DE4110618A1 - Kraftstoffeinspritz-steuersystem fuer eine brennkraftmaschine - Google Patents
Kraftstoffeinspritz-steuersystem fuer eine brennkraftmaschineInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein System zur Steuerung der Kraftstoffeinspritzung
für eine Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung,
wobei der Verbrennungsprozeß zwischen zwei
Betriebsarten und auch die eingespritzte Kraftstoffmenge
änderbar sind, insbesondere ein System zur gleichmäßigen
Steuerung von Leistungscharakteristiken bei Änderung einer
Verbrennungsbetriebsart.
Beim Direkteinspritzsystem für eine Brennkraftmaschine wird
Hochdruckkraftstoff direkt in einen Zylinder der Maschine
während eines Verdichtungshubs eingespritzt, und dann wird
das Gemisch durch eine Zündkerze gezündet. Die Anmelderin hat
bereits ein Einspritzsystem vorgeschlagen, bei dem die Kraftstoffeinspritzung
so vorverstellt wird, daß eine homogene Ladung
erreicht wird, und so verzögert wird, daß eine Schichtladung
erreicht wird. Dieses System ist so ausgelegt, daß der
Verbrennungsvorgang sich von einer Schichtladungsverbrennung
zu einer homogenen Ladungsverbrennung an einem Punkt ändert,
an dem sich das durch die beiden Verbrennungsarten erhaltene
Maschinendrehmoment gleichmäßig ändert.
Umgebungsbedingungen wie etwa der Atmosphärendruck, die Temperatur
und die Feuchtigkeit sind jedoch veränderlich, und
Bauelemente des Einspritzsystems werden im Lauf der Zeit
schlechter. Daher unterscheidet sich das Ist-Maschinendrehmoment
von dem theoretisch erzielbaren Maschinendrehmoment,
so daß sich das Maschinendrehmoment am Verbrennungsmodus-Änderungspunkt
schrittweise ändert, wodurch ein gleichmäßiges
Fahren beeinträchtigt wird.
Die JP-OS 60 36 719 beschreibt ein Kraftstoffeinspritzsystem,
bei dem die Ansaugluftdichte erfaßt wird. Wenn die Ansaugluftdichte
höher wird, wird der Punkt, an dem die Schichtladungsverbrennung
zur homogenen Ladungsverbrennung geändert
wird, zur Seite einer niedrigen Maschinenlast verschoben. Im
Fall der Abnahme der Ansaugluftdichte wird dieser Punkt zur
Seite einer hohen Maschinenlast verschoben. Bei dem System
ist jedoch ein Saugluftdichtesensor erforderlich, und außerdem
kann das System die durch die im Lauf der Zeit auftretende
Verschlechterung auftretenden Probleme nicht lösen. Der
Verbrennungs-Wirkungsgrad kann zwar verbessert werden, aber
es kann keine gleichmäßige Maschinendrehmomentänderung erzielt
werden, weil der Änderungspunkt des Verbrennungsprozesses
durch die Steueroperation des Systems verschoben wird.
Der Verbrennungsmodus-Änderungspunkt ist mit einem Punkt vorgegeben,
an dem ein optimaler Verbrennungs-Wirkungsgrad erreichbar
ist. Die Verschiebung des Verbrennungsmodus-Änderungspunkts
wirkt sich somit nachteilig auf den Verbrennungs-Wirkungsgrad
der Maschine aus.
Aufgabe der Erfindung ist daher die Bereitstellung eines
Kraftstoffeinspritzsystems für eine Brennkraftmaschine, bei
dem sich der Verbrennungsprozeß ändert, ohne zu einer plötzlichen
Änderung des Maschinendrehmoments zu führen, und zwar
ungeachtet einer Änderung des Maschinendrehmomentverlaufs
aufgrund einer Änderung von verschiedenen Fahrbedingungen.
Das System gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet,
daß zwischen dem Bereich der Schichtladungsverbrennung und
dem Bereich der homogenen Ladungsverbrennung ein Kombinations-Verbrennungsbereich
vorgesehen ist.
Gemäß der Erfindung wird ein System angegeben zur Steuerung
der Kraftstoffeinspritzung für eine Brennkraftmaschine mit
einem Zylinder, einem Einspritzer zur Direkteinspritzung von
Kraftstoff in den Zylinder, mit Detektoren zur Erfassung von
Maschinendrehzahl und Maschinenlast und zur Erzeugung eines
Betriebszustandssignals, mit einer Einspritzmengen-Bestimmungseinrichtung,
die aufgrund des Betriebszustandssignals
eine Kraftstoffmenge bestimmt, mit einer Einspritzzeitpunkt-Bestimmungseinrichtung,
die aufgrund des Betriebszustandssignals
und der Kraftstoffmenge einen Kraftstoffeinspritzzeitpunkt
bestimmt, und mit einer Treibereinrichtung zur
Ansteuerung des Einspritzers derart, daß zum bestimmten Einspritzzeitpunkt
die bestimmte Kraftstoffmenge eingespritzt
wird.
Das System umfaßt eine Verbrennungsmodus-Bestimmungseinrichtung,
die die festgelegte Einspritzmenge mit einem kleineren
Bezugswert, der einer Schichtladung entspricht, und mit
einem größeren Bezugswert, der einer homogenen Ladung entspricht,
vergleicht und ein Kombinationssignal erzeugt, wenn
die ermittelte Kraftstoffmenge zwischen dem kleineren und dem
größeren Bezugswert liegt, wobei die Einspritzzeitpunkt-Bestimmungseinrichtung
aufgrund des Maschinenbetriebszustandssignals
den Einspritzzeitpunkt in einer späteren Verdichtungsperiode
zur Erzeugung der Schichtladung bestimmt, wenn
das Signal zwischen einer niedrigen und einer mittleren Maschinenlast
liegt, und den Einspritzzeitpunkt in einer früheren
Verdichtungsperiode zur Erzeugung der homogenen Ladung
bestimmt, wenn das Signal eine hohe Motorlast bezeichnet, und
eine Zweifach-Einspritzzeitpunkt-Bestimmungseinrichtung, die
aufgrund des Kombinationssignals einen früheren bzw. ersten
Einspritzzeitpunkt und einen späteren bzw. zweiten Einspritzzeitpunkt
während der Verdichtung bestimmt, so daß der Kraftstoff
zweimal eingespritzt wird, um eine Schichtladungsverbrennung
und eine homogene Ladungsverbrennung zu erreichen.
Die Erfindung wird nachstehend auch hinsichtlich weiterer
Merkmale und Vorteile anhand der Beschreibung von Ausführungsbeispielen
und unter Bezugnahme auf die beiliegenden
Zeichnungen näher erläutert. Die Zeichnungen zeigen in
Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Zweitakt-Brennkraftmaschine
nach der Erfindung;
Fig. 2 das Blockschaltbild einer Steuereinheit gemäß der
Erfindung;
Fig. 3a ein Diagramm von Maschinendrehmomentverläufen;
Fig. 3b ein Diagramm, das Einspritzmengen einer ersten und
einer zweiten Einspritzung bei der Kombinations-Verbrennung
zeigt;
Fig. 4a bis 4c Diagramme, die den Einspritz- und den Zündzeitpunkt
in jedem Verbrennungsmodus zeigen;
Fig. 5a bis 5e Erläuterungen des Vorgangs der Kombinations-Verbrennung;
Fig. 6 das Blockschaltbild eines zweiten Ausführungsbeispiels
der Steuereinheit; und
Fig. 7 ein Diagramm, das die erste und die zweite Kraftstoffeinspritzung
bei homogener Ladungsverbrennung
im zweiten Ausführungsbeispiel zeigt.
Nach Fig. 1 umfaßt eine Zweitaktmaschine 1 für ein Kraftfahrzeug
einen Zylinder 2, einen darin vorgesehenen Kolben 3 und
eine mit dem Kolben 3 und einer in einem Kurbelgehäuse 4 befindlichen
Kurbelwelle 5 verbundene Pleuelstange 6. Auf der
Kurbelwelle 5 ist ein Gegengewicht 7 befestigt, um die Trägheit
des im Zylinder 2 hin- und hergehenden Kolbens 3 auszugleichen.
In einer Wand des Zylinders 2 sind eine Auslaßöffnung 11 und
drei Spülöffnungen 17 gebildet, wobei die Spülöffnungen 17 um
jeweils 90° voneinander winkelbeabstandet sind und eine Spülöffnung
der Auslaßöffnung 11 gegenüberliegt. Die Spülöffnungen
17 sind mit Zweigleitungen 18a eins Ansaugrohrs 18 verbunden.
Die Öffnungen 11 und 17 öffnen zu einem vorbestimmten
Zeipunkt in bezug auf die Lage des Kolbens 3.
Ein Einspritzer 10 und eine Zündkerze 9 sind an der Oberseite
eines Brennraums 8 des Zylinders 2 angeordnet. Die Zündkerze
9 ist schräg angeordnet, so daß ihr Elektrodenabstand 9a direkt
unter dem Einspritzer 10 liegt. Die Entfernung zwischen
dem Einspritzer 10 und dem Elektrodenabstand 9a ist auf der
Basis des Zustands des konusförmigen eingespritzten Kraftstoffs
bestimmt, der im Niedrig- und Mittellastbereich der
Maschine unmittelbar vor der Zündung eingespritzt wird. Wenn
also die Entfernung zu kurz ist, wird der Kraftstoff ungenügend
vergast. Wenn dagegen die Entfernung zu groß ist, wird
der Kraftstoffstrahl zerstreut. Durch geeignete Justierung
der Entfernung wird es möglich, eine Schichtladung zu erhalten,
wobei der konische Kraftstoffstrahl an einem rückwärtigen
Teil gezündet wird.
Außerdem ist der Einspritzer 10 im wesentlichen auf der vertikalen
Mittenlinie des Zylinders 2 angeordnet. Daher wird
eine große Kraftstoffmenge, die im Hochlastbereich der Maschine
zu einem früheren Zeitpunkt eingespritzt wird, schnell
verteilt unter Erzielung eines homogenen Luft-Kraftstoff-Gemischs.
Eine Steuereinheit 50 steuert die eingespritzte
Kraftstoffmenge, den Einspritz- und den Zündzeitpunkt.
Der Brennraum 8 kann vom zersetzten, vom Keil- oder vom Halbkugeltyp
sein. Der Einspritzer 10 ist von einem Typ, bei dem
eine vorbestimmte Kraftstoffmenge unter hohem Druck durch ein
Einspritzsystem eingespritzt wird. In einem Kraftstoffbehälter
30 befindlicher Kraftstoff wird dem Einspritzer 10 durch
eine Kraftstoffleitung 35 mit einem Filter 31, eine Pumpe 32
und einen Speicher 34 zur Regelung von Kraftstoffdruckschwankungen
zugeführt. Der Kraftstoff strömt durch eine Rücklaufleitung
36 mit einem Druckregler 33 zum Behälter 30 zurück.
Dem Druckregler 33 wird ein Signal von der Steuereinheit 50
für die Druckregelung zugeführt, denn im Niedriglastbereit
der Maschine, in dem die in den Zylinder 2 zu ladende Luftmenge
klein ist, wird der Kraftstoff mit niedrigem Druck eingespritzt.
Der Kraftstoffdruck steigt mit zunehmender Luftmenge
bei steigender Maschinenlast.
Der Maschine 1 wird Luft durch einen Luftfilter 19 und die
Ansaugleitung 18 zugeführt, die eine Drosselklappe 20 und
eine Spülpumpe 21 aufweist. Abgase der Maschine 1 werden
durch die Auslaßöffnung 11 und ein Auspuffrohr 12 mit einem
Katalysator 13 und einem Auspufftopf 14 abgeleitet.
Die Spülpumpe 21 ist mit der Kurbelwelle 5 betriebsmäßig
durch eine Übertragungseinrichtung 22 verbunden, die einen
über eine Kurbelscheibe und eine Pumpenscheibe laufenden Endlosriemen
aufweist. Die Spülpumpe 21 wird von der Kurbelwelle
5 durch die Übertragungseinrichtung 22 angetrieben und erzeugt
einen Spüldruck. Die Drosselklappe 20 öffnet den Durchtritt
durch das Ansaugrohr 18 auch dann geringfügig, wenn ein
mit der Drosselklappe 20 betriebsmäßig gekoppeltes Fahrpedal
losgelassen ist, so daß die Spülpumpe 21 Luft ansaugen kann.
Wenn das Fahrpedal gedrückt wird, wird die Drosselklappe 20
entsprechend geöffnet, wodurch die angesaugte Luftmenge geregelt
wird. Daher wird dem Zylinder 2 nur durch die Ansaugluft
erzeugter Spüldruck zum Spülen zugeführt, wodurch der Ladungs-Wirkungsgrad
erhöht wird.
Ein Auslaßdrehschieber 15 ist im Auspuffrohr 12 nach der angrenzenden
Auslaßöffnung 11 angeordnet. Der Auslaßdrehschieber
15 ist mit der Kurbelwelle 5 betriebsmäßig durch eine
Übertragungseinrichtung 16 gekoppelt, die einen über eine
Kurbelscheibe und eine Schieberscheibe laufenden Endlosriemen
aufweist, so daß sie von der Maschine angetrieben wird. Der
Auslaßdrehschieber 15 ist so ausgelegt, daß sich seine Absperrphase
entsprechend der Lage des Kolbens 3 ändert. Wenn
der Kolben 3 während der Verdichtung nach oben geht, wird die
Auslaßöffnung 11 von dem Auslaßschieber 15 in einem frühen
Stadium geschlossen. Es ist somit möglich, den Einspritzzeitpunkt
vorzuverlegen, so daß im Hochlastbereich der Maschine
der Kraftstoff ausreichend mit Luft vermischt wird.
Gemäß Fig. 2 hat das Steuersystem einen Kurbelwinkelsensor
40, einen Zylindererkennungssensor 41 und einen Fahrpedal-Betätigungsradsensor
42, deren Ausgangssignale der Steuereinheit
50 zugeführt werden. Die Steuereinheit 50 hat einen
Maschinendrehzahlrechner 51, dem ein Kurbelwinkel R vom Kurbelwinkelsensor
40 zur Berechnung einer Maschinendrehzahl Ne
auf der Basis des Zeitintervalls zwischen Kurbelwinkelimpulsen
zugeführt wird; der Kurbelwinkel R und das Ausgangssignal
des Zylindererkennungssensors 41 werden einem Kurbelwinkeldetektor
52 zugeführt. Der Kurbelwinkeldetektor 52 detektiert
eine vorbestimmte Standard-Kurbelwinkellage vor dem oberen
Totpunkt bzw. OT jedes Zylinders.
Die Maschinendrehzahl Ne und ein Fahrpedalbetätigungsgrad Φ
vom Fahrpedal-Betätigungsgradsensor 42 werden einem Einspritzimpulsdauerrechner
53 zugeführt. Dieser liest eine
Einspritzmenge Gf aus einer Nachschlagetabelle entsprechend
den Maschinenbetriebsbedingungen aus und berechnet eine Einspritzimpulsdauer
Ti in Abhängigkeit von
Ti = K · Gf + Ts
wobei K ein auf einem Kraftstoffdruck basierender Koeffizient
und Ts ein Spannungskorrekturwert ist. Die Maschinendrehzahl
Ne und die Einspritzmenge Gf werden einem Verbrennungsmodus-Bestimmungsteil
56 zugeführt, der einen von drei Verbrennungsmodi
bestimmt, und zwar die Schichtladungsverbrennung,
die homogene Ladungsverbrennung und die Kombinations-Verbrennung.
Fig. 3a zeigt einen Drehmomentverlauf TL der Schichtladungsverbrennung,
die im Niedrig- und Mittellastbereich der Maschine
durchgeführt wird, und einen Drehmomentverlauf TH der
im Hochlastbereich der Maschine durchgeführten homogenen Ladungsverbrennung.
Die Kombinations-Verbrennung wird in einem
einen Punkt P0, in dem die Drehmomentverläufe TL und TH einander
schneiden, einschließenden Bereich durchgeführt. Dabei
liegt der Kombinations-Verbrennungsbereich zwischen einem
Punkt P1 und einem Punkt P2. Der Punkt P1 ist der Schnittpunkt
des Drehmomentverlaufs TL und eines Drehmomentverlaufs
TM der Kombinations-Verbrennung, und P2 ist der Schnittpunkt
der Drehmomentverläufe TM und TH. Wenn daher die Einspritzmenge
Gf kleiner als eine dem Punkt P1 entsprechende Bezugsmenge
Gf1 ist (Gf<Gf1), wird die Schichtladungsverbrennung
festgelegt. Wenn andererseits die Menge Gf größer als eine
dem Punkt P2 entsprechende Bezugsmenge Gf2 ist (Gf≧Gf2), wird
die homogene Ladungsverbrennung festgelegt. Bei Gf1≦Gf<Gf2
wird die Kombinations-Verbrennung festgelegt.
Das Ausgangssignal des Verbrennungsmodus-Bestimmungsteils 56
wird einem Einspritzzeitpunktgeber 54 zugeführt, dem außerdem
die Maschinendrehzahl Ne und die Einspritzmenge Gf zugeführt
werden. Der Einspritzzeitpunktgeber 54 enthält eine Nachschlagetabelle
mit einer Vielzahl von Einspritzzeitpunkten
RiE für die Schichtladungsverbrennung und eine Nachschlagetabelle
mit einer Vielzahl von Einspritzzeitpunkten RiS für
die homogene Ladungsverbrennung, die jeweils nach Maßgabe der
Maschinendrehzahl Ne und der Einspritzmenge Gf geordnet sind.
Die Zeitpunkte RiE sind verzögert, um die Schichtladungsverbrennung
durchzuführen. Die Einspritzung muß jedoch so enden,
daß eine Zeitdauer erhalten wird, in der der eingespritzte
Kraftstoff vergast wird, bevor die Zündung erfolgt. Dagegen
sind die Zeitpunkte RiS für die homogene Ladungsverbrennung
so vorverstellt, daß die Einspritzung beginnt, sobald das
Auslaßventil schließt. Das Ausgangssignal des Verbrennungsmodus-Bestimmungsteils
56, die Maschinendrehzahl Ne und die
Einspritzmenge Gf werden ferner einem Zündzeitpunktgeber 55
zugeführt. Dieser enthält Zündzeitpunkt-Nachschlagetabellen
für die Schichtladungsverbrennung und die homogene Ladungsverbrennung,
die jeweils eine Vielzahl von Zündzeitpunkten Rg
enthalten, die entsprechend der Maschinendrehzahl Ne und der
Einspritzmenge Gf geordnet sind. Der Zündzeitpunktgeber 55
ruft den Zündzeitpunkt Rg aus der Nachschlagetabelle nach
Maßgabe der Maschinenlast ab.
Die vom Einspritzimpulsdauerrechner 53 berechnete Einspritzimpulsdauer
Ti und der Zündzeitpunkt RiE oder RiS werden
einem Einspritzzeitpunktvorgeber 57 zugeführt. Dieser erzeugt
ein der Einspritzimpulsdauer Ti und dem Einspritzzeitpunkt
RiE oder RiS entsprechendes Kraftstoffeinspritzsignal. Dieses
wird dem Einspritzer 10 über einen Treiber 58 in Abhängigkeit
von der Standard-Kurbelwinkellage vom Kurbelwinkeldetektor 52
zugeführt.
Der vom Zündzeitpunktgeber 55 gelieferte Zündzeitpunkt Rg
wird einem Zündzeitpunktvorgeber 59 zugeführt, der der Zündkerze
9 durch den Treiber 60 ein Zündsignal entsprechend dem
Zündzeitpunkt Rg auf der Basis der Standard-Kurbelwinkellage
und eines Schließwinkels zuführt.
Bei der Kombinations-Verbrennung wird Kraftstoff während jedes
Verdichtungshubs wenigstens zweimal eingespritzt. Die
Kraftstoffmenge bei der ersten Einspritzung wird erhöht, und
die Kraftstoffmenge für die zweite Einspritzung wird verringert,
während die Maschinenlast ansteigt. Insbesondere
werden dabei die Maschinendrehzahl Ne, die Einspritzmenge Gf
und die Einspritzimpulsdauer Ti einem Zweifach-Einspritzimpulsdauergeber
61 zugeführt, in dem die Impulsdauer Ti in
eine erste Einspritzimpulsdauer Ti1 und eine zweite Einspritzimpulsdauer
Ti2 aufgeteilt wird. Wie Fig. 3b zeigt, ist
an einem der Einspritzmenge Gf1 entsprechenden Punkt P1 eine
erste Einspritzimpulsdauer Ti1m mit einer mindesterforderlichen
Menge vorgegeben, die eine magere Verbrennung bei homogener
Ladung ermöglicht. Eine zweite Einspritzimpulsdauer
Ti2m am Punkt P2 entsprechend der Einspritzmenge Gf2 ist eine
für die Schichtladungsverbrennung mindesterforderliche Menge.
Die Maschinendrehzahl Ne, die Einspritzmenge Gf, ein Kombinations-Verbrennungssignal
vom Verbrennungsmodus-Bestimmungsteil
56 und die erste und zweite Einspritzimpulsdauer Ti1 und
Ti2 werden einem Zweifach-Einspritzzeitpunktgeber 62 zugeführt.
Dieser bestimmt einen ersten Einspritzzeitpunkt Ri1
mit der ersten Einspritzimpulsdauer Ti1 nach Maßgabe des
Einspritzbeginnzeitpunkts RiS für die homogene Ladungsverbrennung.
Ein zweiter Einspritzzeitpunkt Ri2 für die zweite
Einspritzimpulsdauer Ti2 wird ebenfalls in Abhängigkeit vom
Einspritzbeendigungszeitpunkt RiE für die Schichtladungsverbrennung
bestimmt. Die Einspritzzeitpunkte Ri1 und Ri2 werden
dem Einspritzzeitpunktvorgeber 57 zugeführt. Der Zündzeitpunktgeber
55 enthält eine exklusive Nachschlagetabelle mit
einer Vielzahl von Zündzeitpunkten Rg für die Kombinations-Verbrennung.
Nachstehend wird der Betrieb der Zweitaktmaschine beschrieben.
Im Betrieb der Maschine 1 erreicht der Kolben 3 eine
Lage nahe dem unteren Totpunkt bzw. UT, wie Fig. 1 zeigt, so
daß die Spülöffnungen 17 ebeso wie die Auslaßöffnung 11 geöffnet
werden. Die Ansaugluft, deren Menge vom durch das
Fahrpedal bestimmten Öffnungsgrad der Drosselklappe 20 abhängt,
wird von der Spülpumpe 21 durch die Spülöffnungen 17
in den Zylinder 2 gefördert. Infolgedessen werden im Zylinder
2 vorhandene Verbrennungsgase durch vertikal verwirbelte Luft
hinausgeschoben, so daß frische Ansaugluft mit hohem Ladungs-Wirkungsgrad
in den Zylinder gedrückt wird. Während des Verdichtungshubs
geht der Kolben 3 vom UT aufwärts und schließt
die Spülöffnungen 17. Gleichzeitig wird die Auslaßöffnung 11
durch den Drehschieber 15 geschlossen. Der Kraftstoff wird
vom Einspritzer 10 nach Maßgabe des Einspritzimpulssignals
der Steuereinheit 50 mit hohem Druck eingespritzt unter Bildung
eines brennbaren Gemischs im Zylinder 2, ohne daß der
Kraftstoff durch die Auslaßöffnung 11 entweicht. Der Kraftstoffdruck
wird vom Kraftstoffdruckregler 33 nach Maßgabe des
Signals der Steuereinheit 50 geregelt. Das Gemisch wird im
Brennraum mit der Spülluft verwirbelt und von der Zündkerze 9
unmittelbar vor dem OT gezündet. Nach der Explosion geht der
Kolben 3 nach unten. Infolgedessen wird die Auslaßöffnung 11
geöffnet, so daß im Zylinder 2 vorhandene Hochdruck-Verbrennungsgase
entweichen. Der Kolben 3 geht weiter nach unten und
kehrt dadurch zum vorher beschriebenen Ansaughub zurück, in
dem der Zylinder 2 gespült wird.
In der Steuereinheit 50 berechnet dabei der Einspritzimpulsdauerrechner
53 die Einspritzimpulsdauer Ti auf der Basis der
Einspritzmenge Gf, die entsprechend der Maschinendrehzahl Ne
und dem Fahrpedalbetätigungsgrad o abgeleitet wurde. Der Verbrennungsmodus-Bestimmungsteil
56 bestimmt den Verbrennungsmodus
nach Maßgabe der Einspritzmenge Gf unter Bildung des
Einspritzzeitpunkts und des Zündzeitpunkts durch den Einspritzzeitpunktgeber
54 und den Zündzeitpunktgeber 55.
Im Niedrig- und Mittellastbereich der Maschine wird im Einspritzzeitpunktgeber
54 die Nachschlagetabelle für die
Schichtladungsverbrennung ausgewählt, so daß der Kraftstoff
mit der Einspritzimpulsdauer Ti und zum Zeitpunkt RiE, der
nahe dem Zündzeitpunkt Rg in der Nähe des OT liegt, eingespritzt
wird. Wie Fig. 4a zeigt, wird daher eine relativ
kleine Kraftstoffmenge in Richtung des Elektrodenabstands 9a
der Zündkerze 9 während einer späteren Verdichtungsperiode
eingespritzt. Unmittelbar nach der Einspritzung wird der
Zündkerze 9 das Zündsignal zugeführt. Infolgedessen wird der
konusförmige Kraftstoffstrahl an einem rückwärtigen Teil gezündet,
bevor der Kraftstoff verteilt ist, wodurch die
Schichtladungsverbrennung erreicht wird. Obwohl also die
Kraftstoffmenge gegenüber der Ansaugluftmenge klein ist, wird
der fette Teil des Luft-Kraftstoff-Gemischs ordnungsgemäß
verbrannt unter Erhalt einer stabilen Verbrennung.
Mit zunehmender Maschinenlast wird die Einspritzmenge Gf
erhöht, so daß die Kombinations-Verbrennung im Verbrennungsmodus-Bestimmungsteil
56 bestimmt wird. Die der Impulsdauer
Ti entsprechende erste und zweite Einspritzimpulsdauer Ti1
und Ti2 werden im Einspritzimpulsdauergeber 61 bestimmt. Die
jeweiligen Einspritzzeitpunkte Ri1 und Ri2 in der ersten und
der zweiten Verdichtungsperiode werden im Zweifach-Einspritzzeitpunktgeber
62 bestimmt, so daß der Kraftstoff zweimal
eingespritzt wird, wie Fig. 4b zeigt. Dabei wird, wie Fig. 5a
zeigt, eine die magere Verbrennung mit homogenem Gemisch ermöglichende
mindesterforderliche Kraftstoffmenge F1 zu Beginn
der Verdichtung eingespritzt. Nach Beendigung der ersten Einspritzung
(Fig. 5b) wird der Kraftstoff verteilt, während der
Kolben 3 nach oben geht, wodurch ein homogenes Luft-Kraftstoff-Gemisch
A (Fig. 5c) erhalten wird. Wenn der Kolben 3
weiter nach oben geht, wird eine kleine Kraftstoffmenge F2 in
das Luft-Kraftstoff-Gemisch A eingespritzt, wie Fig. 5d
zeigt. Unmittelbar danach wird der vergaste Kraftstoff F2 von
der Zündkerze 9 gezündet, wie Fig. 5e zeigt. Daher wird das
homogene Luft-Kraftstoff-Gemisch A, das die Kraftstoffmenge
F1 der ersten Einspritzung enthält, homogen verbrannt, wobei
die Kraftstoffmenge F2 der zweiten Einspritzung als Entflammungshilfe
dient. Mit zunehmender Maschinenlast wird die
Kraftstoffmenge der ersten Einspritzung erhöht und die
Kraftstoffmenge der zweiten Einspritzung verringert. Daher
wird die zweite Menge schließlich auf eine für die Schichtladungsverbrennung
mindesterforderliche Menge reduziert.
Im Hochlastbereich der Maschine wird die Einspritzmenge Gf so
erhöht, daß die homogene Ladungsverbrennung bestimmt wird.
Die Einspritzzeitpunkt-Nachschlagetabelle für die homogene
Ladungsverbrennung wird im Einspritzzeitpunktgeber 54 ausgewählt
zur Ableitung des Einspritzzeitpunkts RiS. Der Zündzeitpunkt
Rg wird in gleicher Weise aus der Tabelle im Zündzeitpunktgeber
55 ausgewählt. Nach Fig. 4c wird daher eine
große Kraftstoffmenge aus dem Einspritzer 10 in den Zylinder
2 eingespritzt, sobald der Schieber 15 die Auslaßöffnung 11
schließt. Der Kraftstoff wird während der Verdichtung ausreichend
mit Ansaugluft vermischt, so daß bei Zündung der Zündkerze
9 der Kraftstoff homogen verbrannt wird. Daher wird
durch die starke Luftmischungswirkung das Maschinendrehmoment
erhöht.
Das Maschinendrehmoment entsprechend dem Drehmomentverlauf TL
während der Schichtladungsverbrennung wird infolgedessen
gleichmäßig über den Verlauf TM der Kombinations-Verbrennung
bis zum Verlauf TH der homogenen Ladungsverbrennung erhöht.
Wenn sich das durch die Schichtladung und die homogene Ladung
erhaltene Ist-Drehmoment mit der Höhe oder im Lauf der Zeit
ändert, wird das Drehmoment durch die Kombinations-Verbrennung
trotzdem gleichmäßig erhöht.
Bei Abnahme der Maschinenlast wird der Verbrennungsmodus von
homogener Ladungsverbrennung zur Schichtladungsverbrennung
geändert.
Die Erfindung kann so modifiziert werden, daß der Kraftstoff
bei homogener Ladungsverbrennung zweimal eingespritzt wird,
um die Zündeigenschaften zu verbessern. Nach Fig. 5 hat die
Steuereinheit 50a des zweiten Ausführungsbeispiels einen
Verbrennungsmodus-Bestimmungsteil 56a und einen Zweiteinspritzsteuerteil
64 anstelle des Verbrennungsmodus-Bestimmungsteils
56, des Zweifach-Einspritzimpulsdauergebers 61 und
des Zweifach-Einspritzzeitpunktgebers 62 der Steuereinheit 50
von Fig. 2. Im übrigen ist die Steuereinheit wie das erste
Ausführungsbeispiel aufgebaut.
Der Verbrennungsmodus-Bestimmungsteil 56a vergleicht die im
Einspritzimpulsdauerrechner 53 gebildete Einspritzmenge Gf
mit einer Bezugsmenge Gf0. Im Niedrig- und Mittellastbereich
der Maschine, wobei die Einspritzmenge Gf kleiner als die Bezugsmenge
Gf0 ist (Gf<Gf0), wird die Schichtladungsverbrennung
festgelegt. Im Hochlastbereich der Maschine, in dem die
Einspritzmenge Gf größer als die Bezugsmenge ist (Gf≧Gf0),
wird die homogene Ladungsverbrennung festgelegt.
Wenn die homogene Ladungsverbrennung gewählt wird, bestimmt
der Einspritzzeitpunktgeber 54 den Beginn RiS der ersten
Einspritzung, deren Impulsdauer Ti im Rechner 53 berechnet
wird. Der Zündzeitpunktgeber 55 bestimmt den Zündzeitpunkt Rg
der Ersteinspritzung.
Der Zündzeitpunkt Rg und das Ausgangssignal des Verbrennungsmodus-Bestimmungsteils
56a werden dem Zweiteinspritzsteuerteil
64 zugeführt, der während der homogenen Ladungsverbrennung
dem Einspritzzeitpunktvorgeber 57 eine Zweiteinspritzimpulsdauer
Tim und ein Zweiteinspritzende Rim zuführt.
Die Einspritzimpulsdauer Tim entspricht einer vorbestimmten
Mindestmenge, die für die Schichtladung notwendig ist, ohne
das Luft-Kraftstoff-Gemisch um den Elektrodenabstand 9a der
Zündkerze 9 herum im Vollastbetrieb zu fett zu machen. Das
Einspritzende Rim ist unmittelbar vor dem Zündzeitpunkt Rg so
vorgegeben, daß ausreichend Zeit verfügbar ist, um den Kraftstoff
der Zweiteinspritzung ausreichend zu vergasen.
Wie Fig. 7 zeigt, beginnt also die Ersteinspritzung zum Zeitpunkt
Ris mit der Impulsdauer Ti, die von der Maschinenlast
abhängt. Die Zweiteinspritzung wird unmittelbar vor der Zündung
mit der Impulsdauer Tim durchgeführt. Der Kraftstoff
wird mit Luft vermischt und durch den bereits unter Bezugnahme
auf die Fig. 5a-5e erläuterten Prozeß gezündet. Infolgedessen
wird das homogene Luft-Kraftstoff-Gemisch, das den bei
der Ersteinspritzung eingespritzten Kraftstoff enthält, zuverlässig
in einem Moment gezündet, wobei der Kraftstoff der
Zweiteinspritzung als Entflammungshilfe dient, so daß das Maschinendrehmoment
durch den hohen Luftvermischungseffekt erhöht
wird. Die Menge der Ersteinspritzung ist zwar entsprechend
der Maschinenlast veränderlich, die Menge der Zweiteinspritzung
ist jedoch konstant, so daß der Kraftstoff in jedem
Takt richtig gezündet wird.
Aus der vorstehenden Beschreibung ist ersichtlich, daß durch
die Erfindung eine Brennkraftmaschine angegeben wird, bei der
die Kombinations-Verbrennung zusätzlich zur homogenen Ladungsverbrennung
und zur Schichtladungsverbrennung durchgeführt
wird, um gleichmäßige Drehmomentverläufe zu erreichen.
Bei der Kombinations-Verbrennung wird Kraftstoff zweimal eingespritzt,
wobei jede Einspritzung die homogene Ladung und
die Schichtladung bewirkt. Daher wird das Maschinendrehmoment
gleichmäßig erhöht, und zwar ungeachtet einer Änderung der
atmosphärischen Bedingungen und der mit der Zeit auftretenden
Verschlechterung der Systemelemente. Da ein weiterer Sensor
nicht erforderlich ist und die Änderungspunkte der Verbrennung
festliegen, wird eine optimale Verbrennung ohne weiteres
erreicht.
Die vorstehende Beschreibung bezieht sich zwar auf eine Zweitaktmaschine,
das Steuersystem nach der Erfindung kann aber
bei allen Arten von Brennkraftmaschinen Anwendung finden.
Als erfindungswesentlich wird also ebenfalls das beschriebene
Verfahren betrachtet.
Claims (4)
1. Kraftstoffeinspritz-Steuersystem für eine Brennkraftmaschine
mit wenigstens einem Zylinder (2) und einem Einspritzer
(10) zur Direkteinspritzung von Kraftstoff in den
Zylinder, wobei das Steuersystem aufweist: Detektiereinrichtungen
(40-42), die die Maschinendrehzah und die Maschinenlast
detektieren und ein Betriebszustandssignal erzeugen,
eine Einspritzmengen-Bestimmungseinrichtung (53), die aufgrund
des Betriebszustandssignals eine Kraftstoffmenge bestimmt,
einen Einspritzzeitpunktgeber (54), der aufgrund des
Betriebszustandssignals und der Kraftstoffmenge einen Zeitpunkt
zur Kraftstoffeinspritzung bestimmt, und einen Treiber
(58), der den Einspritzer (10) zur Einspritzung der Kraftstoffmenge
zum Einspritzzeitpunkt ansteuert,
gekennzeichnet durch
einen Verbrennungsmodus-Bestimmungsteil (56), der die Kraftstoffmenge mit einem einer Schichtladung entsprechenden kleineren Bezugswert und mit einem einer homogenen Ladung entsprechenden größeren Bezugswert vergleicht und ein Kombinationsmodussignal erzeugt, wenn die Kraftstoffmenge zwischen dem kleineren und dem größeren Bezugswert liegt;
den Einspritzzeitpunktgeber (54), der aufgrund des Maschinenbetriebszustandssignals den Einspritzzeitpunkt zu einer späteren Verdichtungsperiode zur Erzeugung einer Schichtladung bestimmt, wenn das Signal zwischen einem Niedrig- und einem Mittellastbereich der Maschine liegt, und den Einspritzzeitpunkt zu einer früheren Verdichtungsperiode zum Erhalt der homogenen Ladung bestimmt, wenn das Signal einen Hochlastbereich der Maschine bezeichnet; und
einen Zweifach-Einspritzzeitpunktgeber (62), der aufgrund des Kombinationsmodussignals einen früheren bzw. ersten und einen späteren bzw. zweiten Einspritzzeitpunkt während der Verdichtung bestimmt, so daß zum Erhalt einer Schichtladungsverbrennung und einer homogenen Ladungsverbrennung zweimal Kraftstoff eingespritzt wird.
einen Verbrennungsmodus-Bestimmungsteil (56), der die Kraftstoffmenge mit einem einer Schichtladung entsprechenden kleineren Bezugswert und mit einem einer homogenen Ladung entsprechenden größeren Bezugswert vergleicht und ein Kombinationsmodussignal erzeugt, wenn die Kraftstoffmenge zwischen dem kleineren und dem größeren Bezugswert liegt;
den Einspritzzeitpunktgeber (54), der aufgrund des Maschinenbetriebszustandssignals den Einspritzzeitpunkt zu einer späteren Verdichtungsperiode zur Erzeugung einer Schichtladung bestimmt, wenn das Signal zwischen einem Niedrig- und einem Mittellastbereich der Maschine liegt, und den Einspritzzeitpunkt zu einer früheren Verdichtungsperiode zum Erhalt der homogenen Ladung bestimmt, wenn das Signal einen Hochlastbereich der Maschine bezeichnet; und
einen Zweifach-Einspritzzeitpunktgeber (62), der aufgrund des Kombinationsmodussignals einen früheren bzw. ersten und einen späteren bzw. zweiten Einspritzzeitpunkt während der Verdichtung bestimmt, so daß zum Erhalt einer Schichtladungsverbrennung und einer homogenen Ladungsverbrennung zweimal Kraftstoff eingespritzt wird.
2. Steuersystem nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Einspritzmengen-Bestimmungsteil dazu dient, eine
größere Kraftstoffmenge zum ersten Einspritzzeitpunkt und
eine kleinere Kraftstoffmenge zum zweiten Einspritzzeitpunkt
einzuspritzen.
3. Steuersystem nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Einspritzmenge zum ersten Einspritzzeitpunkt mit der
Maschinenlast größer wird und die Einspritzmenge zum zweiten
Einspritzzeitpunkt mit der Maschinenlast kleiner wird.
4. Steuersystem nach Anspruch 1,
gekennzeichnet durch
einen Zweiteinspritzsteuerteil (64) zur
Kraftstoffeinspritzung in einer späteren Periode des Verdichtungshubs
bei homogener Ladung im Hochlastbereich der Maschine.
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