DE3937867C2

DE3937867C2 -

Info

Publication number: DE3937867C2
Application number: DE3937867A
Authority: DE
Inventors: Toshiharu Katsuta Ibaraki Jp Nogi; Teruo Farmington Hills Mich. Us Yamauchi; Yoshishige Katsuta Ibaraki Jp Ohyama
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1988-11-16
Filing date: 1989-11-14
Publication date: 1991-05-16
Anticipated expiration: 2009-11-15
Also published as: DE3937867A1; JPH02136560A; KR900008157A; JP2848491B2; US5027778A; KR0144366B1; DE3937867C3

Description

Die Erfindung betrifft eine Einspritzregeleinrichtung für eine Brennkraftmaschine gemäß den Oberbegriffen der unabhängigen Ansprüche 1 und 12. Eine solche Einspritz regeleinrichtung ist aus Bosch Technische Berichte 7 (1981) 3, Seiten 139 bis 151 bekannt.

Bei einer Brennkraftmaschine wie etwa einem Benzinmotor etc. wirkt sich die Erzielung eines hohen Verdichtungs verhältnisses in einer Verbesserung des thermischen Wir kungsgrads des Motors aus. Bei dem Versuch, ein hohes Verdichtungsverhältnis des Motors zu erzielen, tritt je doch das Problem von Klopfen auf.

Bisher wurden verschiedene Vorschläge hinsichtlich der Verfahren zur Erhöhung des Verdichtungsverhältnisses ge macht, wobei Klopfen nicht auftreten sollte. So ist bei spielsweise ein Verfahren bekannt, bei dem das Auftreten von Klopfen in einem kritischen Zustand durch Regelung des Zündzeitpunkts unter Anwendung eines Klopfsensors unterdrückt wird.

Ferner ist ein Verfahren bekannt, bei dem das Kraftstoff- Luft-Verhältnis (A/F-Verhältnis) des Gemischs im Bereich einer Zündkerze fetter gemacht wird, und zwar durch die Gemischverhältnisverteilung im Zylinder. Dieses Verfahren ist z. B. in der JP-OS 1 79 328/1982 angegeben.

Es ist allgemein bekannt, daß Klopfen im Motor eine Er scheinung ist, bei der im Bereich einer Wandfläche eines Teils einer Brennkammerinnenfläche, die die Wandfläche eines Zylinders oder eine Oberfläche eines Kolbens ist, eine frühere Zündung als die Zündung des Gemischs durch die Zündkerze erfolgt. Eine wirksame Gegenmaßnahme besteht darin, die Zündfähigkeit des Kraftstoff-Luft-Gemischs zu verringern.

Im Hinblick auf eine Stabilisierung der Verbrennung im Motor ist es ferner erwünscht, daß die charakteristische Zündeigenschaft des Kraftstoff-Luft-Gemischs verbessert wird. Wenn die Verbrennung instabil ist, wird der Ver brennungs-Wirkungsgrad des Motors geringer, und der Kraft stoffverbrauch des Motors steigt.

Bei den angegebenen konventionellen Verfahren zur Ein spritzregelung besteht das Problem der Erzielung eines guten Verbrennungs-Wirkungsgrad zum Zündzeitpunkt; ferner wird eine komplizierte Mischungsverhältnisregelung, die mit der Gemischverteilung einhergeht, nicht berücksichtigt.

Bei einer Brennkraftmaschine mit Benzineinspritzung ist der im Kraftstoff-Luft-Gemisch enthaltene Kraftstoff wie folgt gebildet: Im Zylinder schwebt der Einspritzstrahl im wesentlichen in Luft, wobei sich die Flüssigkeit, d.h. das Benzin, in Tröpfchenform befindet.

Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung einer Einspritz regeleinrichtung, mit der in wirksamer Weise eine Antiklopf eigenschaft einer Brennkraftmaschine erreicht werden kann. Dabei soll ein hoher thermischer Wirkungsgrad der Brennkraft maschine mit Unterdrückung von Klopfen erreichbar sein. Ferner soll ein hohes Verdichtungsverhältnis mit Klopf unterdrückung erzielbar sein. Außerdem soll eine stabile Verbrennung des Kraftstoff-Luft-Gemischs mit Klopfunter drückung erreichbar sein, und ferner soll ein stabiler Zündzustand effektiv erreichbar sein. Weiterhin soll da bei die Verteilung der Tröpfchengröße des Benzinstrahls willkürlich einstellbar sein, und ferner kann die Vertei lung der Tröpfchengröße des Benzinstrahls selektiv im Hinblick auf einen bestimmten Teil einer Brennkammer der Brennkraftmaschine einstellbar sein.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die in den unabhängi gen Ansprüchen 1 und 12 gekennzeichneten Merkmale gelöst. Die davon abhängigen Ansprüche 2 bis 11 bzw. 13 bis 22 kennzeichnen jeweils vorteilhafte Ausbildungen.

Die Lösung der oben genannten Aufgabe wird unter Berück sichtigung der vorstehend genannten Erscheinung dadurch erreicht, daß die Verteilung der Tröpfchengröße (des Tröpf chendurchmessers) im Benzinstrahl im Zylinder bzw. die Tröpfchengrößenverteilung in dem im Zylinder befindlichen tröpfchenförmigen Kraftstoff regelbar ist.

Im wesentlichen wird in dem den Kraftstoffstrahl enthalten den Kraftstoff-Luft-Gemisch die Zündcharakteristik nach Maßgabe der Tröpfchengröße bzw. des Tröpfchendurchmessers des Kraftstoffstrahls geändert, wobei z. B. die Zündcharak teristik bei einer vorbestimmten Größe des Tröpfchendurch messers von ca. 40 µm erheblich verbessert wird.

Durch die erfindungsgemäße Regelung der Tröpfchengrößen verteilung des Kraftstoffs im Zylinder ist es möglich, das folgende Regelverfahren durchzuführen, bei dem die Zündfähigkeit des Gemischs nur im Bereich der Zündkerze erhöht wird, während in dem Bereich um die Zylinderfläche oder die Oberfläche des Kolbens die Zündfähigkeit des Gemischs vermindert wird, so daß das Verdichtungsverhältnis des Motors wirksam unter Unterdrückung von Klopfen erhöht werden kann.

Da gemäß der Erfindung die Tröpfchengrößenverteilung des Benzinstrahls im Einspritzsystem in gewünschter Weise im Zylinder regelbar ist, kann das Kraftstoff-Luft-Gemisch des Sprühstrahls mit guter Zündfähigkeit selektiv auf den Bereich der Entladungselektrode der Zündkerze verteilt wer den, und das Gemisch des Sprühstrahls mit schlechter Zündfähigkeit kann selektiv auf den Bereich der Wandfläche der Brennkammer verteilt werden, und zwar mit Ausnahme des Bereichs der Entladungselektrode der Zündkerze.

Selbst wenn daher das Verdichtungsverhältnis der Brenn kraftmaschine erhöht wird, kann ein stabiler Zündzustand effektiv unterhalten werden, Klopfen tritt nicht auf, und es wird ohne weiteres eine Brennkraftmaschine mit hohem thermischen Wirkungsgrad in der Einspritzanlage erhalten.

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Schema eines Ausführungsbeispiels der Einspritzregeleinrichtung gemäß der Erfin dung;

Fig. 2A einen Querschnitt durch ein Ausführungsbei spiel einer Einspritzdüse zur Verwendung in einer Einspritzregeleinrichtung nach der Erfindung;

Fig. 2B eine Ansicht von unten eines Ausführungsbei spiels der Einspritzdüse für die Einspritz regeleinrichtung nach der Erfindung;

Fig. 3 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Tröpfchengröße eines Benzinstrahls und der erforderlichen Zündenergie zeigt;

Fig. 4 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Tröpfchengröße eines Benzinstrahls und der Zündcharakteristik sowie die Beziehung zwi schen der Tröpfchengröße des Benzinstrahls und einer Antiklopfcharakteristik zeigt;

Fig. 5 verschiedene Impulsdiagramme, die den Betrieb eines anderen Ausführungsbeispiels einer Ein spritzregeleinrichtung nach der Erfindung erläutern;

Fig. 6 verschiedene Impulsdiagramme, die den Betrieb eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Einspritzregeleinrichtung nach der Erfindung erläutern;

Fig. 7 verschiedene Impulsdiagramme, die den Betrieb eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Einspritzregeleinrichtung nach der Erfindung erläutern;

Fig. 8 einen Teilquerschnitt durch ein anderes Aus führungsbeispiel einer Einspritzdüse zur Ver wendung in einer Einspritzregeleinrichtung nach der Erfindung;

Fig. 9 verschiedene Impulsdiagramme sowie eine erläu ternde Darstellung des Betriebs einer weiteren Ausführungsform der Einspritzregeleinrichtung nach der Erfindung;

Fig. 10 verschiedene Impulsdiagramme sowie eine erläu ternde Darstellung des Betriebs eines anderen Ausführungsbeispiels der Einspritzregelein richtung nach der Erfindung;

Fig. 11A die konstruktionsmäßige Beziehung zwischen einer Einspritzdüse und Ansaugventilen;

Fig. 11B eine andere konstruktionsmäßige Beziehung zwischen einer Einspritzdüse und Ansaugven tilen;

Fig. 12 verschiedene Impulsdiagramme zur Erläuterung des Betriebs eines anderen Ausführungsbei spiels der Einspritzregeleinrichtung nach der Erfindung;

Fig. 13 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Kraftstoffdruck und der Tröpfchengröße des Benzinstrahls zeigt;

Fig. 14 verschiedene Impulsdiagramme zur Erläuterung des Betriebs eines weiteren Ausführungsbei spiels der Einspritzregeleinrichtung nach der Erfindung;

Fig. 15 ein Blockschema eines weiteren Ausführungs beispiels der Einspritzregeleinrichtung unter Verwendung mehrerer Einspritzdüsen gemäß der Erfindung;

Fig. 16 verschiedene Impulsdiagramme zur Erläuterung des Betriebs eines anderen Ausführungsbei spiels der Einspritzregeleinrichtung nach der Erfindung;

Fig. 17 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Ein spritzregeleinrichtung nach der Erfindung mit einer Einspritzdüse, die in einem Zylinder angeordnet ist;

Fig. 18 ein anderes Ausführungsbeispiel einer Ein spritzregeleinrichtung nach der Erfindung mit einer Einspritzdüse, die ein Prallelement auf weist;

Fig. 19A ein anderes Ausführungsbeispiel einer Ein spritzdüse mit Prallelement gemäß der Erfin dung;

Fig. 19B eine Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels der Einspritzdüse mit Prallelement gemäß der Erfindung; und

Fig. 20 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Druck im Ansaugkrümmer und der Tröpfchengröße eines Benzinstrahls zeigt.

Nach Fig. 1, die ein Ausführungsbeispiel der Einspritz regeleinrichtung zeigt, sind eine Brennkraftmaschine 1, z. B. ein Benzinmotor, und eine Steuereinheit 2 mit Mikro prozessor vorgesehen.

Die Brennkraftmaschine 1 umfaßt einen Ansaugkrümmer 3 sowie einen darin angeordneten Luftmengensensor 4 und verschie dene weitere an der Maschine angeordnete Sensoren. Diese umfassen einen Drosselklappenlagesensor, der auf der Welle einer Drosselklappe 5 angeordnet ist, einen auf einer Kur belwelle befestigten Rotationssensor, einen Wassertempera tursensor, der die Kühlmitteltemperatur im Motor 1 erfaßt, und einen im Auspuffkrümmer angeordneten O₂-Sensor zur Messung der Sauerstoffkonzentration.

Der Steuereinheit 2 werden verschiedene Informationen, die die Betriebszustände der Brennkraftmaschine 1 bezeichnen, von den diversen Sensoren zugeführt. Dabei erhält die Steuereinheit 2 z. B. vom Luftmengensensor 4 ein Saugluft mengen-Signal Q_a, ein Drosselklappenöffnungsgrad-Signal R_th vom Drosselklappenlagesensor, ein Motordrehzahl-Signal N vom Rotationssensor, ein Motortemperatur-Signal T_w vom Wassertemperatursensor sowie ein Kraftstoff-Luft-Mischungs verhältnis- bzw. A/F-Signal (fett bzw. mager) vom O₂-Sensor etc.

Entsprechend den genannten Informationen werden im Mikro prozesser der Steuereinheit 2 verschiedene Rechenoperatio nen ausgeführt, eine erforderliche Einspritzimpulsdauer T_i wird berechnet, und diese Einspritzimpulsdauer T_i wird einer Einspritzdüse 6 zugeführt, so daß die Brennkraftma schine 1 so geregelt wird, daß ein vorbestimmtes Kraft stoff-Luft-Mischungsverhältnis A/F erhalten wird.

Ferner umfaßt die Einspritzregeleinrichtung eine Luftpumpe 7, ein elektromagnetisches Luftventil 8 und eine Luftdüse 9. Diese Vorrichtungen haben die Funktion, die aufstrom von der im Ansaugkrümmer 3 angeordneten Drosselklappe 5 strö mende Luft durch die Luftdüse 9 zu einem vorbestimmten Lufteinblaszeitpunkt einzublasen. Die Einspritzregelein richtung hat ferner eine Zündkerze 10 und ein Ansaugventil 11.

Da hierbei die Luftdüse 9 im Bereich einer Einspritzöffnung der Einspritzdüse 6 (Fig. 2) montiert ist, ist die Luftdüse 9 so angeordnet, daß sie die Luft gegen den Kraftstoff bläst, der aus der Einspritzdüse 6 eingespritzt wird.

Wenn das elektromagnetische Luftventil 8 geöffnet ist und Luft aus der Luftdüse 9 geblasen wird, trifft diese Ein blasluft auf die Kraftstofftröpfchen, die aus der Ein spritzdüse 6 eingespritzt werden, und verringern die Tröpf chengröße des Benzinstrahls.

Nachstehend wird der Betrieb dieses Ausführungsbeispiels der Einspritzregeleinrichtung beschrieben.

Das Diagramm von Fig. 3 zeigt die Beziehung zwischen der Tröpfchengröße (Strahlgröße) von flüssigem Benzin in dem den Benzinstrahl enthaltenden Kraftstoff-Luft-Gemisch und der zum Zünden des flüssigen Benzins erforderlichen Zünd energie. Fig. 3 zeigt deutlich, daß die Zündenergie bei einer Tröpfchengröße von ca. 40 µm den niedrigsten Wert hat, und zwar ungeachtet der Konzentration des Kraftstoff- Luft-Gemischs (d. h. des Mischungsverhältnisses A/F, das z. B. A/F = 12, A/F = 15 bzw. A/F = 17 ist.

Je niedriger die Zündenergie ist, umso leichter erfolgt die Funkenbildung. Fig. 4 zeigt die Beziehung zwischen der Zündcharakteristik über der Tröpfchengröße des Benzin strahls sowie die Antiklopfcharakteristik über der Tröpf chengröße des Benzinstrahls.

Wie Fig. 4 deutlich zeigt, ist es bekannt, daß die Zündung leicht stattfindet, wenn der Benzinstrahl einen Tröpfchen durchmesser von im wesentlichen 40 µm entsprechend der Kurve (a) hat, wobei gleichzeitig bei der Tröpfchengröße des Benzinstrahls von im wesentlichen 40 µm Klopfen auf tritt, wie die Kurve (b) zeigt. Um also das Auftreten von Klopfen zu unterdrücken, ist es bekanntermaßen erwünscht, die Tröpfchengröße des Benzinstrahls auf erheblich mehr als 100 µm zu vergrößern.

Da bei diesem Ausführungsbeispiel sowohl die Kraftstoff einspritzung durch die Einspritzdüse 6 als auch das Ein blasen von Luft durch das elektromagnetische Luftventil 8 jeweils durch die Steuereinheit 2 geregelt werden, kann dadurch die Verteilung der Tröpfchengröße des Benzinstrahls im Zylinder der Maschine 1 eingestellt werden.

Zum Zündzeitpunkt existiert im Bereich einer Entladungs elektrode der Zündkerze 10 eine Tröpfchengröße des Benzin strahls von ca. 40 µm, und an einem von der Entladungselek trode der Zündkerze 10 fernen Bereich existiert ein Tröpf chendurchmesser des Benzinstrahls von im wesentlichen 40 µm.

Unter Bezugnahme auf die Impulsdiagramme von Fig. 5 wird nachstehend das Regelverfahren für dieses Ausführungsbei spiel der Einspritzregeleinrichtung erläutert.

Wie bekannt, umfaßt bei einem Viertakt-Benzinmotor ein Arbeitstakt vier Hübe, und zwar den Saughub, den Verdich tungshub, den Arbeitshub und den Auslaßhub. Wie bei Hub kolbenmotoren üblich, wiederholt sich dieser Arbeitstakt nach jeweils zwei Umdrehungen.

Da beim Saughub das Kraftstoff-Luft-Gemisch in den Zylinder gesaugt wird, steigt die Luftströmungsgeschwindigkeit im Ansaugkrümmer 3. Somit wird der Kraftstoff entsprechend einem Einspritzdiagramm eingespritzt, und wenn das Ansaug ventil 11 entsprechend dem Lufteinblasdiagramm von Fig. 5 geöffnet ist,wird die den Benzinstrahl enthaltende Luft schnell in den Zylinder gesaugt.

Die Tröpfchengröße des Benzinstrahls, der aus der Ein spritzdüse 6 eingespritzt wird, ist auf einen vergleichs weise großen Wert von z. B. ca. 100 µm eingestellt. Wenn zu diesem Zeitpunkt das elektromagnetische Luftventil 8 geöff net und die Luft aus der Luftdüse 9 entsprechend dem Luft einblasdiagramm von Fig. 5 eingeblasen wird, wird die Tröpfchengröße des Benzinstrahls klein gemacht, wie bereits gesagt wurde.

Bei diesem Ausführungsbeispiel wird also, wie Fig. 5 zeigt, beim Saughub, wenn die Saugluftgeschwindigkeit groß ist, die Kraftstoffeinspritzdüse 6 geöffnet, und in der zweiten Hälfte der Ventilöffnungszeit der Einspritzdüse 6 wird das elektromagnetische Luftventil 8 weiter geöffnet. Und erst beim Öffnen des elektromagnetischen Luftventils 8 wird die Tröpfchengröße des Benzinstrahls, der aus der Einspritzdüse 6 austritt, so eingestellt, daß sie einen vorbestimmten kleinen Wert von z. B. im wesentlichen 40 µm annimmt.

Bei der Benzinstrahlgröße von Fig. 5 bezeichnet die Voll linienkurve (a) die Strahlgröße nach der Erfindung und die Strichlinienkurve (b) die Benzinstrahlgröße bei der kon ventionellen Einspritzregeleinrichtung.

Bei diesem Ausführungsbeispiel entsprechend Fig. 1 kann also eine Regelung der folgenden Tröpfchengrößenverteilung des Benzinstrahls erhalten werden: Im Bereich der Zündkerze 10 im Zylinder des Motors 1 ist das Kraftstoff-Luft-Gemisch mit einer Tröpfchengröße von im wesentlichen 40 µm mit guter Zündcharakteristik vorhanden, und im übrigen, von der Zündkerze 10 fernen Teil hat das Gemisch eine Tröpfchen größe von mehr als 100 µm mit schlechterer Zündcharak teristik.

Wie die Fig. 3 und 4 zeigen, kann infolgedessen eine Ver brennung im Motor 1 mit einem geeigneten Kraftstoff-Luft-Ge misch erzielt werden, wobei eine Klopfunterdrückung gewährleistet ist, und somit kann in effektiver Weise ein hohes Verdichtungsverhältnis und ein hoher thermischer Wirkungsgrad des Motors 1 in einfacher Weise erreicht werden.

Nachstehend wird ein weiteres Ausführungsbeispiel der Ein spritzregeleinrichtung erläutert.

Fig. 6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel unter Bezug nahme auf verschiedene Impulsdiagramme. Der mechanische Aufbau der Einspritzregeleinrichtung von Fig. 6 entspricht demjenigen von Fig. 1.

Dabei wird die Tröpfchendurchmesserverteilung des Benzin strahls dadurch geregelt, daß der Einspritzvorgang zwei geteilt wird, wobei die Einspritzdüse 6 zweimal in jedem Arbeitstakt der Viertaktmaschine 1 eingesetzt wird. D. h., der Einspritzimpuls tritt bei (a) und (b) im Einspritz impulsdiagramm von Fig. 6 auf.

Bei diesem Ausführungsbeispiel werden der Ventilöffnungs zeitpunkt der Einspritzdüse 6 und der Ventilöffnungszeit punkt des elektromagnetischen Luftventils 8 jeweils nach Maßgabe der Einspritzimpulsdiagramme von Fig. 6 geregelt.

Wie aus der Figur ersichtlich ist, erfolgt ein erstes Öff nen (a) der Einspritzdüse 6 während des Auslaßhubs, und da zu diesem Zeitpunkt das Ansaugventil 11 geschlossen ist, haftet die von der Einspritzdüse 6 eingespritzte Kraft stoffmenge am Ansaugventil 11.

Danach wird während des Saughubs im Ansaugkrümmer 3 der Kraftstoff zu Tröpfchen einer Größe von ca. 80-100 µm von der das Ansaugventil 11 umströmenden Luft zerstäubt, und dann wird der Benzinstrahl in den Zylinder angesaugt.

Dann erfolgt eine Kraftstoffeinspritzung zu einem zweiten Ventilöffnungszeitpunkt (b) während des Saughubs, und da zu diesem Zeitpunkt das elektromagnetische Luftventil 8 gleichzeitig geöffnet wird, wird das Kraftstoff-Luft-Ge misch mit einem Tröpfchendurchmesser von ca. 40 µm in den Zylinder gesaugt.

Bei der Benzinstrahlgröße von Fig. 6 bezeichnet die Voll linienkurve (a) die Benzinstrahlgröße nach der Erfindung, während die Strichlinienkurve (b) die Benzinstrahlgröße der konventionellen Einspritzregeleinrichtung bezeichnet.

Infolgedessen existiert in dem die Zündkerze 10 umgebenden Bereich das Kraftstoff-Luft-Gemisch mit einer Tröpfchen größe von ca. 40 µm des Benzinstrahls und hat eine ver gleichsweise gute Zündcharakteristik. Im Bereich der Wand fläche der Brennkammer dagegen hat das Gemisch einen Tröpf chendurchmesser von ca. 80-100 µm mit vergleichsweise schlechter Zündcharakteristik. Infolgedessen kann ein hohes Verdichtungsverhältnis des Motors 1 bei gleichzeitiger Klopfunterdrückung erreicht werden.

Fig. 7 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Ein spritzregeleinrichtung mittels verschiedener Impulsdia gramme, wobei die Einspritzdüse entsprechend Fig. 8 ver wendet wird, um die Tröpfchengröße des Benzinstrahls zu regeln; mit dieser Einspritzdüse wird die Tröpfchengrößen verteilung des Benzinstrahls geregelt.

In der Benzinstrahlgröße von Fig. 7 bezeichnet die Volli nienkurve (a) die Benzinstrahlgröße gemäß der Erfindung, während die Strichlinienkurve (b) die Benzinstrahlgröße in der konventionellen Einspritzregeleinrichtung bezeichnet.

Fig. 8 zeigt eine Einspritzdüse mit geregelter Tröpfchen größenverteilung. Dabei nützt die Einspritzdüse 60 Schwin gungen eines piezoelektrischen Elements 65, und nur dann, wenn ein Hornteil 61 der Einspritzdüse 60 sich im Resonanz zustand befindet, wird der Kraftstoff aus einem Düsenteil 62 eingespritzt und zerstäubt. Das Hornteil 61 enthält ein Kugelventil 63 und eine Druckfeder 64. Das Hornteil 61 kann durch Frequenzänderung angesteuert werden und kann z. B. bei 30 kHz oder bei 60 kHz im Resonanzzustand sein.

Durch Änderung der Frequenzzahl des Hornteils 61 der Ein spritzdüse 60 kann die Tröpfchengröße des Benzinstrahls geändert werden; z. B. kann ein Tröpfchendurchmeser von ca. 100 µm bei 30 kHz und ein Tröpfchendurchmesser von ca. 40 µm bei 60 kHz erhalten werden.

Fig. 9 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Ein spritzregeleinrichtung. Dabei wird als Einspritzdüse eine Wirbeleinspritzdüse 6A verwendet. Die Wirbeleinspritzdüse 6A erteilt dem Kraftstoff eine Wirbelströmung, so daß der Kraftstoff in einen Dünnfilmzustand gebracht wird.

Diese Wirbeleinspritzdüse 6A ist bereits bekannt. Durch Verwendung dieser Wirbeleinspritzdüse 6A wird, wenn der Kraftstoff während des Saughubs eingespritzt wird, der Benzinstrahl durch die Luftströmungsgeschwindigkeit im Ansaugkrümmer 3 mit Druck beaufschlagt und mit der Luft vereinigt, und dann wird der kombinierte Benzinstrahl zu dem Benzinstrahl mit großer Tröpfchengröße gemacht.

Wenn also während des Saughubs der Einspritzvorgang statt findet, wird der Benzinstrahl in einer ersten Halbperiode der Einspritzdauer durch den Luftstrom beaufschlagt und wird zu einem Benzinstrahl mit großer Tröpfchengröße. In der zweiten Halbperiode der Einspritzdauer wird der Benzin strahl zu einem Strahl mit kleiner Tröpfchengröße unter nur schwacher Lufteinwirkung, so daß die Tröpfchengrößenver teilung des Benzinstrahls im Zylinder regelbar ist.

D. h., der Benzinstrahl mit einem Tröpfchendurchmesser von ca. 40 µm wird in der Umgebung der Zündkerze 10 gebildet, und der Benzinstrahl mit einem Tröpfchendurchmesser von mehr als 100 µm wird gleichzeitig von der Zündkerze 10 ent fernt gebildet, so daß das Verdichtungsverhältnis des Motors 1 mit gleichzeitiger Klopfunterdrückung erhöht wer den kann.

Fig. 10 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Ein spritzregeleinrichtung. Dabei wird als Einspritzdüse eine konventionelle Zapfendüse 6B verwendet.

Wenn diese Zapfendüse 6B in der Einspritzregeleinrichtung verwendet wird, haftet aufgrund der Strömungsgeschwindig keit der Luft im Ansaugkrümmer 3 der Kraftstoff an der Oberfläche des Ansaugkrümmers 3 in einer ersten Halbperiode der Einspritzzeit, und der Bezinstrahl hat die große Tröpf chengröße.

In einer zweiten Halbperiode der Einspritzzeit erhält der Benzinstrahl ohne Beeinflussung durch den Luftstrom die kleine Tröpfchengröße, so daß die Tröpfchengrößenverteilung des Benzinstrahls im Zylinder regelbar ist.

Die Fig. 11A und 11B zeigen ein weiteres Ausführungsbei spiel der Einspritzregeleinrichtung. Dabei umfaßt die Tröpfchengrößenregelung für den Benzinstrahl eine Zwei strahl-Einspritzdüse 6C, eine Zapfeneinspritzdüse 6D, ein erstes Ansaugventil 11A, ein zweites Ansaugventil 11B und ein drittes Ansaugventil 11C.

Hierbei wird, wie das Impulsdiagramm von Fig. 12 zeigt, vor dem Öffnen des ersten und des zweiten Ansaugventils 11A und 11B der Kraftstoff aus der Zweistrahl-Einspritzdüse 6C eingespritzt. Z. B. werden einige Grad nach dem Kurbelwin kel R₂ das erste Ansaugventil 11A bzw. das zweite Ansaug ventil 11B geöffnet.

In der zweiten Hälfte der Öffnungsdauern des ersten und des zweiten Ansaugventils 11A und 11B, z. B. nach dem Kurbel winkel R₁ (ca. 15°), wird das dritte Ansaugventil 11C geöffnet, und der Kraftstoff wird außerdem aus der zweiten Einspritzdüse 6D eingespritzt.

Dadurch kann die Tröpfchengrößenverteilung des Benzin strahls im Zylinder hier ähnlich wie bei den vorhergehenden Ausführungsbeispielen geregelt werden.

Dabei ändert sich die Tröpfchengröße des aus den Einspritz düsen 6C und 6D eingespritzten Benzinstrahls, wie Fig. 13 zeigt, entsprechend dem Kraftstoffdruck (also dem Druck des Kraftstoffs, z. B. Benzin, der der Einspritzdüse zugeführt wird).

Fig. 14 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Ein spritzregeleinrichtung unter Bezugnahme auf verschiedene Impulsdiagramme. Da hierbei, wie Fig. 14 zeigt, der Kraft stoffdruck während der Einspritzperiode in zwei Stufen geändert wird, kann die Tröpfchengrößenverteilung des Ben zinstrahls im Zylinder geregelt werden.

Fig. 15 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Ein spritzregeleinrichtung. Dabei ist die Einspritzdüse 6 nahe dem Ansaugventil 11 angeordnet, und eine weitere Einspritz düse 6E ist an einem Krümmerteil 3A des Ansaugkrümmers 3 angeordnet.

Diese beiden Einspritzdüsen 6 und 6E werden entsprechend den Einspritzdiagrammen der Fig. 16 betätigt. Der Kraft stoff wird durch die Einspritzdüse 6E entsprechend dem Impulsdiagramm eingespritzt, z. B. beim Kurbelwinkel R₁ (ca. 40°) vor dem Saughub.

Da das Kraftstoff-Luft-Gemisch, das während des Saughubs in den Zylinder gesaugt wird, den nacheinander aus der Ein spritzdüse 6 und der Einspritzdüse 6E eingespritzten Kraft stoff enthält, wird die Tröpfchengrößenverteilung des Ben zinstrahls im Zylinder geregelt. Im Bereich der Zündkerze 10 wird das richtige Gemisch mit guter Zündcharakteristik gebildet, so daß bei gleichzeitiger Klopfunterdrückung ein hohes Verdichtungsverhältnis des Motors 1 erreicht wird.

Fig. 17 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Ein spritzregeleinrichtung. Dabei ist die Einspritzdüse 6 nahe dem Ansaugkanal der Maschine 1 angeordnet, und eine weitere Einspritzdüse 6F ist in der Maschine 1 vorgesehen und kann Kraftstoff direkt in den Zylinder einspritzen.

Bei der Kraftstoffeinspritzung in den Zylinder haftet der zerstäubte Kraftstoff kaum am Ansaugkrümmer 3, so daß die Tröpfchengrößenverteilung des Benzinstrahls in einfacher Weise regelbar ist. In einer ersten Halbperiode des Saug hubs wird der Kraftstoff durch die im Ansaugkanal angeord nete Einspritzdüse 6 eingespritzt, und dann wird der Kraft stoff durch die im Zylinder angeordnete Einspritzdüse 6F eingespritzt, wodurch die Verteilung des Benzinstrahls mit vorbestimmter Tröpfchengröße regelbar ist.

Fig. 18 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel der Ein spritzregeleinrichtung. Dabei ist eine Einspritzdüse 6G nahe dem Ansaugventil 11 angeordnet, und eine Luftleitung 14 verläuft von der Aufstromseite der Drosselklappe 5 durch das elektromagnetische Luftventil 8 zu dieser Einspritzdüse 6G.

Der Aufbau der Einspritzdüse 6G ist in Fig. 19 gezeigt. In der Vorderseite einer Auslaßöffnung der Einspritzdüse 6G ist ein Prallelement 12 der Einspritzdüse 6G angeordnet und an einer Abdeckung 13 befestigt. Das Prallelement 12 der Einspritzdüse 6G wirkt als Kraftstoffverteiler zur Vertei lung des Kraftstoffs in Einspritzrichtung.

Bei dieser Konstruktion der Einspritzdüse 6G hat das Prall element 12 Zylinder- oder Dreiecksform. Die Abdeckung 13 besteht aus zylindrischem rostfreiem Werkstoff oder einem zylindrischen wärmebeständigen Harzformteil. Am Vorderende der Abdeckung 13 ist ein Düsenöffnungsteil 9A vorgesehen, und der Luftkanal 14 ist mit dem Düsenöffnungsteil 9A ver bunden.

Der durch den Düsenöffnungsteil 9A eingespritzte Kraftstoff trifft auf das Prallelement 12 und wird zerstäubt, und der Kraftstoff wird weiter durch die den Düsenöffnungsteil 9A passierende Luft zerstäubt.

Fig. 20 zeigt die Beziehung zwischen der Tröpfchengröße des aus der Einspritzdüse 6G eingespritzten Benzinstrahls und dem Druck im Ansaugkrümmer 3.

Wenn das Prallelement 12 an der Einspritzdüse 6G nicht vorgesehen ist, wie die Strichpunktkurve (b) in Fig. 20 zeigt, dann strömt, wenn der Ansaugkrümmerdruck 100 kPa ist, wenn also die Drosselklappe 5 vollständig geöffnet ist und dieser Ansaugkrümmerdruck sich Atmosphärendruck nähert, keine Luft in die Luftleitung 14, und dann kann die Kraft stoffzerstäubung durch die Luft nicht durchgeführt werden, und somit wird die Tröpfchengröße des Benzinstrahls groß.

Wenn jedoch das Prallelement 12 an der Einspritzdüse 6G vorgesehen ist, wie die Vollinienkurve (a) in Fig. 20 zeigt, wird im Bereich des Ansaugkrümmerdrucks von 100 kPa, wenn die Einspritzimpulsdauer T_i groß wird, die Kraft des durch die Düsenöffnung 9A eingespritzten Kraftstoffs im Lauf der Zeit groß. Der Kraftstoff wird daher am Prallele ment 12 ohne weiteres zerstäubt, und der Benzinstrahl bekommt die kleine Tröpfchengröße.

Bei einem Ansaugkrümmerdruck von 28 kPa kann ferner eine Kraftstoffzerstäubung durch den Luftstrom ohne weiteres stattfinden, so daß die Tröpfchengröße des Benzinstrahls klein gehalten werden kann.

Auch wenn im Leerlaufbetrieb der Kraftstoff an dem Prall element 12 der Einspritzdüse 6G anhaftet, wird er von dem Luftstrom weggeblasen, und der Kraftstoff fällt nicht ab, sondern wird dem Motor 1 gleichmäßig zugeführt, wodurch der Leerlaufbetrieb des Motors 1 stabilisiert werden kann.

Bei diesem Ausführungsbeispiel wird der Kraftstoff während des Saughubs eingespritzt, das elektromagnetische Luftven til 8 wird in einer zweiten Halbperiode des Saughubs geöff net, und das elektromagnetische Luftventil 8 wird in einer ersten Halbperiode des Saughubs geschlossen.

Der zerstäubte Benzinstrahl mit einem Tröpfchendurchmesser von ca. 15-40 µm wird in der Umgebung der Zündkerze 10 ge bildet, und der zerstäubte Benzinstrahl mit einem ver gleichsweise großen Tröpfchendurchmesser wird in einem von der Zündkerze 10 fernen Bereich gebildet. Infolgedessen kann das Auftreten von Klopfen unterdrückt werden, und ein hohes Verdichtungsverhältnis wird ohne weiteres erreicht.

Claims

1. Einspritzregeleinrichtung für die Einspritzanlage einer Brennkraftmaschine, wobei verschiedene einen Betriebszu stand der Brennkraftmaschine bezeichnende Informationen einer Steuereinheit (2) zugeführt werden, vorbestimmte Rechenvorgänge entsprechend den verschiedenen Informationen in der Steuereinheit ausgeführt werden, eine erforderliche Einspritzmenge in der Steuereinheit berechnet wird und die Einspritzmenge einem Zylinder der Brennkraftmaschine durch eine Einspritzdüse (6) zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspritzregeleinrichtung eine Strahlgrößenvertei lungs-Einstellvorrichtung aufweist, die die Verteilung der Strahlgröße eines Kraftstoff-Luft-Gemischs im Zylinder ein stellt, und daß die Strahlgrößenverteilungs-Einstellvor richtung die Strahlgröße des Kraftstoffs im Bereich einer im Zylinder befindlichen Zündkerze (10) auf einen vorbe stimmten Wert einstellt.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlgrößenverteilungs-Einstellvorrichtung eine Einspritzdüsen-Betätigungseinheit, die die Einspritzdüse während eines Saughubs der Maschine betätigt, und eine Lufteinblasvorrichtung (9) zum Einblasen von Luft nahe einer Einspritzöffnung der Einspritzdüse (6) zu einem vor bestimmten Lufteinblaszeitpunkt aufweist.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspritzdüsen-Betätigungseinheit die Kraftstoff einspritzung ausführt, indem diese wenigstens zweigeteilt und während eines Auslaßhubs und eines Saughubs der Ma schine durchgeführt wird.

4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlgrößenverteilungs-Einstellvorrichtung eine Einspritzdüse (60) zur Einstellung der Strahlgröße unter Ansteuerung durch ein piezoelektrisches Element (65) und eine Einstellvorrichtung aufweist, die zu einem vorbestimm ten Einspritzzeitpunkt die Strahlgröße des aus der Ein spritzdüse eingespritzten Kraftstoffs einstellt.

5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlgrößenverteilungs-Einstellvorrichtung eine Wirbeleinspritzdüse (6A) und eine Einspritzdüsen-Betäti gungseinheit aufweist, die die Wirbeleinspritzdüse wenig stens zweimal pro Saughub der Maschine betätigt.

6. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlgrößenverteilungs-Einstellvorrichtung eine Zapfeneinspritzdüse (6B) und eine Einspritzdüsen-Betäti gungseinheit aufweist, die die Zapfeneinspritzdüse wenig stens zweimal pro Saughub der Maschine betätigt.

7. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlgrößenverteilungs-Einstellvorrichtung eine erste (6C) und eine zweite Einspritzdüse (6D) mit jeweils verschiedener Strahlgrößencharakteristik bei gleichem Kraftstoffdruck und eine Einstelleinheit aufweist, die individuell einen ersten Einspritzzeitpunkt der ersten Einspritzdüse und einen zweiten Einspritzzeitpunkt der zweiten Einspritzdüse bestimmt.

8. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlgrößenverteilungs-Einstellvorrichtung eine Einstelleinheit zur Einstellung des Kraftstoffdrucks in der Einspritzdüse zu einem vorbestimmten Zeitpunkt aufweist.

9. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlgrößenverteilungs-Einstellvorrichtung eine erste (6) und eine zweite (6E) Einspritzdüse, die jeweils verschiedenen Abstand von einem in der Ansaugleitung der Maschine angeordnet Ansaugventil (11) haben, und eine Ein stelleinheit aufweist, die individuell einen ersten Ein spritzzeitpunkt der ersten Einspritzdüse (6) und einen zweiten Einspritzzeitpunkt der zweiten Einspritzdüse (6E) bestimmt.

10. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlgrößenverteilungs-Einrichtung eine erste Einspritzdüse (6) zur Kraftstoffeinspritzung in den Zylin der und eine zweite Einspritzdüse (6F) zur Kraftstoffein spritzung in den Ansaugkrümmer der Maschine aufweist, wobei ein erster Einspritzzeitpunkt der ersten Einspritzdüse (6) und ein zweiter Einspritzzeitpunkt der zweiten Einspritz düse (6F) individuell einstellbar sind.

11. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspritzdüse (6G) ein Kraftstoffprallelement (12) zur Kraftstoffverteilung in Einspritzrichtung einer Ein spritzöffnung der Einspritzdüse aufweist.

12. Einspritzregeleinrichtung für die Einspritzanlage eines Benzinmotors, wobei verschiedene einen Betriebszustand des Benzinmotors bezeichnende Informationen einer Steuereinheit (2) zugeführt werden, vorbestimmte Rechenvorgänge entspre chend den verschiedenen Informationen in der Steuereinheit ausgeführt werden, eine erforderliche Einspritzmenge in der Steuereinheit berechnet und die Einspritzmenge einem Zylin der des Benzinmotors durch eine Einspritzdüse (6) zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspritzregeleinrichtung eine Tröpfchendurchmes ser-Einstellvorrichtung, die den Tröpfchendurchmesser eines Benzinstrahls in einem Kraftstoff-Luft-Gemisch im Zylinder einstellt, und eine Lufteinblasvorrichtung (9) zum Einbla sen von Luft nahe einer Einspritzöffnung der Einspritzdüse aufweist, wobei die Tröpfchendurchmesser-Einstellvorrich tung den Tröpfchendurchmesser des Benzinstrahls an einer im Zylinder angeordneten Zündkerze (10) auf einen vorbestimm ten Wert einstellt und die Lufteinblasvorrichtung (9) zu einem vorbestimmten Lufteinblaszeitpunkt während eines Saughubs des Benzinmotors Luft einbläst.

13. Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspritzdüse während eines Auslaßhubs und eines Saughubs des Benzinmotors Kraftstoff einspritzt.

14. Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspritzdüse (60) ein piezoelektrisches Element (65) aufweist.

15. Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspritzdüse eine Wirbeleinspritzdüse (6A) ist, die während jedes Saughubs des Benzinmotors zweimal Kraft stoff in den Zylinder einspritzt.

16. Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspritzdüse eine Zapfeneinspritzdüse (6B) ist, die während jedes Saughubs des Benzinmotors zweimal Kraft stoff in den Zylinder einspritzt.

17. Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Tröpfchendurchmesser-Einstellvorrichtung eine erste (6C) und eine zweite (6D) Einspritzdüse aufweist, die unter gleichen Kraftstoffdruckbedingungen jeweils verschiedene Tröpfchendurchmesser-Charakteristik haben, und daß die erste und die zweite Einspritzdüse jeweils individuell ent sprechend einem ersten Einspritzzeitpunkt der ersten Ein spritzdüse und einem zweiten Einspritzzeitpunkt der zweiten Einspritzdüse ansteuerbar sind.

18. Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Tröpfchendurchmesser-Einstellvorrichtung eine Kraftstoffdruck-Verstellvorrichtung aufweist, die den Kraftstoffdruck der Einspritzdüse zu einem vorbestimmten Zeitpunkt verstellt.

19. Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Tröpfchendurchmesser-Einstellvorrichtung eine erste (6) und eine zweite (6E) Einspritzdüse aufweist, die von einem in der Saugluftleitung des Benzinmotors angeordneten Ansaugventil (11) jeweils unterschiedlich beabstandet sind, wobei die erste und die zweite Einspritzdüse entsprechend einem ersten Einspritzzeitpunkt der ersten Einspritzdüse und einem zweiten Einspritzzeitpunkt der zweiten Einspritz düse jeweils individuell betätigbar sind.

20. Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Tröpfchendurchmesser-Einstellvorrichtung eine erste (6) und eine zweite (6F) Einspritzdüse aufweist, wobei die erste Einspritzdüse Kraftstoff in den Zylinder und die zweite Einspritzdüse Kraftstoff in den Ansaugkrümmer des Benzinmotors einspritzt und wobei die beiden Einspritzdüsen jeweils individuell entsprechend einem ersten Einspritz zeitpunkt der ersten Einspritzdüse und einem zweiten Ein spritzzeitpunkt der zweiten Einspritzdüse betätigbar sind.

21. Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspritzdüse (6G) ein Kraftstoffprallelement (12) aufweist, das Kraftstoff in Einspritzrichtung einer Ein spritzöffnung der Einspritzdüse verteilt.

22. Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Tröpfchendurchmesser-Einstellvorrichtung den Tröpf chendurchmesser des Benzinstrahls im Bereich einer Entla dungselektrode der Zündkerze auf ca. 40 µm einstellt.