DE4244774C2

DE4244774C2 - Brennkraftmaschine mit Abgasrückführung

Info

Publication number: DE4244774C2
Application number: DE4244774A
Authority: DE
Inventors: Mitsuo Hitomi; Shunji Masuda; Toshihiko Hattori; Kenji Kashiyama; Junsou Sasaki
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1991-09-26
Filing date: 1992-09-24
Publication date: 1999-10-14
Anticipated expiration: 2012-09-25

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des An spruchs 1.

In letzter Zeit finden Brennkraftmaschinen mit elektronischer Brennstoffeinspritzung, die mit einer Steuer- und/oder Regelungs einrichtung beispielsweise von der Art, wie sie in der japani schen Patentveröffentlichung 2-36,772 offenbart ist, zunehmende Verbreitung. Brennkraftmaschinen dieser Art besitzen den Vor teil, daß das Luft-Brennstoff-Verhältnis (das Verhältnis der zu geführten Luft zu dem dieser zugemischten Brennstoff) des Gemi sches, das der Maschine zugeführt wird, in einem großen Bereich angeglichen werden kann.

Grundsätzlich wird eine Menge des Gemisches in einer Weise zuge führt, daß das Luft-Brennstoff-Verhältnis des gemischten Brenn stoffs stöchiometrisch (λ = 1 bei einem Verhältnis von A/F = 14,7, wobei A der Anteil der Luft und F der Anteil des Brenn stoffs ist) gewählt wird, wenn die Maschine in einem Bereich mittlerer Belastung betrieben wird. Andererseits wird das Luft- Brennstoff-Verhältnis des Gemisches derart gesteuert, daß es Fett bis A/F = 13 oder kleiner als 13 wird, um die Leistung der Maschine zu erhöhen, wenn die Maschine in einem Bereich hoher Belastung betrieben wird.

Aus der DE 32 10 810 A1 ist eine Brennkraftmaschine bekannt, bei der eine Streu ung von Verbrennungsvorgängen anhand der Verbrennungsgeschwindigkeit bzw. dem Verbrennungsdruck erfaßt wird. In Abhängigkeit der erfaßten Streuung wird das Luft-Brennstoff-Verhältnis eingestellt, um einen Streuungs-Sollwert zu erhalten.

Wird jedoch in herkömmlicher Weise das Luft-Brennstoff-Verhält nis in dem Bereich hoher Ladung fett gemacht, ergibt sich der Nachteil unwirtschaftlicher geringer Brennstoffausbeute. Vorzugs weise wird daher das Luft-Brennstoff-Verhältnis so eingestellt und gesteuert, daß es auch im Bereich hoher Belastung stöchiome trisch wird, wenn ein wirtschaftlicher Brennstoffverbrauch von großer Bedeutung ist.

Wenn das Luft-Brennstoff-Verhältnis des gemischten Brennstoffes so eingestellt wird, daß es stöchiometrisch wird, kann sich die Verbrennung dank des Vorhandenseins einer ausreichenden Luftmenge vollständig, sanft und glatt vollziehen, weil das Luft-Brenn stoff-Verhältnis des Gemisches sich enger dem stöchiometrischen Luft-Brennstoff-Verhältnis annähert, wobei sich aber das Problem ergibt, daß die Temperatur in der Maschine erhöht wird und die Wärmebalstung zu hoch werden kann, beispielsweise an der Ventil brücke zwischen dem Einlaßventil und dem Auslaßventil.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Zuverlässigkeit des Motors durch Beschränkung der Temperatur im Innenraum des Motors und der Temperatur der Abgase in einem Betriebszustand hoher Belastung des Motors zu gewährleisten, selbst wenn das Verdichtungsverhältnis oder die Aufladung des Motors hoch ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Brennkraftmaschine mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 gelöst.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprü che.

In vorteilhafter Weise werden die Abgase zurückgeführt, wenn der Betriebszustand der Maschine sich im Bereich hoher Belastung befindet, so daß die Verbrennungs temperatur zu einer Zeit, in der sich die Maschine im Zustand hoher Belastung be findet, an einem Ansteigen gehindert wird, weil inerte Verbrennungsgase zurück geführt werden, die eine weitere Erhöhung der Temperatur in der Maschine unter drücken.

Bei Maschinen mit natürlichem Einlaßsystem ist es vorteilhaft, das Verdichtungsverhältnis höher zu machen. Übliche Brennkraft maschinen haben ein durchschnittliches Verdichtungsverhältnis von 9. Um den Brennstoffverbrauch wirtschaftlicher zu gestalten, wenn das Luft-Brennstoff-Verhältnis zu einer Zeit, zu der die Maschine im Bereich hoher Belastung betrieben wird, auf ein Ver hältnis von A/F = 14,7 (stöchiometrisches Luft-Brennstoff-Ver hältnis) ausgehend von A/F = 13 für derartige übliche Maschinen eingestellt wird, kann, wie aus Fig. 25 in der Zeichnung ersichtlich ist, folgendes geschehen:

1. Das von der Maschine erzeugte Drehmoment wird um 2% ver ringert;
2. der Brennstoffverbrauch wird um 10% verringert;
3. die Temperatur an der Ventilbrücke wird um 4°C erhöht;
4. die Temperatur des Abgases wird um 35°C erhöht.

Wenn die Probleme der Erhöhung der Temperatur an der Ventilbrüc ke und der Temperatur der Abgase durch die Rückführung der Abga se gelöst werden sollen, ergibt sich aus Fig. 24 der Zeichnung, daß ein Anteil zurückgeführter Abgase von ungefähr 7% erforder lich ist, um die Abgastemperatur in den Griff zu bekommen. Wenn die Abgase höhere Temperaturen haben, muß ein größerer Anteil der Abgase zurückgeführt werden. Wenn jedoch Abgase mit einem Anteil von etwa 7% eingeleitet werden, muß der Anteil an einge leiteter Frischluft um etwa 7% verringert werden, so daß auch das von der Maschine erzeugte Drehmoment um etwa 7% verringert wird. Mit anderen Worten wird die gesamte Größe des von der Ma schine erzeugten Drehmoments um 9% verringert, wenn eine Erhö hung der Temperaturen in der Maschine oder die Erhöhung der Tem peratur der Auspuffgase durch Rückführung von Auspuffgasen unter drückt wird, wenn das Luft-Brennstoff-Verhältnis magerer auf ein Verhältnis A/F = 14,7 (stöchiometrisches Luft-Brennstoff-Verhält nis von einem Verhältnis) ausgehend von einem Verhältnis A/F = 13 gemacht wird, während das Verdichtungsverhältnis konstant gehalten wird.

Wird andererseits das Verdichtungsverhältnis (∈) der Maschine von ∈ = 9 (Grundmaschine) auf beispielsweise ∈ = 11 erhöht, kann folgendes geschehen:

1. Das von der Maschine erzeugte Drehmoment wird um 7% er höht;
2. der Brennstoffverbrauch wird um 3% verbessert;
3. die Temperatur an der Ventilbrücke wird um etwa 3° erhöht;
4. die Temperatur der Abgase wird um 38° verringert.

Eine Kombination der ersten Maßnahme (das Luft-Brennstoff-Ver hältnis wird, wie in dem vorstehenden Beispiel angegeben, mage rer gemacht) mit der zweiten Maßnahme (das Kompressionsverhält nis wird, wie in dem vorstehenden Beispiel angegeben, erhöht) führt zu folgenden Ergebnissen:

1. Das von der Maschine erzeugte Drehmoment wird um 5% im Vergleich mit der Grundmaschine erhöht (bei einer Berech nung, bei der der vorstehende Punkt A1 von dem Punkt B1 abgezogen wird);
2. der Brennstoffverbrauch gleicht sich dem der Basismaschine an;
3. die Temperatur an der Ventilbrücke erhöht sich um ungefähr 7° im Verhältnis zu der Basis-Maschine (berechnet aus den Summen A3 und B3);
4. die Temperatur der Abgase wird um 3° im Verhältnis zur Basis-Maschine verringert.

Die vorstehenden Ergebnisse verdeutlichen, daß das Problem der Erhöhung der Temperatur in der Maschine (beispielsweise die Tem peratur an der Ventilbrücke) nicht gelöst wird.

Da es jedoch eine Maßnahme der Erfindung ist, Auspuffgase in die Maschine zurückzuführen, kann das Problem der Erhöhung der Tempe ratur an der Ventilbrücke um ungefähr 7°, wie es oben unter Nr. 3 erwähnt worden ist, dadurch gelöst werden, daß Auspuffgase zu rückgeführt werden, und zwar mit einem Abgasanteil von 7,5%, wie es in Fig. 24 dargestellt ist. Wenn Auspuffgase mit einem Anteil von 7,5% zurückgeführt werden, kann eine Temperaturerhö hung an der Ventilbrücke um ungefähr 7°C unterdrückt werden.

Wie vorstehend beschrieben, verhindert die Rückführung der Abgase mit einem Anteil von 7,5% eine Temperaturerhöhung in der Maschine, wenn das Luft-Brennstoff-Verhältnis des gemischten Brennstoffes magerer gemacht wird. Zusätzlich verschlechtert dies den Verbrauch des gemischten Brennstoffes nicht und die Temperatur der Abgase kann verringert werden. Obwohl das von der Maschine erzeugte Drehmoment um 7,5% durch die Rückführung der Abgase verringert wird, kann das von der Maschine erzeugte Dreh moment um 5% dadurch erhöht werden, daß ein magereres Luft- Brennstoff-Verhältnis mit einem höheren Verdichtungsverhältnis verbunden wird, so daß das Drehmoment letztlich nur um 2,5% verringert wird. Andererseits wird das von der Maschine erzeugte Drehmoment um 9% verringert, wenn das Kompressionsverhältnis auf ∈ = 9 eingestellt wird.

Obwohl die Rückführung der Abgase eine Verringerung des Drehmo ments in einem gewissen Ausmaße zur Folge hat, kann die vorlie gende Erfindung beträchtlich den Anteil zugemischten Brennstof fes verbessern, der im Bereich hoher Belastung verbraucht wird, während eine Temperaturanstieg in der Maschine dadurch unter drückt wird, daß ein magereres Luft-Brennstoff-Verhältnis und ein höheres Kompressionsverhältnis mit Rückführung von Auspuff gasen kombiniert werden. Weiterhin verhindert die Rückführung von Auspuffgasen das Entstehen des Klopfens. Mit anderen Worten dient die Rückführung der Auspuffgase im Bereich hoher Belastung zu einer Verringerung der Neigung zum Klopfen, das mit größerer Wahrscheinlichkeit entstehen kann, wenn das Kompressionsverhält nis erhöht wird.

Weitere Gegenstände, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungs beispiele anhand der Zeichnung. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 einen Querschnitt durch eine erste Ausführungs form einer Maschine mit Funkenzündung nach der Erfindung,

Fig. 2 einen Schnitt durch die Brennkraftmaschine längs der Linie II-II nach Fig. 1,

Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Einlaßsystems und eines Auslaßsystems der Maschine mit innerer Verbrennung nach der ersten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 4 ein Blockdiagramm, das ein Steuerungssystem der Verbrennungsmaschine nach der ersten Auführungs form der Erfindung zeigt,

Fig. 5 eine Liste zur Steuerung eines Mechanismus zur Veränderung der Öffnungs- und Schließzeiten der Ventile,

Fig. 6 ein Diagramm, das die Funktion veränderbarer Steuerzeiten der Ventile in den Bereich I nach Fig. 5 zeigt,

Fig. 7 ein Diagramm, das die Funktion veränderbarer Zeitsteuerungen der Ventile im Bereich II nach Fig. 5 zeigt,

Fig. 8 ein Diagramm, das die Funktion veränderbarer Zeitsteuerungen der Ventile im Bereich III nach Fig. 5 zeigt,

Fig. 9 eine Steuerliste zur Steuerung der Rückführung des Abgases nach der ersten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 10 eine Kontrolliste, in der die Steuerung der un terschiedlichen Zeiten des Ventilmechanismus kom biniert ist mit der Steuerung der Rückführung des Abgases,

Fig. 11 ein Diagramm, das einen Vergleich zwischen einer Verbrennungskraftmaschine nach dem ersten Ausfüh rungsbeispiel der Erfindung mit einer herkömmli chen Maschine auf der Grundlage des Verdichtungs verhältnisses zum Hubraum zeigt,

Fig. 12 ein Diagramm, das einen Vergleich zwischen einer Verbrennungskraftmaschine nach dem Ausführungs beispiel der Erfindung und herkömmlicher Maschi nen auf der Basis der Hublänge/Bohrungsdurchmes ser (S/B)-Verhältnisse zum Hubraum zeigt,

Fig. 13 ein Diagramm, das einen Vergleich zwischen einer Brennkraftmaschine nach der Ausführungsform der Erfindung und herkömmlichen Maschinen auf der Grundlage der Bohrungsgrößen gegenüber dem Hub raum zeigt,

Fig. 14 ein Diagramm, das einen Vergleich zwischen der Verbrennungskraftmaschine nach der Erfindung und herkömmlichen Maschinen auf der Grundlage der Anzahl der Zylinder gegenüber dem Hubraum zeigt,

Fig. 15 ein Diagramm, das einen Vergleich zwischen der Verbrennungskraftmaschine nach der Erfindung und herkömmlichen Maschinen auf der Grundlage des Gewichts des Fahrzeugkörpers im Verhältnis zum Hubraum zeigt,

Fig. 16 einen Querschnitt durch eine zweite Ausführungs form einer Maschine mit Funkenzündung nach der Erfindung,

Fig. 17 eine schematische Darstellung, die das Einlaß- und das Auslaßsystem der Verbrennungsmaschine nach der zweiten Ausführungsform der Erfindung zeigt,

Fig. 18 eine Liste zur Steuerung eines zeitlich veränder baren Ventilmechanismus nach der zweiten Ausfüh rungsform der Erfindung,

Fig. 19 ein Diagramm, das die Funktion des veränderbaren zeitlichen Ventilsteuersystems im Bereich I der Fig. 18 zeigt,

Fig. 20 ein Diagramm, das die zeitliche veränderbare Ven tilsteuerung in einem Bereich X der Fig. 18 zeigt,

Fig. 21 ein Diagramm, das die Funktion der zeitlich ver änderbaren Ventilsteuerung in dem Bereich XI nach Fig. 18 zeigt,

Fig. 22 eine Kontrolliste zur Kontrolle der Rückführung des Abgases nach der zweiten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 23 eine Kontrolliste, in der die zeitlich veränder bare Steuerung des Ventilmechanismus kombiniert ist mit der Steuerung zur Rückführung des Abgases nach der zweiten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 24 ein Diagramm, das das Verhältnis zwischen der Temperatur an der Ventilbrücke usw. und den zu rückgeführten Abgasmengen zeigt, wobei die Tempe ratur der zurückgeführten Abgase ungefähr 100°C beträgt,

Fig. 25 ein Diagramm, das das Verhältnis zwischen der Temperatur an der Ventilbrücke usw. und den Luft- Brennstoff-Verhältnissen zeigt,

Fig. 26 ein Diagramm, das die quantitativen Inhalte einer bevorzugten Steuerung der Abgasrückführung für Brennkraftmaschinen mit natürlichem Einlaßsystem zeigt,

Fig. 27 ein Diagramm eines unterschiedlichen Ausführungs beispiels nach Fig. 26,

Fig. 28 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen den erforderlichen Abgasrückführungsverhältnissen und den Verdichtungsverhältnissen zeigt, wenn das Verdichtungsverhältnis erhöht wird, während die Temperatur in der Maschine konstant gehalten wird,

Fig. 29 ein Diagramm, das die qualitativen Inhalte der bevorzugten Steuerung der Abgasrückführung für eine aufgeladene Brennkraftmaschine zeigt und

Fig. 30 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen den er forderlichen Abgasrückführungsverhältnissen und dem Betrag des Gemisches zeigt, wenn der Druck durch Erhöhung des Brennstoffanteils erhöht wird, während die Temperatur in der Maschine und die Temperatur des Abgases konstant gehalten werden.

Anhand der Fig. 1 und 2 wird eine erste Ausführungsform der Brennkraftmaschine beschrieben. Ein Zylinderblock 1 der Maschine besteht aus einem linken Blockteil 2L und einem rechten Block teil 2R, die zueinander in V-Form angeordnet sind. Drei Zylin der, die mit der Bezugsziffer 4 bezeichnet sind, sind in jedem der linken und rechten Blockteile 2L und 2R in Reihe angeordnet. Mit anderen Worten besteht die Verbrennungsmaschine mit innerer Verbrennung, bei der die erste Ausführungsform der Erfindung ver wirklicht wird, aus einer Sechszylindermaschine in V-Bauweise. In der nachfolgenden Beschreibung werden die Buchstaben "L" und "R" als Zusätze verwendet, um linke und rechte Teile der Ver brennungskraftmaschine zu bezeichnen.

Es folgt eine ausführliche Beschreibung der Maschine 1. Die Ma schine 1 besitzt einen Zylinderblock 3 und jeder der Zylinder 4 hat eine Verbrennungskammer 8 vom Penthouse-Typ mit einem Zylin der 6, der sich in einem Zylinderabschnitt 5 befindet, und einem Zylinderkopf 7. Wie insbesondere in Fig. 1 dargestellt ist, weist der Zylinderkopf 7 erste und zweite Einlaßkanäle 9 und 10 und erste und zweite Auslaßkanäle 11 und 12 auf, die jeweils in die Verbrennungskammer 8 münden. Wie weiter aus Fig. 1 ersicht lich ist, ist ein erstes Einlaßventil in der Einlaßöffnung 9 und ein zweites Einlaßventil 14 in der zweiten Einlaßöffnung 10 ange ordnet. Ein erstes Auslaßventil ist in der ersten Auslaßöffnung 10 und ein zweites Auslaßventil 16 in der zweiten Auslaßöffnung 12 angeordnet.

Die Maschine 1, bei der die Erfindung verwirklicht ist, ist eine Maschine vom 4-Ventil-Typ mit jeweils zwei Einlaßventilen 13 und 14 und zwei Auslaßventilen 15 und 16 für jeden Zylinder. Das Ven tilbetätigungssystem zum Öffnen und Schließen der Ventile 13 bis 16 ist ein sogenanntes doppeltes obenliegendes Nockenwellensys tem, das zwei Nockenwellen 18 und 19 besitzt, die in dem Zylin derkopf 7 angeordnet sind. Mit anderen Worten ist die erste Nockenwelle 18 vorgesehen, um die Einlaßventile 13 und 14 zu öffnen, und die zweite Nockenwelle 19 ist derart ausgebildet, daß sie die Auslaßventile 15 und 16 öffnet und schließt.

Wie in Fig. 2 dargestellt ist, ist jede der beiden Nockenwellen 18 und 19 an ihrem Ende mit einer Antriebsscheibe 20 versehen für die Einlaßventile, während die Antriebsscheibe für die Aus laßventile nicht in der Zeichnung dargestellt ist. Die Antriebs scheibe 20 ist mechanisch verbunden mit einer Antriebswelle (Kurbelwelle) 23 der Maschine durch einen Synchronriemen 22, und zwar in einer bekannten Weise derart, daß die Einlaßventile 13, 14 und die Auslaßventile 15, 16 zu vorbestimmten Zeitpunkten in Synchronisierung mit der Drehung der Kurbelwelle 23 der Maschine geöffnet und geschlossen werden.

Mit der ersten Nockenwelle 18 ist eine erste Einrichtung 24 zur Veränderung der Öffnungs- und Verschlußzeiten der Einlaßventile verbunden, die die Phase der ersten Nockenwelle für die Antriebs scheibe 20 der Einlaßventile verändert, und die zweite Nocken welle 19 ist versehen mit einer zweiten Einrichtung zur Verände rung der Öffnungs- und Verschlußzeiten für die Auslaßventile zur Änderung der Phase (Winkellage) der zweiten Nockenwelle zur An triebsscheibe der Auslaßventile, die in der Zeichnung nicht dar gestellt ist. Die zweite Einrichtung zur Veränderung der Öff nungs- und Verschlußzeiten der Auslaßventile weist grundsätzlich dieselbe Konstruktion auf wie die erste Einrichtung 24 zur Ver änderung der Öffnungs- und Verschlußzeiten für die Einlaßventi le, so daß auf eine ausführliche Beschreibung der zweiten Ein richtung zur Veränderung der Öffnungs- und Verschlußzeiten ver zichtet wird. Jeder der Zylinderköpfe 7 ist mit Zündkerzen 25 versehen, die auf die Mitte der Verbrennungskammern 8 gerichtet sind.

Der Kolben 6 ist mit einer Kurbelwelle 23 durch eine Pleuelstan ge 26 verbunden. Eine Ölkammer 28 für das Maschinenöl ist durch eine Ölwanne 29 in dem Bereich unterhalb der Kurbelwellenkammer 27 für die Kurbelwelle 23 gebildet. In Fig. 2 bezeichnet das Bezugszeichen 30 einen Ölfilter.

In dem Zwischenraum 31 zwischen den linken und rechten Zylinder blockteilen 2L und 2R ist ein Kompressor oder Aufladegebläse 32 des Schraubentyps angeordnet, der mechanisch durch die Kurbel welle 23 angetrieben ist, wie es aus Fig. 1 ersichtlich ist. Oberhalb des Kompressors 32 ist ein Zwischenkühler 33 angeord net. Oberhalb von jedem der linken und rechten Zylinderblock teile 2L und 2R ist ein Ausgleichsrohr 34 angeordnet, das sich parallel zur Kurbelwelle 23 erstreckt. Dieses Ausgleichsrohr ist mit den Einlaßleitungen 9 und 10 eines jeden Zylinders 4 durch besondere getrennte Einlaßrohre 35 verbunden. Da ein stromauf wärtiges Ende jedes der Einlaßkanäle 9, 10 in den jeweiligen linken und rechten Zylinderblockteilen 2L und 2R derart ange ordnet ist, daß sie im Zwischenraum 31 zwischen den Zylinder blockteilen 2L und 2R zugewandt sind, sind die getrennten Ein laßrohre derart gestaltet, daß sie quer von dem Ausgleichsrohr 34 verlaufen und dann in Richtung auf den Zwischenraum 31 ab wärts gebogen sind.

Eine ausführliche Beschreibung des Einlaßsystems 40 für die Ma schine 1 wird nun anhand der Fig. 3 gegeben. Das Einlaßsystem 40 besitzt ein gemeinsames Einlaßrohr 41, das linke Ausgleichsrohr 34L, das rechte Ausgleichsrohr 34R und getrennte Einlaßrohre 35, die der Reihe nach ausgehend von der stromaufwärts gerichte ten Seite zu der stromabwärts gerichteten Seite angeordnet sind. Mit dem gemeinsamen Einlaßrohr 41 sind Luftfilter 42, Luftstrom messer 43 und ein Drosselventil 44 in dieser Reihenfolge von der stromaufwärts liegenden Seite in Richtung auf die stromabwärts gerichtete Seite angeordnet. Die gemeinsame Einlaßleitung 41 hat eine erste Bypass-Leitung 45, die derart angeordnet ist, um das Drosselventil 44 zu umgehen, und eine zweite Bypass-Leitung 46, die den Kompressor 32 des Schraubentyps überbrückt.

Die erste Bypass-Leitung 45 ist mit einem ISC-Ventil (US-Norm) 47 versehen, das die Leerlaufdrehzahl in bekannter Weise anglei chen kann. Die zweite Bypass-Leitung 46 ist mit einem Entla stungsventil 49 versehen, das von einem Stellantrieb 48 mit ei ner Membran angetrieben ist. Das Entlastungsventil 49 ist derart angeordnet, daß es geöffnet wird, wenn der Aufladungsdruck höher wird als ein vorbestimmter Wert, wobei dann die zweite Bypass- Leitung 46 geöffnet wird. Das linke Ausgleichsrohr 34L ist mit dem rechten Ausgleichsrohr 34R durch ein Verbindungsrohr 50 ver bunden, welches in seinem mittleren Teil mit einem Ventil mit veränderbarem Durchlaß versehen ist zur Steuerung veränderlicher Mengen von Einlaßluft. Beispielsweise ist das veränderbare Ven til 51 derart angeordnet, daß es entsprechend der Drehzahl der Maschine geöffnet und geschlossen werden kann, wobei eine dyna mische Wirkung der Einlaßluft über einen großen Bereich in be kannter Weise erreicht wird.

Das getrennte Einlaßrohr 35 ist mit einer Trennwand 35a verse hen, um den Innenraum in einen linken und einen rechten Ab schnitt zu trennen, also in eine erste getrennte Einlaßleitung 52 und eine zweite getrennte Einlaßleitung 53. Die erste ge trennte Einlaßleitung 52 ist mit der ersten Einlaßöffnung 9 ver bunden und die zweite getrennte Einlaßleitung 53 ist mit der zweiten Einlaßöffnung 10 verbunden. Die zweite getrennte Einlaß leitung 53 ist so angeordnet, daß sie durch ein Ventil 54 geöff net oder geschlossen werden kann, das in ihrem stromaufwärts gerichteten Endteil angeordnet ist. Jedes der Verschlußventile 54L, das in dem linken Zylinderblockteil 2L angeordnet ist, ist durch einen gemeinsamen Schaft 55L für den linken Zylinderblock teil 2L verbunden. Jedes der Verschlußventile 54R, die in den rechten Zylinderblockteil 2R angeordnet sind, ist durch einen gemeinsamen Schaft 55R des rechten Zylinderblockteils miteinan der verbunden. Mit den Enden jedes der gemeinsamen Stangen 55L und 55R ist eine nicht dargestellte Betätigungseinrichtung ver bunden.

Ein Brennstoffversorgungssystem der Maschine 1 enthält einen stromaufwärts angeordneten Injektor 56 und einen stromabwärts gelegenen Injektor 57. Der stromaufwärts gelegene Injektor 56 ist unmittelbar an der stromaufwärts gelegenen Seite des Kom pressors 32 angeordnet und der stromabwärts gelegene Injektor ist in dem getrennten Einlaßrohr 35 in der Weise angeordnet, daß er auf die erste Einlaßöffnung 9 und die zweite Einlaßöffnung 10 gerichtet ist. In Fig. 3 bezeichnet die Bezugsziffer 58 eine Hilfs-Luftleitung und das Bezugszeichen 59 ein Absperr- oder Rückschlagventil.

Wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, enthält ein Abgassystem 60 der Maschine einen linken Abgaskrümmer 61L für den linken Teil des Zylinderblocks 2L und einen rechten Abgaskrümmer 61R für den rechten Teil des Zylinderblocks 2R und ein gemeinsames Auspuff rohr 62, die der Reihe nach von der stromaufwärts gelegenen Seite zur stromabwärts gelegenen Seite angeordnet sind. Das ge meinsame Abgasrohr 62 ist in seinem mittleren Teil mit einem Katalysator (Drei-Wege-Katalysator) 63 zur Reinigung der Abgase und an seinem stromabwärts gelegenen Ende mit einem Schalldämp fer bekannter Art versehen.

Die Maschine 1 hat eine erste äußere Abgasrückführungsleitung 65 und eine zweite äußere Abgasrückführungsleitung 66, die beide aus äußeren Rohren bestehen. Ein Querschnitt der ersten äußeren Abgasrückführungsleitung 65 ist kleiner als der der zweiten äu ßeren Rückführungsleitung 66. Die erste äußere Abgasrückführungs leitung 65 ist so ausgebildet, daß sie im Bereich geringer Bela stung angewandt wird, während die zweite äußere Abgasrückfüh rungsleitung 66 derart ausgebildet ist, daß sie im Bereich hoher Belastung verwendet wird, wie es nachfolgend beschrieben wird. Die erste äußere Abgasrückführungsleitung 65 ist mit ihrem einen Ende an dem Abgaskrümmer 61L oder 61R angeschlossen und mit ih rem anderen Ende mit der ersten Einlaßöffnung 9 verbunden. In der ersten äußeren Abgasrückführungsleitung 65 ist ein erstes Abgasrückführungsventil 67 an seinem einen Ende angeordnet und eine Sammelkammer 68 an ihrem anderen Ende. Die Sammelkammer 68 ist mit dem gemeinsamen Einlaßrohr 41 durch ein Bypass-Luft-Rohr 69 verbunden, in dem ein Luftsteuerventil 70 angeordnet ist. Ein Ende der zweiten äußeren Abgasrückführungsleitung 66 ist mit dem gemeinsamen Abgasrohr 62 an der stromabwärts gelegenen Seite des Katalysators 63 verbunden und das andere Ende ist mit dem gemein samen Einlaßrohr 41 an der stromabwärts gelegenen Seite des Drosselventils 44 angeschlossen. Die zweite äußere Abgasrückfüh rungsleitung 66 ist von einem Ende zu dem anderen Ende mit einem Kohlenstoffabscheider 71, einem Abgasrückführungskühler 72 und einem zweiten Abgasrückführungsventil 73 versehen.

Spezifikation der Maschine

Die Maschine hat folgende Daten:

1. Typ der Maschine: 6-Zylinder in V-Bauweise mit zwei oben liegenden Nockenwellen und jeweils vier Ventilen pro Zylin der;
2. Winkel zwischen dem linken und dem rechten Teil des Zylin derblocks: 90°;
3. Hub: 1,496 cm³;
4. Durchmesser der Zylinderbohrungen: 63 mm;
5. Kolbenhub: 80 mm;
6. Kompressionsverhältnis (∈): ∈ = 10;
7. Winkel zwischen dem Einlaßventil und dem Auslaßventil: 30°;
8. Kompressor: Schraubengebläse mit einem Druckverhältnis von 2,5;
9. Temperatur an dem Auslaß des Zwischenkühlers: 60°;
10. Brennstoff: Normalbenzin (mit 91 Octan).

Die erfindungsgemäße Maschine mit Funkenzündung hat einen Zylin derabschnitt 5 mit kleiner Bohrungsgröße und einem langen Hub, wobei der Hub der Kolben (S) länger ist als der Bohrungsdurchmes ser (B). Weiterhin hat die Maschine ein hohes Verdichtungsver hältnis und der Ladungsdruck ist ebenfalls höher.

Wie aus Fig. 4 ersichtlich ist, besitzt die Maschine eine Steuer einheit U, die beispielsweise aus einem Mikrocomputer bestehen kann. Der Steuereinheit U werden Signale von einem Luftmengen messer 43 zur Messung der Menge der Einlaßluft, von einem Fühler 80 zur Messung der Belastung der Maschine auf der Grundlage des Unterdrucks der Einlaßluft, von einem Fühler 81 zur Erfassung der Drehzahl der Maschine und von einem Fühler 82 zur Messung der Drehzahl des Kompressors zugeführt. Die Steuereinheit U er zeugt Steuersignale für das Verschlußventil 54, den stromauf wärts gelegenen Injektor 56, den stromabwärts gelegenen Injektor 57, für das erste Abgasrückführungsventil 67, für das zweite Ab gasrückführungsventil 73 und für die erste Einrichtung zur Ver änderung der Ventilöffnungszeiten 24 der Einlaßventile.

Es folgt nun eine Beschreibung der Steuerung durch die Steuerein heit U.

Steuerung des Verschlußventils 54

Das Verschlußventil 54 ist so angeordnet, daß es im Bereich nie driger Drehzahl, in dem die Drehzahl der Maschine geringer ist als beispielsweise 3000 U/min. geschlossen ist und daß es geöff net ist im Bereich hoher Drehzahlen, in dem die Drehzahl der Ma schine höher ist als beispielsweise 3000 U/min. In dem Bereich niedriger Drehzahlen, in dem die Menge der Einlaßluft kleiner ist, wird der Einlaß durch Öffnung des ersten getrennten Einlaß rohres 52 bewirkt, während das zweite getrennte Einlaßrohr 53 geschlossen ist. Im Bereich hoher Drehzahlen, in dem die Menge der Einlaß-Luft größer wird, wird der Einlaß durch Öffnung der beiden getrennten Einlaßleitungen 52 und 53 bewirkt.

Steuerung der Ventilöffnungs- und -verschlußzeiten

Die zeitliche Ventilsteuerung für die Bereiche I, 11 und III wird mit Bezug auf die Liste gemäß Fig. 5 beschrieben.

Bereich I: Der Bereich I ist der Bereich, in dem die Belastung der Maschine niedrig und die Drehzahl der Maschine ebenfalls niedrig ist. Wie aus Fig. 6 ersichtlich ist, bezeichnet das Symbol "EV" das Auslaßventil und das Symbol "IV" das Einlaß ventil (was auch für die Fig. 7, 8, 19, 20 und 21 gilt).

In dem aus Fig. 6 ersichtlichen Bereich ist die Steuerung der Öffnungszeit der Auslaßventile 15 und 16 auf 70° (Kurbelwinkel) vor dem unteren Totpunkt gesetzt, während die Ventilverschluß zeit auf 10° (Kurbelwinkel) nach dem oberen Totpunkt bestimmt ist. Die Öffnung der Einlaßventile 13 und 14 ist auf einen Winkel von 10° (Kurbelwinkel) nach dem oberen Totpunkt gesetzt, während die Verschlußzeit des Ventils auf einen Winkel von 100° (Kurbelwinkel) nach dem unteren Totpunkt gesetzt ist.

Bereich II: Dieser Bereich ist der Bereich geringer Drehzahlen, in dem die Drehzahl der Maschine gleich oder kleiner als 3000 U/min ist.

Wie aus Fig. 7 ersichtlich ist, ist die Öffnungszeit der Aus laßventile 15 und 16 auf 70° (Kurbelwinkel) vor dem unteren Tot punkt (BDC) gesetzt, und die Verschlußzeiten sind auf einen Win kel von 10° (Kurbelwinkel) nach dem oberen Totpunkt (TDC) be stimmt. Die Öffnungszeiten der Einlaßventile 13 und 14 sind auf 40° (Kurbelwinkel) nach dem oberen Totpunkt (TDC) und die Ver schlußzeiten sind auf einen Winkel von 70° (Kurbelwinkel) nach dem unteren Totpunkt (BDC) gesetzt.

Bereich III: Dieser Bereich ist der Bereich hoher Drehzahlen, in dem die Drehzahl der Maschine größer ist als 3000 U/min.

Wie aus Fig. 8 ersichtlich ist, sind die Öffnungszeiten der Aus laßventile 15 und 16 auf einem Winkel von 40° (Kurbelwinkel) vor dem unteren Totpunkt (BDC) und die Verschlußzeit auf einen Win kel von 40° (Kurbelwinkel) nach dem oberen Totpunkt (TDC) ge setzt. Die Zeit zur Öffnung der Einlaßventile 13 und 14 ist auf einen Winkel von 40° (Kurbelwinkel) vor dem oberen Totpunkt (TDC) und die Zeit zu deren Schließen auf einen Winkel von 70° (Kurbelwinkel) nach dem unteren Totpunkt (BDC) gesetzt.

Zusammenfassend ist zu sagen, daß die Einlaßventile 13 und 14 derart gesteuert sind, daß ihr Schließen in allen Bereichen im Vergleich mit herkömmlichen Maschinen verzögert wird. Genauer gesagt wird der Verschluß der Einlaßventile 13 und 14 im Verhält nis zu herkömmlichen Maschinen auf einen äußerst späten Zeit punkt verzögert, und dies insbesondere in dem Bereich I. Weiter hin wird die Überlappung der geöffneten Zustände der Einlaßven tile mit den geöffneten Zuständen der Auslaßventile in dem Be reich I kleiner gemacht als in den Bereichen 11 und III. In dem Bereich II ist die Überlappung des Bereichs der Kurbelwinkel, in denen die Auslaßventile 15 und 16 offen sind, mit dem Bereich der Kurbelwinkel, in dem die Einlaßventile 13 und 14 offen sind, größer als in dem Bereich I, jedoch kleiner als in dem Bereich III. In dem Bereich III ist die Überlappung der Kurbelwinkel, bei denen die Auslaßventile 15 und 16 offen sind, mit den Kurbel winkeln, bei denen die Einlaßventile 13 und 14 offen sind, grö ßer als in dem Bereich I und kleiner als in dem Bereich II.

Die vorstehende Beschreibung kann folgendermaßen zusammengefaßt werden:

1. Bereich I (geringe Belastung der Maschine und geringe Dreh zahl der Maschine): Die Überlappung ist kleiner und das Schließen der Einlaßventile ist auf einen äußerst späten Zeitpunkt verzögert.
2. Bereich II (die Drehzahl der Maschine beträgt 3000 U/min oder weniger): Die Überlappung ist größer als in dem Be reich I, jedoch kleiner als in dem Bereich III und das Schließen der Einlaßventile ist verzögert.
3. Bereich III (die Drehzahl der Maschine liegt über 3000 U/min): Die Überlappung ist größer als in jedem der anderen Bereiche und die Zeiten des Verschließens der Einlaßventile ist verzögert.

Steuerung der Abgasrückführung

Die Steuerung der Rückführung der Abgase (EGR) erfolgt in drei Bereichen, d. h. im Bereich I, IV und V auf der Grundlage der aus Fig. 9 ersichtlichen Liste durch Steuerung des ersten Abgasrück führungsventils 67 und des zweiten Abgasrückführungsventils 73 in der Weise, wie sie nachfolgend beschrieben wird.

Bereich I: Dies ist der Bereich, in dem die Belastung der Ma schine gering und die Drehzahl der Maschine niedrig ist, wie es zuvor beschrieben worden ist. In dem Bereich I sind die beiden Abgasrückführungsventile 67 und 73 vollständig geschlossen.

Bereich IV: Dies ist der Bereich, in dem der Winkel, bei dem das Drosselventil 44 offen ist, kleiner ist als die Hälfte des gesam ten Winkels der Öffnung des Drosselventils 44.

In dem Bereich IV wird der Betrag der zurückgeführten Abgase an geglichen durch Öffnung des ersten Abgasrückführungsventils 67, während das zweite Abgasrückführungsventil 73 geschlossen ist. Mit anderen Worten werden die Abgase zurückgeführt durch Ge brauch der ersten äußeren Abgasrückführungsleitung 65.

Bereich V: Dies ist der Bereich der Aufladung, in dem der Winkel der Öffnung des Drosselventils 44 mehr als halb ist und des der vollen Belastung entspricht.

Im Bereich V wird der Betrag der zurückgeführten Abgase angegli chen durch Öffnung des zweiten Abgasrückführungsventils 73, wäh rend das erste Abgasrückführungsventil 67 geschlossen ist. Mit anderen Worten werden die Abgase durch die zweite äußere Abgas rückführungsleitung 66 mit dem Kühler 72 zur Kühlung zurückge führter Abgase zurückgeführt. Weiterhin ist in diesem Bereich der Betrag der zurückgeführten Abgase so bemessen, daß er im Hinblick auf die Belastung konstant ist oder erhöht wird, wenn die Belastung in der Nähe des Bereiches voller Belastung größer wird, z. B. insbesondere dann, wenn die Erhöhung der Temperatur in der Maschine Probleme schafft.

Fig. 10 zeigt eine Kombination der Zeitsteuerung der Ventile nach Fig. 5 mit der Steuerung der Abgasrückführung nach Fig. 9. Die Fig. 10 ist in fünf Bereiche I, VI, VII, VIII und IX aufge teilt. Eine ausführliche Beschreibung wird für die Bereiche I, VI und VII gegeben, in denen sich Probleme mit der Stabilität der Verbrennung, einem wirtschaftlichen Brennstoffverbrauch oder Klopfen ergeben. Die Maschine wird in diesen Bereichen in der nachstehen beschriebenen Weise gesteuert.

Bereich I: Dieser Bereich ist der Bereich, in dem die Belastung äußerst gering ist, also die Belastung der Maschine niedrig und die Drehzahl ebenfalls niedrig ist, wie zuvor beschrieben. In dem Bereich I kann die Verbrennung instabil werden.

In diesem Bereich wird die Abgasrückführung über die äußeren Abgasrückführungsleitungen, d. h. eine äußere Abgasrückführung verhindert und die Überlappung der Kurbelwinkel, bei denen die Auslaßventile 15 und 16 offen und der Kurbelwinkel, bei denen die Einlaßventile 13 und 14 offen sind, ist geringer. Die Menge von Gasen, die in der Verbrennungskammer zurückgelassen werden, ist so gering, daß die Stabilität der Verbrennung gewährleistet ist. Weiterhin ist der Winkel, mit dem das Drosselventil 44 ge öffnet ist, klein in diesem Bereich I. Das Schließen der Einlaß ventile 13 und 14 wird auf eine extrem späte Zeit verzögert, so daß ein Verlust durch Pumpen verringert werden kann.

Bereich VI: Dieser Bereich ist ein Bereich, in dem die Belastung der Maschine leicht oder die Belastung der Maschine gering und die Drehzahl niedrig ist. Mit anderen Worten beträgt in diesem Bereich die Drehzahl der Maschine 3000 U/min oder weniger und die Belastung ist geringer als die Hälfte der Vollast.

In dem Bereich VI ist die Verbrennung relativ stabil, so daß eine Überlappung der Kurbelwinkel, bei der die Auslaßventile 15 und 16 offen sind, mit dem Kurbelwinkel, bei dem die Einlaßven tile 13 und 14 offen sind, größer eingestellt ist. Es wird je doch eine sogenannte innere Abgasrückführung zusätzlich zu der äußeren Abgasrückführung durch Rückführung der Abgase durch die erste äußere Abgasrückführungsleitung 65 erreicht. Mit anderen Worten wird in dem Bereich VI eine interne Abgasrückführung da durch ausgeführt, daß ein großer Anteil von Gasen mit hoher Temperatur in der Verbrennungskammer 8 zurückgehalten wird, weil die Überlappung des Bereiches, in dem die Auslaßventile 15 und 16 offen sind, mit dem Bereich, in dem die Einlaßventile 13 und 14 offen sind, groß gemacht wird. Weiterhin weisen die Abgase, die durch die erste äußere Abgasrückführungsleitung 65 zurück geführt werden, eine verhältnismäßig hohe Temperatur auf, weil die Abgase, die von der Maschine abgezogen werden, zurückgeführt werden durch die erste äußere Abgasleitung 65, deren stromauf seitiges Ende mit dem Abgaskrümmer 61 in Verbindung steht, bevor sie in dem Abgassystem 60 abgekühlt werden können.

Zusätzlich wird das Schließen der Einlaßventile 13 und 14 verzö gert, so daß die Verzögerung beim Schließen in Kombination mit der Rückführung der Abgase mit höherer Temperatur Pumpverluste in dem Bereich VI verringert werden können.

Bereich VII: Dieser Bereich enthält einen Bereich, in dem die Drehzahl niedrig und die Belastung der Maschine (einschließlich Vollast) hoch ist. Mit anderen Worten ist die Drehzahl der Ma schine 3000 U/min oder geringer und die Belastung ist größer als die Hälfte der Vollast. Dieser Bereich ist ein Bereich der Auf ladung.

In dem Bereich VII wird die Überlappung des Bereiches des Kur belwinkels, bei dem die Auslaßventile 15 und 16 offen sind, mit dem Bereich des Kurbelwinkels, bei dem die Einlaßventile 13 und 14 offen sind, so groß gemacht, daß die Abgase aus der Verbren nungskammer herausgespült werden, wobei die Temperatur in den Zylindern 4 durch die interne oder innere Abgasrückführung an einem Ansteigen gehindert wird. Zusätzlich wird in dem Bereich VII das Schließen der Einlaßventile 13 und 14 verzögert, so daß der effektive Hub des Kolben 6 während des Kompressionshubs kür zer und die Erhöhung der Temperatur in dem Zylinder während der Kompression der eingelassenen Luft verringert wird. Weiterhin können sich in dem Bereich VII die Abgase durch die zweite äuße re Abgasrückführungsleitung, die mit dem Abgasrückführungskühler 72 versehen ist, abkühlen und werden dann zurückgeführt, d. h. eine sogenannte kalte Abgasrückführung wird erreicht, durch die eine Erhöhung der Temperatur in dem Zylinder unterdrückt wird.

Das stromaufwärts gerichtete Ende der zweiten äußeren Abgasrück führungsleitung 66 ist mit der stromabwärts gerichteten Seite des Abgassystems 60 verbunden, so daß die Abgase, die durch das Abgassystem 60 abgekühlt worden sind, in die zweite äußere Abgas rückführungsleitung 66 geführt werden. Das abstromseitige Ende der zweiten äußeren Abgasrückführungsleitung 66 ist mit der äu ßeren Seite des Zwischenkühlers 33 verbunden, so daß die Abgase, die in das Einlaßsystem 40 durch die zweite äußere Abgasrückfüh rungsleitung 66 zurückgeführt werden, sich in dem Zwischenkühler 33 abkühlen können. Die äußere Rückführung der Abgase durch die zweite äußere Abgasrückführungsleitung 66 kann weiterhin die Tem peratur in den Zylindern erniedrigen.

In dem Bereich VII kann die Temperatur in den Zylindern in der vorstehend beschriebenen Weise verringert werden durch Ausspülen der Abgase, Verzögerung des Schließens der Einlaßventile 13 und 14 und kalte zurückgeführte Abgase, so daß die Wärmebelastungen innerhalb der Maschine verringert werden und dadurch die Ventil brücke geschützt werden kann, wobei das Entstehen des Klopfens unterdrückt und der Anteil von NOx an den Abgasen im Bereich VII verringert werden kann.

Steuerung des Luft-Brennstoff-Verhältnisses

Die Maschine 1 ist mit einer Rückkopplungssteuerung versehen, so daß das Luft-Brennstoff-Verhältnis des Brennstoffgemisches stö chiometrisch (λ = 1) wird in einen großen Bereich, der den in Fig. 9 gezeigten Bereich V enthält, in dem die Abgase zurückge führt werden durch die zweite Abgasrückführungsleitung 66. Diese Rückführungssteuerung ist im Stand der Technik bekannt, so daß deren Beschreibung in der nachfolgenden Beschreibung ausgelassen wird.

In den Fig. 11 bis 14 ist ein Vergleich von Merkmalen der erfin dungsgemäßen Maschine mit herkömmlichen Maschinen dargestellt.

Aus Fig. 11 ist ersichtlich, daß die erfindungsgemäße Maschine ein höheres Verdichtungsverhältnis als herkömmliche Maschinen besitzt. Aus Fig. 12 ist ersichtlich, daß der Hub länger ist als der herkömmlicher Maschinen. Aus Fig. 13 ist ersichtlich, daß der Bohrungsdurchmesser im Verhältnis zur Länge des Hubes klein ist. Weiterhin ist aus Fig. 14 ersichtlich, daß die Anzahl der Zylinder groß ist im Hinblick auf das Hubvolumen.

Wie aus Fig. 15 ersichtlich ist, wiegt der Körper des Fahrzeugs, der mit der Maschine 1 versehen ist, ungefähr 1500 kg. Aus der Beziehung des Gewichts des Fahrzeugkörpers zu dem Hub ist er sichtlich, daß das Gewicht des Fahrzeugkörpers dem Gewicht eines herkömmlichen Fahrzeugs entspricht, daß mit einem 3-Liter-Motor versehen ist. Mit anderen Worten vermag die erfindungsgemäße Ma schine eine Leistung zu erzeugen, die mehr als doppelt so groß ist wie die herkömmlicher Maschinen, und zwar dadurch, daß der Druck durch Aufladung von Luft in die Maschine erhöht und das Verdichtungsverhältnis größer gemacht wird. Genauer gesagt, ver mag eine 1,5 Liter Maschine nach der Erfindung eine Leistung zu erzeugen, die einer herkömmlichen 3-Liter-Maschine gleicht oder dieser entspricht.

Die Bezugslinie L1 in Fig. 15 kann dargestellt werden durch die nachfolgende Formel (1):

Wobei gilt:
W ist das Gewicht des Körpers des Fahrzeugs und
V ist das Hub-Volumen

Weiterhin läßt sich die Bezugslinie L2 in Fig. 15 durch die nachfolgende Formel (2) beschreiben:

Wobei die Buchstaben W und V dieselbe Bedeutung haben.

Die erfindungsgemäße Maschine mit den vorstehend beschriebenen Charakteristika, erhöht die Wirtschaftlichkeit des Brennstoff verbrauchs dadurch, daß der Hubraum kleiner gemacht wird, wobei gleichzeitig Verbesserungen in der Wärmewirkung und des Brenn stoffverbrauchs durch Erhöhung des Verdichtungsverhältnisses erreicht werden. Weiterhin vermag die erfindungsgemäße Maschine mit dem längeren Hub die Belastung auf die Lagerungen zu verrin gern, wodurch auch die mechanischen Verlust verringert werden. Zusätzlich verringert die höhere Anzahl der Zylinder nach der Erfinder die Vibration der Verbrennungsmaschine.

Da die Temperatur in der Maschine erhöht wird, wenn das Luft- Brennstoff-Verhältnis derart gesteuert wird, daß es in einem Bereich V, der, wie aus Fig. 9 ersichtlich, den Vollastbereich einschließt, in der vorstehend beschriebenen Weise stöchiome trisch wird, wird der Anteil der zurückgeführten Abgase konstant gehalten im Hinblick auf die Belastung oder er wird größer, wenn die Belastung in dem Bereich V größer wird, so daß die Erhöhung der Temperatur in der Maschine durch zurückgeführte Abgase un terdrückt werden kann. Der Anteil der zurückgeführten Abgase wird nachstehend näher erläutert.

Hierdurch wird die Zuverlässigkeit der Maschine insbesondere im Vollastbereich erhöht, wenn das Verdichtungsverhältnis der Ma schine vergrößert und der Druck durch Aufladung des Motors erhöht wird. Genauer gesagt, vermag die Rückführung von Abgasen die Erhöhung der Temperatur in der Maschine, die verursacht wird durch ein magereres Luft-Brennstoff-Verhältnis im Bereich hoher Belastung, zu unterdrücken im Verhältnis zu konventionellen Ma schinen, so daß die Zuverlässigkeit der Maschine insbesondere im Bereich der Vollast erhöht wird. Weiterhin wird durch die Erhö hung des Verdichtungsverhältnisses der Maschine der Kraftstoff verbrauch im Bereich hoher Belastung beträchtlich verringert.

Zweite Ausführungsform gemäß den Fig. 16 bis 30

Die zweite Ausführungsform der Erfindung betrifft eine Maschine mit interner Verbrennung des Typs mit natürlicher Ansaugung. In diesem Ausführungsbeispiel sind die dem ersten Ausführungsbei spiel entsprechenden Teile mit denselben Bezugszeichen versehen, so daß nachfolgend auf eine doppelte Beschreibung des zweiten Ausführungsbeispiels verzichtet wird. Wie aus Fig. 16 ersicht lich ist, weist die Maschine nach der zweiten Ausführungsform grundsätzlich die gleiche Konfiguration auf wie die nach der ersten Ausführungsform, von der jedoch der mechanische Kompres sor 32 entfernt ist.

Die Maschine mit natürlichem Einlaß nach der zweiten Ausführungs form der Erfindung hat die nachfolgende Spezifikation:

Daten der Maschine

1. Maschinentyp: sechs Zylinder in V-Bauweise, zwei obenlie gende Nockenwellen und 4-Ventil-Maschine
2. Winkel zwischen dem linken und dem rechten Teil des Ma schinenblocks: 90°
3. Hubvolumen: 1,496 cm³
4. Bohrungsgröße der Zylinder: 63 mm im Durchmesser
5. Hub der Kolben: 80 mm
6. Verdichtungsverhältnis (∈): ∈ = 12 (obwohl auch ∈ = 11 annehmbar ist)
7. Winkel zwischen den Einlaßventilen und den Auslaßventilen: 30°
8. Brennstoff: Normalbenzin (mit 91 Octan)

Die Drosselklappe 54 ist so angeordnet, daß sie im Bereich nie driger Drehzahlen geschlossen ist, in dem die Drehzahl der Ma schine niedriger als beispielsweise 3000 U/min ist, und daß sie im Bereich hoher Drehzahlen geöffnet ist, in dem die Drehzahl der Maschine höher als beispielsweise 3000 U/min ist. In einem Bereich niedriger Drehzahlen, in dem die Menge der Einlaßluft kleiner ist, wird die Luft durch Öffnung des ersten getrennten Einlaßrohres 52 nur durch Schließen des zweiten getrennten Ein laßrohres 53 angesaugt. In dem Bereich hoher Drehzahlen, in dem die Menge der Einlaßluft größer ist, wird die Luft durch Öffnung beider getrennter Einlaßrohre 52 und 53 angesaugt.

Steuerung der Öffnungs- und Verschlußzeiten der Ventile

Die Steuerung der Ventile für die Bereiche I, X und XI wird unter Bezugnahme auf die Liste Fig. 18 beschrieben.

Bereich I: Der Bereich I entspricht niedriger Belastung und niedriger Drehzahl. Wie aus Fig. 19 ersichtlich ist, bezeichnen die Buchstaben "EV" das Auslaßventil und die Buchstaben "IV" das Einlaßventil, was auch für die Fig. 20 und 21 gilt.

In dem in Fig. 19 gezeigten Bereich erfolgt die Öffnung der Aus laßventile 15 und 16 bei 70° (Kurbelwinkel) vor dem unteren Tot punkt (BDC) während das Schließen bei 10° (Kurbelwinkel) nach dem oberen Totpunkt (TDC) erfolgt. Andererseits ist die Öffnungs zeit der Einlaßventile 13 und 14 auf 20° (Kurbelwinkel) nach dem oberen Totpunkt (TDC) bestimmt, während das Schließen dieser Ventile auf 80° (Kurbelwinkel) nach dem unteren Totpunkt (BDC) gesetzt ist.

Bereich X: Dieser Bereich ist der Bereich, in dem die Last der Maschine niedriger als 2/3 der Vollast ist.

In dem aus Fig. 20 ersichtlichen Bereich X ist die Zeit zur Öff nung der Auslaßventile 15 und 16 auf 40° (Kurbelwinkel) vor dem unteren Totpunkt (TDC) gesetzt und die Zeit für deren Schließen ist auf 40° (Kurbelwinkel) nach dem oberen Totpunkt (TDC) be stimmt. Andererseits ist die Zeit zum Öffnen der Einlaßventile 13 und 14 auf 20° (Kurbelwinkel) nach dem oberen Totpunkt (TDC) und die Zeit zu deren Verschließen auf 80° (Kurbelwinkel) nach dem unteren Totpunkt (BDC) gesetzt.

Bereich XI: Dieser Bereich ist der Bereich in dem die Last der Maschine höher ist als 2/3 der Vollast.

In dem aus Fig. 21 ersichtlichen Bereich XI ist die Zeit zum Öffnen der Auslaßventile 15 und 16 auf 70° (Kurbelwinkel) vor dem unteren Totpunkt (BDC) und die Zeit für deren Schließen auf 10° (Kurbelwinkel) nach dem oberen Totpunkt (TDC) gesetzt. An dererseits ist die Zeit zum Öffnen der Einlaßventile 13 und 14 auf 10° (Kurbelwinkel) vor dem oberen Totpunkt (TDC) und die Zeit für deren Schließen auf 50° (Kurbelwinkel) nach dem unteren Totpunkt (BDC) gesetzt.

Zusammenfassend ist zu sagen, daß die Einlaßventile 13 und 14 im Bereich der Teillast mit Verzögerung geschlossen werden. Insbe sondere im Bereich I gibt es keine Überlappung des geöffneten Zustandes der Auslaßventile 15 und 16 mit dem geöffneten Zustand der Einlaßventile 13 und 14. Mit anderen Worten werden die Ein laßventile 13 und 14 geöffnet, nachdem die Auslaßventile 15 und 16 bereits geschlossen sind.

Alternativ kann in dem Bereich I eine Überlappung der offenen Zustände der Einlaßventile 13 und 14 mit den offenen Zuständen der Auslaßventile 15 und 16 derart bestimmt werden, daß sie kleiner ist als in den Bereichen X und XI, wie es aus den Fig. 20 und 21 ersichtlich ist. In dem Bereich X ist die Überlappung des Bereiches des Kurbelwinkels, bei dem die Auslaßventile 15 und 16 offen sind, mit dem Bereich des Kurbelwinkels, bei dem die Einlaßventile 13 und 14 offen sind, größer als die Überlap pung der offenen Zustände der Einlaßventile 13 und 14 mit den offenen Zuständen der Auslaßventile 15 und 16 in dem Bereich XI. In diesem Bereich X ist das Öffnen der Einlaßventile 13 und 14 nach dem oberen Totpunkt (TDC) gelegt. In dem Bereich XI ist die Überlappung der Kurbelwinkel, bei denen die Auslaßventile 15 und 16 offen sind, mit den Kurbelwinkeln, bei dem die Einlaßventile 13 und 14 offen sind, in grundsätzlich gleicher Weise wie in dem Bereich X gesetzt.

Die vorstehende Beschreibung kann folgendermaßen zusammengefaßt werden:

1. Bereich I (mit niedriger Belastung der Maschine und niedri ger Drehzahl der Maschine): Die Überlappung ist 0 oder kleiner und das Schließen der Einlaßventile wird verzögert.
2. Bereich X (mit einer Belastung der Maschine, die kleiner als 2/3 der Vollast ist): Die Überlappung ist größer als in dem Bereich XI und das Schließen der Einlaßventile ist ver zögert. Das Öffnen der Einlaßventile und das Verschließen der Auslaßventile ist nach dem oberen Totpunkt (TDC) ge setzt.
3. Bereich XI (mit einer Belastung der Maschine die größer ist als 2/3 der Vollast): Die Überlappung ist kleiner als in dem Bereich X. Die Zeit der Überlappung und die Zeit des Schließens der Einlaßventile entspricht grundsätzlich der von konventionellen Maschinen.

Steuerung der Abgasrückführung

Die Steuerung der Rückführung der Abgase erfolgt in drei Berei chen, d. h. im Bereich I, IV und V auf der Grundlage der aus Fig. 22 ersichtlichen Liste durch Steuerung des ersten Abgasrückfüh rungsventils 67 und des zweiten Abgasrückführungsventils 73 in der nachfolgend beschriebenen Weise.

Bereich I: Dieser Bereich ist der Bereich, in dem die Last der Maschine niedrig und die Drehzahl der Maschine niedrig ist, wie es vorstehend beschrieben worden ist.

In diesem Bereich I sind die beiden Abgasrückführungsventile 67 und 73 vollständig geschlossen.

Bereich IV: Dieser Bereich ist der Bereich, in dem die Belastung der Maschine kleiner ist als die Hälfte der Vollast.

In dem Bereich IV wird der Anteil der zurückgeführten Abgase durch Öffnung des ersten Abgasrückführungsventils 67 angepaßt, während das zweite Abgasrückführungsventil 73 geschlossen ist. Mit anderen Worten werden die Abgase durch die erste äußere Ab gasrückführungsleitung 65 zurückgeführt.

Bereich V: Dieser Bereich ist der Bereich, in dem die Last der Maschine größer ist als die Hälfte der Vollast, wobei der gesam te Bereich mit der Vollast eingeschlossen ist.

In dem Bereich V wird der Anteil der rückgeführten Abgase durch Öffnen des zweiten Abgasrückführungsventil 73 angepasst, während das erste Abgasrückführungsventil 67 geschlossen ist. Mit ande ren Worten werden die Abgase durch die zweite äußere Abgasrück führungsleitung 72 mit dem Abgaskühler 72 zurückgeführt. Weiter hin ist in diesem Bereich der Betrag der zurückgeführten Abgase konstant gehalten oder er wird größer gemacht, wenn die Bela stung steigt.

Fig. 23 zeigt die Kombination der Steuerung der Ventilöffnung- und Verschlußzeiten nach Fig. 18 mit der Steuerung der Abgasrück führung nach Fig. 22. Die Fig. 23 ist in vier Bereiche I, VI, XII und XIII unterteilt. Eine ausführliche Beschreibung der Be reiche I, VI und XIII, in denen Probleme mit der Stabilität der Verbrennung, einem sparsamen Brennstoffverbrauch oder dem Klop fen entstehen können, wird gegeben. Die Maschine wird in diesen Bereichen in der nachstehend beschriebenen Weise gesteuert.

Bereich I: Dieser Bereich entspricht einer äußerst leichten Be lastung oder einer niedrigen Belastung und niedrigen Drehzahlen. In diesem Bereich kann die Verbrennung instabil werden.

In diesem Bereich ist die äußere Abgasrückführung über die äuße re Abgasrückführungsleitung unterbunden und daher ist keine Über lappung oder eine kleinere Überlappung zwischen den offenen Zu ständen der Auslaßventile 15, 16 mit den offenen Zuständen der Einlaßventile 13 und 14 gegeben. Der Anteil der Abgase, der in der Verbrennungskammer 8 zurückbleibt, ist so klein, das die Sta bilität der Verbrennung gewährleistet ist. Da weiterhin der Win kel, mit dem die Drosselklappe 44 geöffnet ist, im Bereich I klein ist, wird das Verschließen der Einlaßventile 13 und 14 ver zögert, so daß der Pumpenverlust reduziert werden kann.

Bereich VI: Dies ist ein Bereich leichter Belastung, in dem die Last der Maschine niedriger ist als die halbe Vollast.

In dem Bereich IV ist die Verbrennung relativ stabil, so daß eine Überlappung des Bereiches des Kurbelwinkels, bei dem die Auslaßventile 15 und 16 offen sind, mit dem Bereich des Kurbel winkels, bei dem die Einlaßventile offen sind, größer gesetzt ist. Die interne Abgasrückführung wird zusätzlich zu der Rück führung der Abgase durch die erste äußere Abgasrückführungslei tung 65 bewirkt. Mit anderen Worten wird in dem Bereich VI die interne Abgasrückführung dadurch ausgeführt, das eine große Men ge des Abgases mit höheren Temperaturen in der Verbrennungskam mer 8 gelassen wird, weil die Überlappung des Bereiches, in dem die Auslaßventile 15 und 16 offen sind, mit dem Bereich, in dem die Einlaßventile 13 und 14 offen sind, groß gemacht wird und weil die Überlappungszeiten nach dem oberen Totpunkt (TDC) ver legt sind. Die Abgase, die durch die erste äußere Abgasrückfüh rungsleitung 65 zurückgeführt werden, haben eine verhältnismäßig hohe Temperatur, weil die Abgase, die von der Maschine abgezogen worden sind, durch die erste äußere Abgasleitung 65 zurückge führt werden, deren stromaufwärts gelegenes Ende mit dem Abgas krümmer 61 verbunden ist, bevor sie sich abkühlen können. Zusätz lich wird das Schließen der Einlaßventile 13 und 14 verzögert, so daß die Verzögerung des Schließens in Verbindung mit der Rück führung der Abgase, die höhere Temperaturen aufweisen, Pumpenver luste in dem Bereich VI verringern können.

Bereich XIII: Dies ist ein Bereich hoher Belastung, der den vollen Bereich der Belastung der Maschine enthält, die größer ist als zwei Drittel der Vollast.

In dem Bereich XIII ist die Überlappung des Bereiches des Kurbel winkels, in dem die Auslaßventile 15 und 16 offen sind, mit dem Bereich der Kurbelwinkel, bei dem die Einlaßventile 13 und 14 offen sind, im wesentlichen der gleiche wie in dem Bereich XII. Die Überlappung ist in herkömmlicher Weise und die Überlappung beginnt vor dem oberen Totpunkt (TDC) und endet nach dem oberen Totpunkt (TDC). Die Zeit des Schließens der Einlaßventile ist derart in herkömmlicher Weise, daß die Luft in zweckmäßiger Wei se in die Verbrennungskammer gefüllt werden kann. Zusätzlich kön nen sich in dem Bereich VIII die Abgase in der zweiten äußeren Abgasrückführungsleitung 66 mit dem Abgaskühler 72 abkühlen und werden zurückgeführt, das heißt eine sogenannte kalte Abgasrück führung wird erreicht, wodurch eine Temperaturerhöhung in den Zylindern unterdrückt wird. In dem Bereich XIII kann die Tempe ratur in den Zylindern in der vorstehend beschriebenen Weise durch Ausspülen, Verzögerung des Schließens der Einlaßventile 13 und 14 und kalte Abgasrückführung erniedrigt werden, so daß die Ventilbrückenteile vor Wärmebelastung geschützt werden können, das Entstehen des Klopfens unterdrückt werden kann und der An teil an NOx an den Abgasen in dem Bereich XIII verringert werden kann.

Steuerung des Luft-Brennstoff-Gemisches: Die Maschine ist mit einer Rückführungssteuerung versehen, so daß das Luft-Brennstoff- Verhältnis des gemischten Brennstoffes stöchiometrisch (λ = 1) in einem großen Bereich, der den Bereich hoher Belastung XIII (einschließlich der Vollast) enthält, wird, wie es aus Fig. 23 ersichtlich ist.

Bei der zweiten Ausführungsform ist das hohe Verdichtungsverhält nis der Maschine zur Vergrößerung der Zuverlässigkeit der Maschi ne, insbesondere im Bereich der vollen offenen Belastung, wirk sam. Mit anderen Worten ist es möglich, die Zuverlässigkeit der Maschine dadurch zu verbessern, das eine Temperaturerhöhung in der Maschine mit Hilfe der Abgase unterdrückt wird, wenn das Luft-Brennstoff-Verhältnis magerer als herkömmliche Verhältnisse des stöchiometrischen Brennstoff-Luft-Verhältnisses im Bereich hoher Belastung gemacht wird. Selbstverständlich kann der Anteil von NOx an den Auspuffgasen verringert werden. Weiterhin kann der Brennstoffverbrauch dadurch beträchtlich verringert werden, daß das Brennstoff-Luft-Gemisch im Bereich hoher Ladung stöchio metrisch gemacht wird.

Sowohl des erste als auch das zweite Ausführungsbeispiel der Er findung enthalten nicht nur das Beispiel, bei dem das Luft-Brenn stoff-Verhältnis des gemischten Brennstoffes derart gesteuert wird, daß es streng ein stöchiometrisches Luft-Brennstoff-Ver hältnis in dem Betriebszustand bei Hochlast-Bedingungen wird, sondern auch das Beispiel, daß das Luft-Brennstoff Verhältnis derart gesteuert wird, daß es im wesentlichen ein stöchiometri sches Luft-Brennstoff-Verhältnis wird. In diesem Falle ist unter dem Ausdruck "im wesentlichen stöchiometrisch" zu verstehen, daß das Luft-Brennstoff-Verhältnis magerer als das herkömmliche Ver hältnis (A/F = 13) oder das Luft-Brennstoff-Verhältnis gleich oder niedriger als A/F = 16 ist, bei dem die Temperatur in der Maschine höher wird als bei konventionellen Maschinen.

Kontrolle der Abgasrückführung im Bereich hoher Last

Eine ausführliche Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbei spiels der Steuerung der Rückführung der Abgase im Bereich hoher Belastung wie in dem Bereich V der Fig. 9 und 22 wird nun gege ben.

In dem Bereich V wird die Rückführung der Abgase derart gesteu ert, daß der Anteil der zurückgeführten Abgase konstant ist oder vergrößert wird, wenn die Belastung größer wird. Diese Steuerung der Abgasrückführung ist derart angepasst, das eine Temperaturer höhung in der Maschine unterdrückt oder eine Erhöhung der Abgas temperaturen verhindert wird. Die Abgase in dem Bereich V werden durch die zweite äußere Abgasrückführungsleitung 66 in der vor stehend beschriebenen Weise zurückgeführt, wie aus den Fig. 3 und 17 ersichtlich ist.

Bei Maschinen mit interner Verbrennung ohne Kompressor, wie aus Fig. 16 ersichtlich, ist das Ventil 73 zur Steuerung der Abgas rückführung so angeordnet, das sein Öffnungswinkel entsprechend zunehmender Belastung größer wird. Wie qualitativ aus Fig. 26 ersichtlich ist, wird der Anteil der zurückgeführten Abgase für die äußere Abgasrückführung größer wenn die Belastung höher wird. Weiterhin wird diese äußere Abgasrückführung durch Steue rung des Öffnungswinkels des der Abgasrückführung dienenden Steuerventils 73 bewirkt, wobei die innere Abgasrückführung be rücksichtigt wird.

Wie aus Fig. 26 ersichtlich ist, wird mit größerer Belastung der Maschine, also mit der Vergrößerung des Anteils zugeführter Frischluft, entsprechend die Neigung, daß der Anteil intern zu rückgeführter Abgase verringert wird, kleiner. Wenn jedoch die innere Abgasrückführung und die äußere Abgasrückführung addiert werden, wird der Betrag der Abgasrückführung konstant in Hin blick auf die Belastung (wie aus Fig. 26 ersichtlich), und zwar dadurch, daß der Öffnungswinkel des die Abgasrückführung steuern den Ventils derart gesteuert wird, daß dieser mit der Belastung der Maschine in der vorstehend beschriebenen Weise größer wird. Nachdem die innere Abgasrückführung ihren kleinsten Betrag er reicht hat (in dem Bereich offener Vollast und in dem benachbar ten Bereich A) wird die äußere Abgasrückführung so gesetzt, daß sie entsprechend dem Anteil der Abgasrückführung größer wird.

Die vorstehend beschriebene Steuerung kann eine Vergrößerung des Anteils von NOx auch dann vermeiden, wenn die Last in dem Be reich V vergrößert würde, weil der Anteil an zurückgeführten Ab gasen konstant gehalten wird im Hinblick auf die Belastung. In dem Bereich V kann die Temperatur der Abgase weiterhin durch Rückführung verringert werden. Zusätzlich wird die Abgasrückfüh rungsrate entsprechend mit dem Anwachsen der Belastung der Ma schine in dem offenen Vollastbereich und in dem benachbarten Be reich A vergrößert, so daß die Temperatur der Abgase weiter er niedrigt werden kann. Die Steuerung der Rückführung der Abgase in den Bereich V gewährleistet die Zuverlässigkeit der Maschine auch dann, wenn das Kompressionsverhältnis der Maschine größer gemacht würde.

Fig. 27 zeigt eine Variante der Steuerung der Abgasrückführung. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird der Anteil der außen zurück geführten Abgase in dem Bereich offener Vollast und in dem be nachbarten Bereich A groß gemacht, so daß die Temperatur der Ab gase verringert wird. Diese Variante kann eine Temperaturerhö hung innerhalb der Maschine in dem Bereich offener Vollast und dem benachbarten Bereich A unterdrücken, in dem Probleme entste hen können, wenn das Verdichtungsverhältnis der Maschine extrem hoch gemacht wird.

Wenn das Verdichtungsverhältnis auf ∈ = 1 angehoben wird, ist der Anteil zurückgeführter Abgase, der erforderlich ist, um die Temperatur in der Maschine (an den Ventilbrückenteilen, Kolben, usw) konstant zu halten in dem Bereich offener Vollast und dem benachbarten Bereich A in dem Bereich von 7 bis 15%, wie aus Fig. 28 ersichtlich.

Andererseits kann in dem Bereich V für die Maschine mit interner Verbrennung mit Kompressor, wie aus Fig. 3 ersichtlich, der An teil der Auspuffgase (d. h. der Anteil der außen zurückgeführten Auspuffgase) größer gesetzt werden, wenn die Belastung der Ma schine größer wird, wie es qualitativ aus Fig. 29 ersichtlich ist.

Es ist anzumerken, daß die Steuerung, die vorstehend beschrieben worden ist, ein Anwachsen des Anteils von NOx auch dann vermei den kann, wenn die Belastung in dem Bereich V erhöht wird, weil der Anteil des zurückgeführten Abgases konstant gehalten wird im Hinblick auf die Belastung. Weiterhin kann in diesem Bereich V die Temperatur in der Maschine und die Temperatur der Abgase durch Rückführung erniedrigt werden. Zusätzlich wird die Abgas rückführungsrate vergrößert entsprechend mit dem Anwachsen der Belastung der Maschine in dem Bereich offener Vollast und dem benachbarten Bereich A, so daß die Temperatur in der Maschine und die Temperatur der Abgase weiter erniedrigt werden kann. Die Steuerung der Rückführung der Abgase in dem Bereich V gewähr leistet die Zuverlässigkeit der Maschine auch dann, wenn der La dungsdruck durch Zuführung von mehr Luft in die Maschine erhöht wird. Insbesondere kann im Bereich offener Vollast und dem be nachbarten Bereich A eine Erhöhung der Temperatur in der Maschi ne unterdrückt werden.

Obwohl die Zeit, während der die offenen Zustände der Einlaßven tile sich mit den offenen Zuständen der Auslaßventile überlap pen, in dem Bereich V groß gemacht wird, ist es möglich, die Zeit beispielsweise so kurz zu machen, wie es aus dem Ausfüh rungsbeispiel gemäß Fig. 7 ersichtlich ist.

Wenn der Anteil an Frischluft um 1% durch Erhöhung des Ladungs druckes erhöht wird, kann der Fig. 30 entnommen werden, daß der Anteil zurückgeführter Abgase, der erforderlich ist, um die Tem peratur innerhalb der Maschine (d. h. an den Ventilbrückenteilen, Kolben usw.) oder die Temperatur der Auspuffgase konstant zu halten, in dem Bereich offener Vollast und dem benachbarten Be reich A in dem Bereich von 0,2% bis 0,8% liegt. Die Abgasrück führungsrate von 0,2% ist erforderlich, um die Temperatur der Auspuffgase konstant zu halten, während die Abgasrückführungs rate von 0,8% notwendig ist, um die Temperatur innerhalb der Maschine konstant zu halten.

Bei jedem Ausführungsbeispiel der Erfindung können mehrere Zünd kerzen für jeden Zylinder vorgesehen werden und diese mehreren Zündkerzen werden mindestens im Bereich hoher Last V gezündet. Weiterhin kann die Maschine mit interner Verbrennung nach der Erfindung so ausgebildet werden, daß sich eine turbulente Strö mung in der Verbrennungskammer ergibt, so daß die Verbrennung verbessert und die Verbrennungsgeschwindigkeit verringert wird durch die Zurückführung von Abgasen in das Einlaßsystem. Zusätz lich kann der Kompressor ein Turbokompressor sein.

Die vorliegende Erfindung wird durch die beschriebenen Ausfüh rungsbeispiele nicht beschränkt und Abweichungen und Änderungen führen nicht zu einem Verlassen des grundsätzlichen erfinderi schen Konzepts.

Claims

1. Brennkraftmaschine
mit interner Verbrennung und Funkenzündung,
mit einer Fühleinrichtung zur Erfassung des Belastungszustandes der Ma schine und
mit einer Einrichtung zur Rückführung von Verbrennungsgasen, dadurch gekennzeichnet,
daß die Einrichtung zur Rückführung von Verbrennungsgasen eine innere Ab gasrückführung und eine äußere Abgasrückführung (65, 66, 67, 73) umfaßt und
daß in einem hohen Belastungszustand, in dem der durch die Fühleinrichtung erfaßte Wert des Belastungszustandes gleich oder größer als ein vorgegebe ner Wert ist,
die äußere Abgasrückführung derart gesteuert wird, daß die Summe der über die innere und äußere Abgasrückführung zurückgeführten Verbrennungsgase konstant gehalten oder vergrößert wird, sobald sich der erfaßte Wert des Be lastungszustands vergrößert.

2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückführungseinrichtung (66, 73) mit einer ersten Kühleinrichtung (72) verse hen ist, die in einer Abgasrückführungsleitung (66) angeordnet ist, die das Abgassystem mit dem Einlaßsystem (40) der Maschine verbindet, und daß Abgase, die in das Einlaßsystem der Maschine zurückgeführt werden, zu ei ner Zeit, in der sich die Maschine in einem Betriebszustand hoher Belastung befindet, durch die erste Kühleinrichtung gekühlt werden.

3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 2, die mit einem Kompressor (32) zur Vorverdichtung der Einlaßluft versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite Kühleinrichtung (33) in dem Einlaßsystem (40) auf der stromabwärts gerichteten Seite des Kompressors angeordnet ist und daß das stromabwärts gerichtete Ende der Abgasrückführungsleitung (66) mit einer Öffnung verse hen ist, die mit dem Einlaßsystem auf der stromaufwärts gerichteten Seite der zweiten Kühleinrichtung verbunden ist, und daß Abgase, die in das Einlaßsy stem zurückgeführt werden, sowohl durch die erste Kühleinrichtung als auch durch die zweite Kühleinrichtung gekühlt werden.

4. Brennkraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Abgase mit hoher Temperatur in das Einlaßsystem (40) unter Umgehung der Kühlein richtung (72) im Betriebszustand niedriger Belastung zurückgeführt werden, wenn die Belastung der Maschine kleiner ist als ein vorbestimmter Wert.

5. Brennkraftmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückführung der Abgase in das Einlaßsystem (40) in einem Betriebszustand geringer Belastung und geringer Drehzahl der Maschine, in dem die Maschine wenigstens im Leerlauf läuft, unterbunden wird.

6. Verbrennungsmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung (24) zur veränderlichen zeitlichen Steuerung der Öffnung und des Schließens der Einlaßventile (13, 14) und der Auslaßventile (15, 16) in Ab hängigkeit von dem Betriebszustand der Maschine vorgesehen ist, daß die Maschine mit einem Kompressor (32) zur Ladung der Einlaßluft versehen ist und daß der Betriebsbereich der Maschine in drei Bereiche unterteilt ist,
von denen der erste Bereich (III) einem Bereich hoher Drehzahl entspricht, in dem die Drehzahl der Maschine gleich oder höher als ein vorbestimmter Wert ist, wobei die Einrichtung zur unterschiedlichen Zeitsteuerung der Ventile so gesetzt ist, daß die Überlappung des offenen Zustandes der Auslaßventile mit dem offenen Zustand der Einlaßventile größer wird als die Überlappungen in dem zweiten und in dem dritten Bereich und daß die Verzögerung des Schlie ßens der Einlaßventile ausreichend spät nach dem unteren Totpunkt (BDC) erfolgt,
von denen in dem zweiten Bereich (I), in dem die Drehzahl der Maschine und die Belastung so niedrig sind, daß sie zumindest den Leerlaufbereich der Ma schine erfassen, die Einrichtung zur veränderlichen zeitlichen Steuerung der Ventile so gesetzt ist, daß die Überlappung des offenen Zustandes der Aus laßventile mit dem offenen Zustand der Einlaßventile kleiner ist als die Über lappungen im ersten Bereich und in dem dritten Bereich und daß das Schlie ßen des Einlaßventiles zu einer späteren Zeit erfolgt als in dem ersten Bereich und
von denen in dem dritten Bereich (II) die Einrichtung zur veränderlichen Steuerung der Öffnungs- und Verschlußzeiten der Ventile so gesetzt ist, daß die Überlappung des offenen Zustandes der Auslaßventile mit dem offenen Zustand der Einlaßventile kleiner wird als in dem ersten Bereich, jedoch grö ßer als in dem zweiten Bereich und daß die Zeit des Schließens der Einlaß ventile im wesentlichen zur gleichen Zeit wie das Schließen der Einlaßventile in dem ersten Bereich erfolgt.

7. Brennkraftmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ein richtung (24) zur variablen Zeitsteuerung der Ventile vorgesehen ist, die dem Wechsel der Zeiten zum Öffnen und Schließen der Einlaßventile (13, 14) und Auslaßventile (15, 16) in Abhängigkeit von dem Betriebszustand der Maschine dient, daß die Maschine ein natürliches Einlaßsystem ohne Kompressor zur Verdichtung der Einlaßluft besitzt und
daß der Betriebsbereich in drei Bereiche unterteilt ist,
von denen der erste Bereich (XI) ein Bereich hoher Belastung ist, in dem die Belastung gleich oder höher als ein vorbestimmter zweiter Wert ist, wobei die Einrichtung zur veränderlichen Zeitsteuerung der Ventile auf einen vorbe stimmten Bereich gesetzt ist, der den oberen Totpunkt (TDC) enthält, in dem sich der offene Zustand der Auslaßventile mit dem offenen Zustand der Ein laßventile überlappt,
von denen in dem zweiten Bereich (I), der ein Bereich niedriger Belastung und niedriger Drehzahl unter Einschluß des Leerlaufzustandes der Maschine ist, die Einrichtung zur veränderlichen Steuerung der Öffnungs- und Verschluß zeiten der Ventile so gesteuert ist, daß die Einlaßventile so geöffnet werden, daß sie sich nicht mit der Zeit des Verschlusses der Auslaßventile überlappen, und daß das Verschließen der Einlaßventile auf eine Zeit spät genug nach dem unteren Totpunkt (BDC) verzögert wird, und
von denen in dem dritten Bereich (X) die Einrichtung zur variablen Zeitsteue rung der Ventile so gesetzt ist, daß eine Überlappung des offenen Zustandes der Auslaßventile mit dem offenen Zustand der Einlaßventile im wesentlichen gleich wird mit der Überlappung in dem ersten Bereich und daß das Einlaß ventil nach dem oberen Totpunkt öffnet und daß die Zeit zum Schließen des Einlaßventils im wesentlichen um dieselbe Zeit verzögert wird wie die Zeit des Verschlusses des Einlaßventils in dem zweiten Bereich.