DE3924770A1

DE3924770A1 - Kraftstoffeinspritz-regelsystem fuer eine zweitaktbrennkraftmaschine

Info

Publication number: DE3924770A1
Application number: DE3924770A
Authority: DE
Inventors: Koji Morikawa
Original assignee: Fuji Jukogyo KK; Fuji Heavy Industries Ltd
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 1988-07-29
Filing date: 1989-07-26
Publication date: 1990-02-01
Also published as: GB8917309D0; GB2222005A; US4957089A; JPH0240042A; GB2222005B

Description

Die Erfindung betrifft ein Kraftstoffeinspritz-Regelsystem für eine Zweitaktbrennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1, wobei es sich hier um ein direkt einspritzen des System handelt.

Es gibt verschiedene Verfahren, wie man Kraftstoff einer Zwei taktbrennkraftmaschine zuführen kann. Bei einem Verfahren wird Kraftstoff mit Luft zur Bildung eines brennbaren Gemisches ver mischt, woraufhin das Gemisch einem Zylinder der Maschine zu geführt wird. Ein Teil des Kraftstoffes weicht aus dem Zylin der über eine Auslaßöffnung beim Spülen des Zylinders. Um nun zu verhindern, daß Kraftstoff durch die Auslaßöffnung entweicht wurde ein Verfahren vorgeschlagen, bei welchem nur Luft in den Zylinder gefördert und der Kraftstoff direkt in den Zylinder über einen Einspritzer eingespritzt werden.

Aus der japanischen Patentanmeldung mit der Offenlegungsnummer 62-1 13 819 ist eine Zweitaktbrennkraftmaschine bekannt, die mit einem ersten und einem zweiten Spülkanal versehen ist. Der erste Spülkanal ist mit einer ersten Drosselklappe und einem Kraftstoffeinspritzer versehen, um einem Zylinder der Maschi ne ein brennbares Gemisch zuzuführen. Der zweite Spülkanal ist vorgesehen, um Luft zuzuführen. Die Kraftstoffmenge wird in Übereinstimmung mit der Maschinendrehzahl und einem Signal aus einem Luftströmungsmesser errechnet. Der Zylinder wird zunächst mit Luft gespült, daraufhin erfolgt die Zufuhr des brennbaren Gemisches. Bei dem System muß Frischluft sehr schnell von den beiden Spülkanälen zugeführt werden, um einen hinreichenden Spülvorgang zu gewährleisten. Demzufolge wird die Struktur des Steuersystems kompliziert. Somit wäre es von Vorteil, ein Direkt- Kraftstoffeinspritzsystem vorzusehen, um den Kraftstoff direkt in den Zylinder einzuspritzen.

Weiterhin entweicht ein Teil der Einlaßluft unvermeidbar aus dem Zylinder beim Spülen, ohne bei der Gemischbildung mitzu wirken. Nachdem die vom Luftströmungsmesser festgestellte Ein laßluftmenge auch die entweichende Luft umfaßt, kann das Luft/ Kraftstoff-Verhältnis des Gemisches nicht exakt geregelt wer den.

Es ist also notwendig, die Kraftstoffmenge basierend auf der Menge an Luft, die in den Zylinder eingelassen wird, abzüglich der aus dem Zylinder entweichenden Luftmenge festzulegen.

Um nun die Einlaßluftmenge abzüglich der Auslaßluftmenge basie rend auf der vom Luftströmungsmesser festgestellten Luftmenge zu errechnen, ist ein kompliziertes System mit einem Speicher und einem Rechner notwendig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kraftstoffein spritz-Regelsystem für eine Zweitaktbrennkraftmaschine der ein gangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, daß die Menge an Kraftstoff möglichst exakt basierend auf der Einlaßluftmen ge für einen Zylinder der Brennkraftmaschine regelbar ist.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein System zum Regeln der Kraftstoffeinspritzmenge für eine Zweitaktbrennkraftmaschi ne mit mindestens einem Zylinder vorgeschlagen, die eine Spül öffnung, eine Auslaßöffnung, einen mit der Spülöffnung kommu nizierenden Einlaßkanal, einen Kraftstoffeinspritzer zum direk ten Einspritzen von Kraftstoff in den Zylinder und eine Spül pumpe aufweist, die im Einlaßkanal vorgesehen ist, um dem Zylinder Luft zuzuführen.

Das System umfaßt einen Drucksensor im Einlaßkanal zum Fest stellen des Druckes der Spülluft, die von der Spülpumpe gelie fert wird und zum Abgeben eines Spülluft-Drucksignals, einen Maschinendrehzahlsensor zum Feststellen der Maschinendrehzahl und Abgeben eines Maschinendrehzahlsignals, einen ersten Spei cher zum Speichern einer Vielzahl von Daten in bezug auf die Einlaßluftmenge in den Zylinder abzüglich der ausströmenden Luftmenge beim Spülen des Zylinders, erste Einrichtungen zum Herleiten der Menge von Einlaßluft aus der Tabelle in Überein stimmung mit dem Spüldrucksignal und dem Maschinendrehzahlsig nal und Rechnereinrichtungen zum Errechnen der vom Kraftstoff einspritzer einzuspritzenden Kraftstoffmenge, basierend auf der Menge an Einlaßluft, die in den Zylinder eingeführt wird.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfaßt das System weiterhin einen zweiten Speicher, der eine Vielzahl von Daten in Abhängigkeit von einem gewünschten Luft/Kraftstoff- Verhältnis speichert, zweite Einrichtungen zum Herleiten eines Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnisses aus dem zweiten Speicher in Übereinstimmung mit dem Spüldrucksignal und dem Maschinendreh zahlsignal, wobei die Rechnereinrichtungen derart ausgebildet sind, daß die Errechnung der Kraftstoffmenge basierend auf dem hergeleiteten Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis erfolgt.

Weitere erfindungswesentliche Merkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung, die im folgenden anhand von Abbildungen näher erläutert werden. Hierbei zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer bevorzugten Aus führungsform einer Zweitaktbrennkraftmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 ein Blockdiagramm zur Erläuterung einer Regeleinheit gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 3a eine grafische Darstellung der Luftmenge, die in den Zylinder einer Maschine eingeführt wird,

Fig. 3b eine grafische Darstellung zur Erläuterung eines Soll- Luft/Kraftstoff-Verhältnisses, und

Fig. 4 ein Flußdiagramm zur Erläuterung der Wirkungsweise des Systems bzw. des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Wie in Fig. 1 gezeigt, umfaßt eine Zweitaktbrennkraftmaschine 1 einen Zylinder 2, einen Kolben 3 im Zylinder 2, eine Pleuel stange 6, die mit dem Kolben 3 und einer Kurbelwelle 5 in ei nem Kurbelgehäuse 4 verbunden ist. Ein Gegengewicht 7 ist an der Kurbelwelle 5 so montiert, daß das Massenträgheitsmoment des im Zylinder 2 hin und her gehenden Kolbens 3 reduziert bzw. kompensiert wird.

In einer Wand des Zylinders 2 sind eine Auslaßöffnung 11 und eine Spülöffnung 16 in einem Winkelabstand von 90° gegenein ander versetzt oder aber einander gegenüberliegend angebracht. Die Öffnungen 11 und 16 sind so ausgebildet, daß sie in bezug auf die Position des Kolbens 3 zu vorbestimmten Zeitpunkten öffnen bzw. schließen.

Oben in einer Brennkammer 8 des Zylinders 2 sind ein Kraft stoffeinspritzer 10 und eine Zündkerze 9 vorgesehen. Der Einspritzer 10 ist von der Art, bei welcher eine vorbestimmte Kraftstoffmenge zusammen mit komprimierter Luft in Form eines Luft/Kraftstoff-Gemisches eingespritzt wird.

Kraftstoff aus einem Kraftstofftank 23 wird dem Einspritzer 10 über eine Kraftstoffleitung 20 mit einem Filter 21, einer Pumpe 22 und einem Druckregler 24 zur Konstanthaltung des Kraftstoffdruckes auf einem vorbestimmten Druckpegel zugeführt. Der Kraftstoff wird mit Luft vermischt, die dem Einspritzer 10 über einen Kompressor 28 und eine Luftleitung 25 mit einem Sammler bzw. Ausgleichsbehälter 27 und über einen Druckregler 26 zugeführt wird.

Die Maschine 1 wird mit Luft durch einen Luftfilter 34, eine Verdrängungs-Spülpumpe 33, einen Zwischenkühler 32 zum Kühlen der Spülluft, ein Einlaßrohr 30 mit einer Spülkammer 31 zum Dämpfen von Spülluft-Druckwellen versorgt, die dann auftreten, wenn die Spülöffnung 16 öffnet oder schließt. Zur Umgehung der Spülpumpe 33 mit dem nachgeschalteten Zwischenkühler 32 ist ein Bypass 35 vorgesehen. Der Bypass 35 ist mit einem Steuer ventil 36 versehen. Abgas der Maschine 1 wird über die Auslaß öffnung 11, ein Auslaßrohr 12 mit Katalysator 13, eine Auslaß kammer 14 und einen Schalldämpfer 15 abgelassen.

Die Spülpumpe 33 steht in Wirkverbindung mit der Kurbelwelle 5 über eine Getriebeeinrichtung 37, die einen endlosen Riemen aufweist, der über eine Kurbelwellenriemenscheibe und eine Pumpenriemenscheibe läuft. Die Spülpumpe 33 wird von der Kur belwelle 5 über die Getriebeeinrichtung 37 angetrieben, um einen Spüldruck zu erzeugen.

Ein Fahrpedal 40 steht in Wirkverbindung mit dem Steuerventil 36 über eine Ventilsteuerung 41. Der Öffnungsgrad des Steuer ventils 36 wird von der Steuerung 41 so gesteuert, daß er um gekehrt proportional zum Grad des Niederdrückens des Fahrpedals 40 ist.

Ein Spüldrucksensor 42 ist in der Spülkammer 31 vorgesehen, um den Spüldruck der Spülluft abzutasten, die von der Spülpumpe 33 geliefert und vom Steuerventil 36 eingestellt wird, um so die Betriebsbedingungen festzustellen. Weiterhin ist der Maschinendrehzahlsensor 43 vorgesehen, der ebenfalls Betriebs bedingungen der Maschine feststellt.

Ausgangssignale aus den Sensoren 42 und 43 werden einer Regel einheit 45 zugeführt, die ein Zündsignal, ein Lufteinspritz pulssignal und ein Kraftstoffeinspritzpulssignal der Zündkerze 9 bzw. dem Einspritzer 10 zuführt.

Wie in Fig. 2 gezeigt, umfaßt die Regeleinheit 45 eine Einrich tung 46 zum Feststellen der Maschinenbetriebsbedingungen, wel cher der Spüldruck D und die Drehzahl N aus den Sensoren 42 und 43 zugeführt werden. Das Ausgangssignal der Einrichtung 46 zum Feststellen der Maschinenbetriebsbedingungen wird einer Zylin derluftmengen-Bestimmungseinrichtung 47 und einer Soll-Luft/ Kraftstoff-Bestimmungseinrichtung 48 zugeführt. Die Zylinder luftmengen-Bestimmungseinrichtung 48 ist so ausgebildet, daß eine Luftmenge QT im Zylinder aus einer Tabelle abgeleitet wird, die in einem Speicher 49 gespeichert ist. Der Speicher 49 spei chert eine Vielzahl von Daten in Beziehung zur Luftmenge QT im Zylinder, welche aus Experimenten in Übereinstimmung mit dem Spüldruck D und der Maschinendrehzahl N hergeleitet wurden. Die Menge an Luft QT stellt die Menge von Luft dar, die tatsächlich im Zylinder 2 bei jedem Operationszyklus der Maschine zugeführt wird, wobei dieser Wert durch Subtraktion der entweichenden Luftmenge von der Spülluftmenge gewonnen wird, welche von der Spülpumpe 33 zugeführt wird. Wie in Fig. 3a gezeigt, ist die Luftmenge QT eine ansteigende Funktion des Spüldrucks D.

Die Soll-Luft/Kraftstoff-Bestimmungseinrichtung 48 ist so aus gebildet, daß sie ein Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis Ad aus einer Tabelle herleitet, die im Speicher 50 vorgesehen ist. Der Speicher 50 speichert eine Vielzahl von Daten in Abhängig keit von einem Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis Ad, die in Über einstimmung mit dem Spüldruck D und der Maschinendrehzahl N gespeichert sind, wie dies in Fig. 3b gezeigt ist. Die Luft menge QT im Zylinder und das Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis Ad aus dem Abschnitt 47 bzw. 48 werden einem Kraftstoffein spritzmengenrechner 51 zugeleitet, der eine Menge Ti an ein zuspritzendem Kraftstoff über die Gleichung Ti = f-QT/Ad herleitet. Ein Kraftstoffeinspritzsignal entsprechend der er rechneten Kraftstoffeinspritzmenge Ti wird einem Treiber 52 zugeleitet, der ein Kraftstoffeinspritzpulssignal und ein Luft einspritzpulssignal zum Treiben des Kraftstoffeinspritzers 10 erzeugt.

Im folgenden wird die Wirkungsweise der so ausgebildeten Zwei taktbrennkraftmaschine beschrieben.

Luft aus der Spülpumpe 33 wird nach Kühlung im Zwischenkühler 32 der Einlaßseite der Spülpumpe 33 über den Bypass 35 wieder zugeführt. Nachdem der Öffnungsgrad R des Steuerventils 36 um gekehrt proportional zum Grad des Niederdrückens R des Fahr pedals 40 eingestellt wird, wird dann, wenn der Niederdrückgrad R des Fahrpedals gering ist, das Steuerventil 36 weit geöffnet. Demzufolge wird eine große Menge an Luft der Einlaßseite der Spülpumpe 33 zugeführt. Demzufolge strömt eine geringe Luft menge entsprechend einem geringen Niederdrücken des Fahrpedals in den Zylinder 2, um zu spülen, ohne dabei Pumpenverluste zu verursachen. Wenn der Grad des Niederdrückens R ansteigt, so steigt die in den Zylinder 2 gedrückte Luftmenge unter Schlie ßung des Steuerventils 36 an.

Wenn der Kolben 3 eine Position nahe des unteren Totpunktes wie in Fig. 1 gezeigt erreicht, so öffnet die Spülöffnung 16 eben so wie die Auslaßöffnung 11, so daß Einlaßluft, deren Menge von der Stellung des Fahrpedals 40 abhängt, durch die Spülpumpe 33 über den Zwischenkühler 32 und die Spülöffnung 16 in den Zylin der 2 gefördert wird. Demzufolge wird verbranntes Gas im Zylin der 2 ausgespült, so daß frische Einlaßluft innerhalb kurzer Zeit in diesen eintritt. Wenn während des Kompressionshubes der Kolben 3 ansteigt, so schließen beide Öffnungen 11 und 16. Nun wird ein Quantum von Kraftstoff, das im Einspritzer 10 gesammelt ist, in Übereinstimmung mit dem Kraftstoffeinspritzpulssignal aus der Regeleinheit 45 über die komprimierte Luft als Luft/ Kraftstoff-Gemisch eingespritzt, wobei die Luft in Übereinstim mung mit dem Luftpulssignal zugeführt wird. Die Mischung wird in der Brennkammer mit der Spülluft verwirbelt und über die Zündkerze 9 kurz vor dem oberen Totpunkt gezündet. Nach der Zündung steigt der Kolben 3 im Leistungshub ab. Dementsprechend wird die Auslaßöffnung 11 geöffnet, so daß verbranntes Gas im Zylinder 2, das sich noch unter hohem Druck befindet, ausströmt. Wenn der Kolben 3 weiter absteigt, so beginnt wieder von neuem der zuvor beschriebene Einlaßhub, bei welchem der Zylinder 2 gespült wird.

Im folgenden wird der Betrieb der Anordnung bzw. wird das er findungsgemäße Verfahren unter Bezug auf das Flußdiagramm nach Fig. 4 beschrieben. Hier werden Signale D und N von den Senso ren 42 und 43 ausgelesen und Maschinenbetriebsbedingungen wer den in einem Schritt S 1 im Abschnitt 46 zur Feststellung der Maschinenbetriebsbedingungen festgestellt. Spülluft mit einem gewissen Druck wird in den Zylinder 2 zum Ausspülen des ver brannten Gases aus dem Zylinder eingeführt. Zu diesem Zeitpunkt entweicht ein Teil der Spülluft aus dem Zylinder durch die Aus laßöffnung zusammen mit dem verbrannten Gas. In einem Schritt S 2 wird in Übereinstimmung mit dem Spüldruck D und der Maschi nendrehzahl N die Menge QT an Einlaßluft im Zylinder aus der Tabelle im Speicher 49 mittels der Zylinderluftmengen-Bestim mungseinrichtung 47 ausgelesen. Weiterhin wird ein Soll-Luft/ Kraftstoff-Verhältnis mittels der Soll-Luft/Kraftstoff-Bestim mungseinrichtung 48 aus der Tabelle im Speicher 50 ausgelesen. In einem Schritt S 3 wird eine Menge von einzuspritzendem Kraft stoff Ti im Kraftstoffeinspritz-Mengenrechner 41 errechnet und zwar basierend auf der Einlaßluftmenge QT und dem Soll-Luft/ Kraftstoff-Verhältnis Ad. In einem Schritt S 4 wird die Menge an Kraftstoff Ti vom Einspritzer 10 in den Zylinder 2 ein gespritzt. Auf diese Weise wird das Luft/Kraftstoff-Verhältnis im Zylinder in Übereinstimmung mit einem Soll-Luft/Kraftstoff- Verhältnis eingestellt.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist in der Spülkammer 31 ein Temperatursensor vorgesehen, um das Luft/ Kraftstoff-Verhältnis zu korrigieren. In diesem Fall gelingt eine noch genauere Einstellung des Luft/Kraftstoff-Verhältnis ses.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Menge an einzuspritzen dem Kraftstoff basierend auf der Menge an Luft geregelt, die in den Zylinder eingelassen wird. Auf diese Weise wird sowohl das Luft/Kraftstoff-Verhältnis als auch die Menge an ein gespritztem Kraftstoff genau eingestellt, so daß dadurch der Kraftstoffverbrauch, die Abgasemission und das Fahrverhalten des Kraftfahrzeugs verbessert werden.

Claims

1. Kraftstoffeinspritz-Regelsystem für eine Zweitaktbrennkraft maschine mit mindestens einem Zylinder (2) einer Spülöffnung (16), einer Auslaßöffnung (11), einem Einlaßkanal (30, 31), der mit der Spülöffnung (16) kommuniziert, einem Kraftstoff einspritzer (10) zum Einspritzen von Kraftstoff direkt in den Zylinder (2), und mit einer Spülpumpe (33) in dem Ein laßkanal (30, 31) zum Zuführen von Luft zum Zylinder (2), gekennzeichnet durch
einen Drucksensor (42) im Einlaßkanal (30, 31) zum Abtasten des Drucks von Spülluft, die von der Spülluftpumpe (33) geliefert wird, der ein Spüldrucksignal (D) abgibt,
einen Maschinendrehzahlsensor (43) zum Abtasten der Maschi nendrehzahl, der ein Maschinendrehzahlsignal (N) abgibt, einen ersten Speicher (49), der derart ausgebildet ist, daß eine Vielzahl von Daten in Beziehung zur Einlaßluftmenge für den Zylinder abzüglich der beim Spülen des Zylinders entweichenden Luft speicherbar ist,
erste Einrichtungen (47) zum Herleiten der Menge von Einlaß luft aus der Tabelle in Übereinstimmung mit dem Spüldruck signal (D) und dem Maschinendrehzahlsignal (N), und durch Rechnereinrichtungen (51) zum Errechnen der Menge (QT) von Kraftstoff, der durch den Kraftstoffeinspritzer (10) ein gespritzt werden soll, basierend auf der Menge von Einlaß luft, die in den Zylinder eingeführt wird.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter Speicher (50) vorgesehen ist, der derart ausgebil det ist, daß eine Vielzahl von Daten in Beziehung zu einem Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis speicherbar ist, daß zweite Einrichtungen (48) zum Herleiten eines Soll-Luft/Kraftstoff- Verhältnisses (Ad) aus dem zweiten Speicher (50) in Über einstimmung mit dem Spüldrucksignal (D) und dem Maschinen drehzahlsignal (N) herleitbar sind, und daß die Rechnerein richtungen (51) derart ausgebildet sind, daß die einzuspritzen de Kraftstoffmenge (Ti) weiterhin basierend auf dem Soll- Luft/Kraftstoff-Verhältnis (Ad) errechenbar ist.