsmo­ tor beziehen, bei dem eine Einspritzdüse so angeordnet ist, daß der Kraftstoff in einer im wesentlichen tan­ gentialen Richtung zum Verbrennungsraum eingespritzt wird. Eine Änderung des Einspritzwinkels verschiebt unmittelbar den Zündzeitpunktbereich. Eine Lastabhän­ gigkeit des Zündzeitpunktes ist aus der US 2 484 009 nicht ersichtlich.

US 2 958 313 und US 4 217 871 zeigen Brennkraftmaschi­ nen, bei denen Kraftstoff in einen einen Teil des Ver­ brennungsraums bildenden Hohlraum eingespritzt wird.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben eines fremdgezündeten Verbren­ nungsmotors vorzuschlagen, mit dem die Abgasemission einer Brennkraftmaschine mit einfachen Mitteln verrin­ gert wird. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs gelöst.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein Auslaßka­ nal in zeitlicher Übereinstimmung mit dem Arbeitsspiel des Motors geöffnet und geschlossen, um das Ausstoßen von Gasen aus der Verbrennungskammer zu steuern, wobei eine zugemessene Kraftstoffmenge direkt in die Verbren­ nungskammer eingespritzt wird, so daß bei niedrigen Motorlasten und Geschwindigkeiten mindestens 80% der zugemessenen Kraftstoffmenge zur Bildung einer ge­ schichteten Kraftstoffverteilung in der Gasladung in die Verbrennungskammer nach dem Schließen des Auslaßka­ nals geliefert wird und daß der Zündzeitpunkt des Kraftstoffs derart gesteuert wird, daß bei niedrigen Lastbedingungen die Zündung zwischen 40° und 70°, vor­ zugsweise zwischen 50° und 65° vor dem oberen Totpunkt des Arbeitszyklus erfolgt.

Die Zündung des Kraftstoffs an diesem Punkt im Arbeits­ spiel des Motors bewirkt eine Verbrennung, die im Kraftstoff am Zündpunkt beginnt, wenn die Gasladung nicht vollständig komprimiert wurde und die Verteilung des Kraftstoffs in einem großen Teil der Gasladung nicht aufgetreten ist. Es wird angenommen, daß die durch den Beginn der Verbrennung erzeugten hohen Drücke das Einströmen einer weiteren Gasladung in den mit Kraftstoff versehenen Bereich der Verbrennungskammer begrenzt wird, da die Kompression der Gasladung bei Hochgehen des Kolbens fortgesetzt wird, und begrenzt auch die Verteilung des Kraftstoffes in der Gasladung im Vergleich mit dem Fall, bei dem die üblicherweise späteren Zündzeitpunkte verwendet werden. Daher kann mit dem frühen Zündzeitpunkt eine Steuerung der Kraft­ stoffverteilung vorgenommen werden, die wesentlich ist bei niedrigen Lasten und Geschwindigkeiten, um die Ver­ brennung eines sehr hohen Anteils an Kraftstoff zu er­ zielen und so die Abgasemissionen, insbesondere Kohlen­ wasserstoffe zu begrenzen.

Die Zeiteinstellung der Kraftstoffeinspritzung in der Weise, daß der Kraftstoff im Verdichtungshub später nach dem Schließen des Auslaßkanals eingespritzt wird, stellt nur eine kurze Zeit für die Verteilung des Kraftstoffs in der Verbrennungskammer zur Verfügung. Dies ist bei niedrigen Lasten wünschenswert und insbe­ sondere bei niedrigen Motorlasten und Geschwindigkei­ ten. Auch bedeutet die Einspritzung des Kraftstoffs nach dem Schließen des Auslaßkanals eine etwas geringe­ re Bewegung der Gase in der Verbrennungskammer, was ebenfalls zur Begrenzung der Kraftstoffverteilung bei­ trägt. Selbstverständlich wird ein Abfließen des Kraft­ stoffes durch die Auslaßöffnung verhindert, wenn der Kraftstoff nach dem Schließen der Auslaßöffnung einge­ spritzt wird.

Allerdings wird bei hoher Motorlast der Kraftstoff frü­ her innerhalb des Arbeitsspiels des Motors einge­ spritzt, so daß die Einspritzung im wesentlichen bis zur Zeit des Schließens des Auslaßkanals vollendet ist. Dadurch steht mehr Zeit für die Verteilung des Kraft­ stoffs in der Verbrennungskammer als bei späteren Ein­ spritzzeitpunkten zur Verfügung, insbesondere im Ver­ gleich mit früher verwendeten Einspritzzeitpunkten, bei dem die Einspritzung im wesentlichen nach dem Schließen des Auslaßkanals für alle Betriebsbedingungen durchge­ führt wurde.

Bei vielen Motoren oder bei bestimmten Betriebsbedin­ gungen mit hoher Last und Geschwindigkeiten kann es vorteilhaft sein, wenn fast der gesamte Kraftstoff in die Verbrennungskammer geliefert ist, bevor der Auslaß­ kanal geschlossen wird, allerdings wird eine merkbare Verbesserung der Steuerung der Kraftstoffverteilung erzielt werden, wenn nur mindestens 80% der zugemesse­ nen Kraftstoffmenge so geliefert wird. In ähnlicher Weise wird bei niedrigen Geschwindigkeiten und Lasten eine merkbare Verbesserung dann erreicht, wenn minde­ stens 80% der zugemessenen Kraftstoffmenge nach dem Schließen der Auslaßöffnung geliefert wird, aber die Einspritzung wird üblicherweise bei diesen Betriebsbe­ dingungen nicht begonnen, bevor nicht der Auslaßkanal geschlossen ist.

Vorzugsweise kann bei niedrigen Lasten und Geschwindig­ keiten der Beginn der Einspritzung erst bei 10° oder selbst bei 5° Kurbelwinkel vor der Zündung der Kraft­ stoffladung in der Verbrennungskammer liegen.

Bei Betriebsbedingungen mit hohen Lasten wurde gefun­ den, daß die Kraftstoffeinspritzung vor dem unteren Totpunkt im Arbeitsspiel (maximales Verbrennungskammer­ volumen) insbesondere bei Geschwindigkeiten über 3000 U/min beginnen kann. In der Tat kann bei sehr ho­ hen Lasten und Geschwindigkeiten die Einspritzung vor dem Öffnen des Auslaßkanals beginnen, was üblicherweise vor dem unteren Totpunkt erfolgt.

Es ist selbstverständlich, daß zwischen dem Beginn der Aktivierung der Einspritzvorrichtung und der aktuellen Lieferung des Kraftstoffs in die Verbrennungskammer und für einige Einspritzvorrichtungen zwischen Beendigung der Kraftstofflieferung und dem aktuellen Schließen der Einspritzdüse eine Zeitverschiebung besteht. Daher be­ steht in der Praxis ein Unterschied zwischen der aktu­ ellen Zeit zwischen Beginn des Öffnens und dem endgül­ tigen Schließen der Einspritzdüse und dem Lieferzeit­ raum des Kraftstoffs. Dieser Faktor sollte bei der Be­ messung der in die Verbrennungskammer bei jedem ausge­ wählten Punkt im Arbeitsspiel gelieferten zugemessenen Kraftstoffmenge berücksichtigt werden.

Die oben beschriebene aus der frühen Zündung resultie­ rende Steuerung der Kraftstoffverteilung ist insbeson­ dere bei Motoren wirksam, die einen Hohlraum aufweisen, in den der Kraftstoff eingespritzt wird und in dem die Zündung beginnt. Bei diesen Motoren tritt ein Vermi­ schungseffekt auf, bei dem in einer späteren Verdich­ tungsstufe Ladegas lateral verschoben wird, um mit ho­ her Geschwindigkeit in den Hohlraum zu treten, wodurch ein hoher Mischungsgrad von Kraftstoff mit einem großen Teil des Ladegases auftritt. Allerdings wirkt der in einem derartigen Hohlraum erzeugte hohe Druck durch die frühe Zündung dem Vermischungseffekt entgegen und be­ grenzt die Mischung des Kraftstoffs mit dem Ladegas.

Niedrige und hohe Motorgeschwindigkeiten sind Bezeichnungen, die sich auf die jeweilige betrachtete Maschine beziehen und werden von dem Durchschnittsfachmann verstanden. Um aber einen allgemeinen Hinweis im Zusammenhang mit einem Zweitaktmotor für moderne kraftfahrzeug­ technische Anwendungen zu geben, können unter niedrigen Geschwindigkeiten solche unter 1500 U/min und unter hohen Geschwindigkeiten solche verstanden werden, die oberhalb von 50% der Maximalgeschwindigkeit liegen. Wenn die Leerlaufgeschwindigkeit über 1500 U/min liegt, dann würde die Leerlaufgeschwindigkeit als niedrige Geschwindigkeit gelten. Der oben angegebene Bereich hoher Motorgeschwindigkeiten kann für den Nichtfachmann als exzessiv breiter Bereich erscheinen, aber bei den normalen Fahrbedingungen von Kraftfahrzeugmotoren übersteigen die Geschwindigkeiten selten 50% der maximalen Geschwindigkeit.

In ähnlicher Weise werden die relativen Be­ zeichnungen niedriger und hoher Lasten von dem Durchschnittsfachmann verstanden. Auch wird als allgemeiner Hinweis im Zusammenhang auf einen Zweitaktmotor für die kraftfahrzeug­ technische Anwendung unter hohen Lasten solche Lasten verstanden werden, die größer als 75% der durch den Motor bei dieser Geschwindigkeit erzielbaren Vollast sind, während niedrige Lasten solche sind, die kleiner als 30% der durch den Motor bei der Geschwindigkeit erzielbaren Vollast sind.

Es ist selbstverständlich, daß der Hinweis auf die prozentuale Motorlast einen Prozentsatz der von dem Motor bei der bestimmten be­ trachteten Geschwindigkeit erzielbaren Vollast beinhaltet.

Die Erfindung wird näher in der folgenden Beschreibung eines typischen Motors und eines Kraftstoffeinspritzsystems unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch einen Zweitaktmotor, auf den das vorgeschlagene Verfahren der Steuerung der Verbrennung anwendbar ist,

Fig. 2 eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer Kraftstoff­ zumeß- und -einspritzvorrichtung zur Lieferung von Kraftstoff in den Motor nach Fig. 1, zusammen mit schematisch ange­ deuteten Verbindungen zu Zusatz­ geräten,

Fig. 3 und 4 eine Reihe von Diagrammen, die die Zeitpunkte der Kraftstoff­ einspritzung für unterschiedliche Geschwindigkeiten bei einem Motor nach Fig. 1 zeigen.

Fig. 1 zeigt eine Einzylinder-Zweitaktver­ brennungsmaschine 9 üblicher Konstruktion mit einem Zylinder 10, einem Kurbelgehäuse 11 und einem Kolben 12, der in dem Zylinder 10 hin- und hergeht. Der Kolben 12 ist über die Pleuelstange 13 mit der Kurbelwelle 14 verbunden. Das Kurbelgehäuse ist mit Lufteinlaßöffnungen 15 mit Luftklappen 19 versehen und drei Überströmkanäle (nur einer gezeigt) verbinden das Kurbelgehäuse mit entsprechen­ den Überströmöffnungen, von denen zwei bei 17 und 18 gezeigt sind und die dritte entspricht der Überströmöffnung 17 auf der gegenüber­ liegenden Seite von Öffnung 18.

Die Überströmöffnungen sind jeweils derart in der Wand des Zylinders 10 angeordnet, daß ihre jeweiligen oberen Kanten in derselben diametralen Ebene des Zylinders liegen. In der Wand des Zylinders 10 ist im wesentlichen gegenüberliegend zu der zentralen Überström­ öffnung 18 eine Auslaßöffnung 20 angeordnet. Die obere Kante der Auslaßöffnung liegt etwas oberhalb der diametralen Ebene der oberen Kanten der Überströmöffnungen und wird daher innerhalb des Arbeitstaktes später geschlossen.

Der lösbare Zylinderkopf 21 weist einen Ver­ brennungshohlraum 22 auf, in den eine Zündkerze 23 und eine Einspritzdüse 24 hineinragt. Der Hohlraum 22 ist im wesentlichen symmetrisch zu der axialen Ebene des Zylinders angeordnet, die sich durch die Mitte der Überströmöffnung 18 und der Auslaßöffnung 20 erstreckt. Der Hohlraum erstreckt sich durch den Zylinder von der direkt über der Überströmöffnung 18 liegenden Zylinderwand über die Mittellinie des Zylinders hinaus.

Der Querschnitt des Hohlraums 22 längs der oben benannten axialen Ebene des Zylinders ist im wesentlichen kreisbogenförmig am tiefsten Punkt bzw. Basis 28, wobei die Mittellinie des Bogens etwas näher zu der Mittellinie des Zylinders als zu der Zylinderwand über der Überströmöffnung 18 liegt. Das näher an der Zylinderwand über der Überströmöffnung liegende Ende der bogenförmigen Basis geht in eine relativ gerade Fläche 25 über, die sich an der Zylinderwand zur Unterfläche des Zylinder­ kopfes 21 erstreckt. Die Fläche 25 ist nach oben von der Zylinderwand zur bogenförmigen Basis 28 des Hohlraums hin geneigt.

Das gegenüberliegende oder innere Ende der bogenförmigen Basis 28 geht in eine relativ kurze steile Fläche 26 über, die sich zur Unterfläche 29 des Zylinderkopfes erstreckt. Die Fläche 26 trifft auf die Unterfläche 29 mit einem relativ steilen Winkel. Die gegen­ überliegenden Seitenwände des Hohlraums (von denen nur eine bei 27 gezeigt ist) sind im wesentlichen flach und parallel zu der obengenannten axialen Ebene des Zylinders und treffen daher ebenfalls mit einem steilen Winkel auf die Unterfläche 29 des Zylinderkopfes.

Die Einspritzdüse 24 ist an der tiefsten Stelle des Hohlraums 22 angeordnet, während die Zünd­ kerze 23 in der entfernt von der Überströmöffnung 18 liegenden Fläche des Hohlraums liegt. Somit wird die in den Zylinder eintretende Ladeluft längs des Hohlraums an der Einspritz­ düse 24 vorbei zu der Zündkerze geführt und transportiert in dieser Weise den Kraftstoff von der Düse zur Zündkerze. Weitere Einzel­ heiten über die Form des Hohlraums 22 und den daraus resultierenden Verbrennungsvorgang sind aus der britischen Patentanmeldung No. 8612607 vom 23. Mai 1986 entsprechend der US-Patent­ anmeldung vom 26. Mai 1986 mit dem Titel "Improvements Relating to Two Stroke Cycle Internai Combustion Engines" von Schlunke und Davis zu entnehmen, deren Offenbarungen in dieser Anmeldung mit eingeschlossen sind.

Die Form und die Anordnung des oben und in den genannten Patentanmeldungen beschriebenen Hohlraums 22 erzeugt eine geschichtete Kraft­ stoffverteilung in der Verbrennungskammer. Diese Schichtung wird weiterhin unterstützt durch die späte Zeiteinstellung der Kraftstoff­ einspritzung in den Hohlraum 22 bei niedrigen Lastbedingungen. Die Schichtung des Kraft­ stoffes wird weiterhin durch die Verwendung einer Düse mit geringer Spritzweite für die Einspritzung des Kraftstoffes unterstützt. Eine insbesonders geeignete Düse ist in der Beschreibung der australischen Patentanmeldung No. PHO1557 "Improvements Relating to Nozzles for Fuel Injection Systems", Erfinder Peter Ragg und Roy Brooks und in der entsprechenden US-Patentanmeldung beschrieben, deren Offen­ barung hierdurch in die Anmeldung mit aufgenommen werden soll.

Die Einspritzdüse 24 ist Teil eines Kraftstoff­ zumeß- und -einspritzsystems, bei dem in Luft mitgeführter Kraftstoff an die Verbrennungs­ kammer eines Motors über den Druck einer Luftquelle geliefert wird. Eine besondere Form einer solchen Kraftstoffzumeß- und -einspritzeinheit ist in Fig. 2 der Zeichnung dargestellt.

Die Kraftstoffzumeß- und -einspritzeinheit enthält eine geeignete handelsübliche Zumeß­ vorrichtung 30, beispielsweise einen Drossel­ körperinjektor, die mit dem Einspritzkörper 31 mit Haltekammer 32 verbunden ist. Der Kraft­ stoff wird durch die Kraftstoffpumpe 36 über einen Druckregulator aus dem Kraftstofftank 35 gezogen und über die Kraftstoffeinlaßöffnung 33 der Zumeßvorrichtung 30 zugeführt. Diese Kraftstoffzumeßvorrichtung arbeitet in der bekannten Weise und fördert eine zugemessene Kraftstoffmenge in die Haltekammer 32 in Übereinstimmung mit dem Kraftstoffbedarf des Motors. Überschüssiger, der Zumeßeinrichtung zugeführter Kraftstoff wird über die Kraftstoff­ auslaßöffnung 34 wieder in den Kraftstofftank 35 zurückgeführt. Der besondere Aufbau dieser Kraftstoffzumeßvorrichtung 30 ist allgemein bekannt und jede geeignete Vorrichtung kann verwendet werden.

Während des Betriebes wird die Haltekammer 32 durch von einer Luftquelle 38 über einen Druck­ regler 39 und die Lufteinlaßöffnung 45 im Körper 31 gelieferte Luft unter Druck gesetzt.

Das Einspritzventil 43 wird betätigt und die unter Druck stehende Luft befördert die zugemessene Kraftstoffmenge durch die Einspritz­ düse in die Verbrennungskammer des Motors. Das Einspritzventil 43 ist ein Tellerventil, das nach innen zur Verbrennungskammer öffnet, d. h. von der Haltekammer aus gesehen nach außen.

Das Einspritzventil 43 ist über einen Ventil­ stößel 44, der durch die Haltekammer hindurch­ geht, mit dem Anker 41 eines Magnetventils 47 gekoppelt, das im Einspritzkörper 31 liegt. Das Einspritzventil 43 ist durch die Teller­ feder 40 in die geschlossene Stellung vorge­ spannt und wird durch Erregen der Magnetspule 47 geöffnet.

Weitere Einzelheiten hinsichtlich der Betriebs­ weise dieses Kraftstoffeinspritzsystems ist in der australischen Patentanmeldung No. 32132/84 und der entsprechenden US-Patentanmeldung No. 740067 vom 2. April 1985 beschrieben, auf deren Offenbarungen hier hingewiesen werden soll.

Die Erregung des Magnetventils 47 ist in Abhängig­ keit von dem Arbeitstakt des Motors über einen geeigneten elektronischen Prozessor 50 zeitlich eingestellt. Der Prozessor erhält ein Eingangssignal von dem Geschwindigkeits­ sensor 51, wobei dieses Signal kennzeichnend für die Motorgeschwindigkeit ist und außerdem einen Referenzpunkt im Arbeitsspiel des Motors identifiziert, in bezug auf welchen die Operationen abhängig vom Arbeitsspiel des Motors zeitlich eingestellt werden können. Der Prozessor 50 erhält ebenfalls ein Signal vom Lastsensor 52, wobei dieses Signal kennzeichnend für die Luftdurchflußmenge in das Luftsaugsystem ist. Der Prozessor ist so programmiert, daß er aus dem Luftdurchflußmengensignal die Lastanforderung des Motors bestimmt. Weiterhin ist er so programmiert, daß er aus den Geschwindigkeits- und Lastbedingungen des Motors die geforderte Einstellzeit der Kraft­ stoffeinspritzung in die Verbrennungskammer festlegt.

Vorzugsweise enthält der Prozessor eine Mehrpunkt­ karte, die die geforderten Einspritzzeitpunkte für einen Motorlast- und Geschwindigkeitsbereich angibt, wobei diese Größen mit Hilfe von Tests festgelegt wurden, um die verlangten Motor­ leistungs- und -abgasemissionsniveaus zu erreichen. Der Prozessor ist ähnlich programmiert, um die Zündzeitpunkte des Motors in Abhängig­ keit von der Motorlast und Geschwindigkeit zu bestimmen und zu steuern.

Der Prozessor erzeugt in Übereinstimmung mit den oben angegebenen Festlegungen geeignete Signale für das Betätigungselement 53 des Injektors und für das Zündungsbetätigungs­ element 54, damit das Magnetventil 47 zum geforderten Kraftstoffeinspritzzeitpunkt erregt und die Zündkerze 23 zum geforderten Zündzeitpunkt aktiviert wird. Der allgemeine Aufbau der für die oben angegebene Verwendung geeigneten Last- und Geschwindigkeitssensoren sind in der Industrie allgemein bekannt, in gleicher Weise wie die Prozessoren zur Durchführung der von dem Prozessor 50 verlangten Funktionen.

Fig. 3 zeigt drei Diagramme für den Beginn und das Ende der Kraftstoffeinspritzung für drei verschiedene Motorgeschwindigkeiten im niedrigen Geschwindigkeitsbereich, wie sie in Abhängigkeit von der Motorlast gesteuert werden. Diagramm A gilt für eine Geschwindigkeit von 1100 U/min, Diagramm B für 1300 U/min und Diagramm C für 1500 U/min. Die dargestellten Daten stammen aus Versuchen mit einer Zweitakt­ maschine gemäß Fig. 1, bei der der Abgaskanal 270° vor dem oberen Totpunkt (BTDC) öffnet und bei 90° vor dem oberen Totpunkt schließt.

Fig. 4 zeigt drei Diagramme des Einspritz­ zeitpunktes auf der gleichen Grundlage wie in Fig. 3, aber für drei Motorgeschwindig­ keiten im hohen Geschwindigkeitsbereich des gleichen Motors. Diagramm D gilt für eine Geschwindigkeit von 3000 U/min, Diagramm E für 3750 U/min und Diagramm F für 4500 U/min.

Die Diagramme in den Fig. 3 und 4 zeigen den Beginn und das Ende der Einspritzung relativ zum Kurbelwinkel vor dem oberen Totpunkt im Arbeitsspiel des Motors in Abhängigkeit von der Motorlast, die durch die Luftladung pro Arbeitsspiel für jeden Zylinder des Motors gemessen in Milligramm dargestellt wird. Die Luftladung steht in direkter Verbindung zur Motorlast.

Die durchgezogene Linie gilt für den Beginn der Kraftstoffeinspritzung und die gestrichelte Linie für das Ende der Kraftstoffeinspritzung.

Aus den sich auf die niedrigen Geschwindigkeits­ bereiche beziehenden Diagrammen nach Fig. 3 ist zu erkennen, daß die Kraftstoffeinspritzung weit nach Schließen des Abgaskanals, das bei 90° vor dem oberen Totpunkt auftritt, beginnt und daß bei 1100 U/min diese Situation über einen großen Teil des Lastbereiches besteht. Aus den drei Diagrammen ist weiterhin zu erkennen, daß der Beginn der Einspritzung anfängt sich in Richtung des Schließens des Abgaskanals bei stetig niedrigeren Motor­ lasten zu bewegen, wenn die Motorgeschwindigkeit steigt. Aber selbst bei 1500 U/min liegt er noch weit nach dem Schließen des Abgaskanals und der Beginn der Einspritzung fängt nicht an sich in Richtung Schließen des Abgaskanales zu bewegen bis ungefähr 25% der Vollast und bewegt sich nicht in die vorhergehende Schließ­ periode des Abgaskanals hinein bis der Motor bei ungefähr über 50% der Vollast arbeitet.

Es versteht sich von selbst, daß bei niedrigen Geschwindigkeiten mindestens 80% und vor­ zugsweise der gesamte Kraftstoff nach dem Schließen des Abgaskanals bei Lasten bis zu 25% der erreichbaren Vollast bei der bestimmten Geschwindigkeit eingespritzt wird.

Die Diagramme für die hohen Geschwindigkeiten nach Fig. 4 zeigen eine Weiterverfolgung des in Verbindung mit Fig. 3 beschriebenen Trends dahingehend, daß bei steigender Motorgeschwindig­ keit der Beginn des Einspritzzeitraumes sich stetig früher im Arbeitsspiel des Motors verschiebt. Bei 3000 U/min und Lasten über ungefähr 60% der Vollast beginnt und endet die Einspritzung vor dem Schließen des Abgas­ kanals. Bei Steigen der Motorgeschwindigkeit fällt die Last stetig, bei der der gesamte Kraftstoff vor dem Schließen des Abgaskanals eingespritzt ist. Bei 4500 U/min ist der gesamte Kraftstoff vor Schließen des Abgaskanals bei allen Lasten oberhalb von ungefähr 30% der Vollast eingespritzt.

Bei den für die Diagramme nach Fig. 4 geltenden Geschwindigkeiten liegt der Beginn der Ein­ spritzung vor dem unteren Totpunkt (180° vor dem oberen Totpunkt) für alle Lasten über ungefähr 60% der Vollast und bei steigender Geschwindigkeit fällt dieser Prozentsatz der Vollast. Bei 4500 U/min existiert der Beginn der Einspritzung vor dem unteren Totpunkt bei allen Lasten über ungefähr 15% der Maximal­ last. Es sei darauf hingewiesen, daß bei 3750 U/min und bei sehr hohen Lasten die Einspritzung früher als 270° vor dem oberen Totpunkt beginnt, dies liegt selbst noch vor dem Öffnen des Abgaskanals.

In der vorliegenden Beschreibung wurde besonders auf die Verwendung der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit einer funkengezündeten Zweitaktmaschine hingewiesen, allerdings ist es selbstverständlich, daß die Erfindung auch für Viertaktmotoren anwendbar ist.

Die Erfindung ist ebenfalls anwendbar für Verbrennungsmaschinen jedweder Anwendung, aber sie ist insbesondere nützlich in Hinsicht auf Kraftstoffeinsparung und Steuerung der Abgasemissionen in Motoren für Fahrzeuge einschließlich Automobile, Motorrädern und Bootsmotoren einschließlich Außenbordmotoren.

Bei dieser Beschreibung soll die Bezeichnung "hohe Lasten und Geschwindigkeiten" dahingehend ausgelegt werden, daß sowohl hohe Lasten als auch hohe Geschwindigkeiten als gleichzeitig auftretende Bedingungen für den Motor auf­ treten, eher als alternative Bedingungen. Entsprechend beziehen sich "niedrige Lasten und Geschwindigkeiten" auf eine Situation, wobei beide Gegebenheiten gleichzeitig auftreten.

Claims (8)

1. Verfahren zum Betreiben eines fremdgezündeten Zweitakt-Verbrennungsmotors mit Einlaß- und Aus­ laßöffnungen, die durch einen Hubkolben geöffnet und geschlossen werden, bei dem eine zugemessene Kraftstoffmenge direkt in die Verbrennungskammer des Motors eingespritzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Zündpunkt des Kraftstoffs derart gesteuert wird, daß bei gewissen Zuständen niedriger Motor­ last die Zündung bei einem Kurbelwinkel zwischen 50° und 65° vor dem oberen Totpunkt des Arbeits­ zyklus des Motors erfolgt und daß die Einspritzung des Kraftstoffs vor der Zündung begonnen wird und mindestens 80% des Kraftstoffs nach dem Schließen der Auslaßöffnung zur Erzeugung einer geschichte­ ten Kraftstoffverteilung in der Gasladung in der Verbrennungskammer eingespritzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zündzeitpunkt des Kraftstoffs derart ge­ steuert wird, daß bei Motorlasten unter 25% der maximalen Last, die bei der Arbeitsgeschwindigkeit der Maschine erzielbar ist, die Zündung bei einem Kurbelwinkel zwischen 50° und 65° vor dem oberen Totpunkt erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß bei geringen Lasten und Geschwindig­ keiten die Kraftstoffeinspritzung in die Verbren­ nungskammer bei 5° bis 10° vor der Zündung des Kraftstoffs beginnt.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Auslaßöffnung bei etwa 90° vor dem oberen Totpunkt schließt.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zugemessene Kraft­ stoffmenge in einem Gas zur Bildung einer Kraft­ stoff-Gasladung mitgeführt wird, wobei zur Liefe­ rung des Kraftstoffs in die Verbrennungskammer diese Ladung in die Verbrennungskammer einge­ spritzt wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennungskammer teilweise in einem Zylinderkopf des Motors ausge­ bildet ist und daß der Kraftstoff über den Zylin­ derkopf in die Verbrennungskammer eingespritzt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinderkopf einen einen Teil der Verbren­ nungskammer bildenden Hohlraum aufweist, und daß der Kraftstoff in den Hohlraum eingespritzt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündung des Kraftstoffs in dem Hohlraum ausgelöst wird.