DE4302540C2 - Kraftstoffzuführgerät - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Kraftstoffzuführgerät zur Ver
wendung bei einem Gaskraftstoffmotor nach Patentanspruch 1.
In den letzten Jahren ist ein Motor für gasförmigen Kraft
stoff bzw. ein Gaskraftstoffmotor entwickelt worden, der
verbrennbares Gas wie Wasserstoffgas als Kraftstoff verwen
det. Wenn der gasförmige Kraftstoff verwendet wird, ist
dessen Volumenverhältnis bzw. Volumenrate bemerkenswert
größer als Benzin bzw. als die von Benzin. Wenn demgemäß
der Motor derart konstruiert ist, daß der gasförmige Brenn
stoff mit Luft in einem Einlaßkanal gemischt und einer Ver
brennungskammer zugeführt wird, wird eine in den Zylinder
zugelassene Luftmenge stark reduziert, was eine Verminderung
in der abgegebenen Motorleistung verursacht, insbesondere,
wenn eine große Menge an Brennstoff bzw. Kraftstoff zuge
führt wird. Selbst wenn der gasförmige Kraftstoff in die
Verbrennungskammer über einen Kanal geführt wird, der unter
schiedlich ist von jenem, über den Luft der Verbrennungs
kammer zuzuführen ist, kann die volumetrische Effizienz bzw.
der Durchflußwirkungsgrad der Luft nicht groß gemacht wer
den, wenn der gasförmige Kraftstoff mit einem großen Volu
menverhältnis in der Verbrennungskammer vorliegt. Somit
kann die abgegebene Motorleistung nicht erhöht werden.
Als Maßnahme gegen das obige Problem ist die folgende Anord
nung in einem Gerät getroffen worden, welches z. B. in der
japanischen geprüften Patentveröffentlichung Nr. 58-36 172
offenbart ist. Zwei getrennte Kanäle sind vorgesehen: ein
Einlaßkanal, um die Luft zuzuführen, und ein Wasserstoffzu
führkanal, um das Wasserstoffgas zuzuführen. Ein Einlaßven
til und ein Wasserstoffzuführventil sind jeweils bei dem
Einlaßkanal bzw. der Einlaßöffnung und dem Wasserstoffzu
führkanal bzw. der Wasserstoffzuführöffnung vorgesehen. Das
Einlaßventil wird bei einem unteren Totpunkt geschlossen und
das Wasserstoffzuführventil wird bei dem unteren Totpunkt
geöffnet, so daß sich die Öffnungszeiten dieser Ventile
nicht überlappen. Das Wasserstoffgas wird in die Verbren
nungskammer mit einem Druck zugeführt, der größer ist als
ein Druck in dem Zylinder, während das Wasserstoffzuführ
ventil geöffnet ist. Weiterhin ist in der japanischen Pa
tentveröffentlichung Nr. 1-23 659 ein Gerät offenbart, in
welchem ein Einlaßventil zum Zulassen bzw. Zugeben der Luft
in eine Verbrennungskammer und ein Kraftstoffzuführventil
zum Zuführen des unter Druck gesetzten gasförmigen Kraft
stoffes vorgesehen sind, und das Kraftstoffzuführventil wird
in der Nähe eines unteren Totpunktes geöffnet, und zwar fast
bzw. beinahe vor Beendigung eines Lufteinlaßtaktes.
Die in den obigen Publikationen offenbarten Geräte sind
vorteilhaft beim Erhöhen der abgegebenen Motorleistung in
der Hochinduktionszone bzw. in der Zone starken Ansaugens,
und zwar durch Erhöhen der volumetrischen Effizienz der
Luft, da der unter Druck gesetzte gasförmige Kraftstoff der
Verbrennungskammer zugeführt wird, nachdem der Lufteinlaß
takt nahezu beendet ist. Da der Kraftstoff jedoch zugeführt
wird, bis der Druck in dem Zylinder auf einen im wesentli
chen hohen Pegel bei dem Kompressionstakt ansteigt, muß das
Gerät den gasförmigen Brennstoff mit dem im wesentlichen
hohen Druck zuführen, um den Brennstoff in den Zylinder
gegen den Druck in dem Zylinder während des Kompressionstak
tes zuzuführen bzw. zuführen zu können. Die Kraftstoffzu
führmenge wird gesteuert mittels eines Durchflußsteuerven
tils oder dergleichen, welches entlang eines Brennstoff
bzw. Kraftstoffzuführrohrs angeordnet ist. Es ist jedoch
schwierig, die erforderliche Menge an Kraftstoff genau in
jenem Fall zuzuführen, bei dem die Menge an gasförmigem
Kraftstoff mit dem großen Volumenverhältnis über einen Be
reich eingestellt wird, der eine Zone enthält, bei der die
Kraftstoffzuführmenge groß ist, während der Kraftstoff unter
dem hohen Druck zugeführt wird, wie es oben beschrieben ist.
Insbesondere in der Niedriginduktionszone bzw. der Zone
schwachen Ansaugens, bei der die Kraftstoffzuführmenge klein
ist, wird der Fehler in der Kraftstoffzuführmenge groß,
wodurch eine Beeinträchtigung der Verbrennungsstabilität
entsteht.
Aus dem japanischen Abstract JP 54-52 203, das den Stand der Technik bildet, von
dem bei der Erfindung auszugeben ist, ist ein Kraftstoffzuführgerät
zur Verwendung bei einem Gaskraftstoffmotor bekannt,
der einen Zylinder aufweist, mit einem Einlaßkanal
mit einer Einlaßöffnung, die sich zu dem Zylinder öffnet und
ausgelegt ist zum Zuführen von Luft in den Zylinder, mit
einer Kraftstoffzuführeinrichtung zum Zuführen von gasförmigem
Kraftstoff in den Zylinder und mit einer Steuereinrichtung
zum Steuern der Betätigung des Kraftstoffzuführsystems
gemäß einem Betriebszustand des Motors. Auch dieses Kraftstoffzuführgerät
weist die beim vorstehend beschriebenen
Stand der Technik Nachteile der Ungenauigkeit
bei der Kraftstoffzumessung und der damit einhergehenden
Beeinträchtigung der Verbrennungsstabilität auf.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde,
ein Kraftstoffzu
führgerät zur Verwendung bei einem Gaskraftstoffmotor an
zugeben, welches in einer Hochinduktionszone gasförmigen
Kraftstoff zuführen und Luft zulassen kann und die Genau
igkeit einer Kraftstoffzuführsteuerung in einer Niedrigin
duktionszone verbessern kann, wodurch die Verbrennungsstabi
lität verbessert wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des einteiligen
Patentanspruchs 1 gelöst, soweit sie nicht im vorstehenden
Text der Beschreibungseinleitung als bekannt herausgestellt sind.
Das heißt mit anderen Worten, daß die Erfindung gerichtet ist auf ein Kraftstoffzu
führgerät zur Verwendung mit bzw. bei einem Gaskraftstoff
motor, der einen Zylinder aufweist, mit einem Einlaßkanal
mit einer Einlaßöffnung, die sich zu dem Zylinder öffnet und
ausgelegt ist, zum Zuführen von Luft in den Zylinder;
einer Kraftstoffzuführeinrichtung zum Zuführen von gasförmi
gem Kraftstoff in den Zylinder, wobei die Kraftstoffzuführ
einrichtung ein Hochdruck-Kraftstoffzuführsystem zur Ver
wendung in einer Hochinduktionszone aufweist, in der eine
größere Luftmenge in den Zylinder gelassen wird, und ein
Niedrigdruck-Kraftstoffzuführsystem zur Verwendung in einer
Niedriginduktionszone aufweist, in der eine geringere Menge
an Luft in den Zylinder gelassen wird; wobei das
Hochdruck-Kraftstoffzuführsystem eine Hochdruck-Kraftstoff
zuführöffnung hat, die sich unabhängig von der Einlaßöffnung zu dem Zylinder öffnet
und ausgelegt ist zum
Zuführen einer größeren Menge an gasförmigem Kraftstoff in
den Zylinder mit einem Druck, der höher ist als ein Druck in
dem Zylinder während einer ersten Hälfte des Kompres
sionstaktes, der einem Lufteinlaßtakt des Motors folgt;
wobei das Niedrigdruck-Kraftstoffzuführsystem ausgelegt ist
zum Zuführen einer kleineren Menge an Kraftstoff in den Zylin
der mit einer feineren Einstellungsskala als das Hochdruck-
Kraftstoffzuführsystem; und einer Steuereinrich
tung zum Steuern der Betätigung der jeweiligen Kraftstoff
zuführsysteme gemäß einem Betriebszustand des Motors.
Das so konstruierte Kraftstoffzuführgerät ist mit dem Hoch
druck-Kraftstoffzuführsystem versehen, welches in der Hoch
induktionszone verwendet wird, und dem Niedrigdruck-Kraft
stoffzuführsystem versehen, welches in der Niedriginduk
tionszone verwendet wird. Das Hochdruck-Kraftstoffzuführ
system ist derart konstruiert, daß der gasförmige Kraftstoff
in den Zylinder während der vorderen bzw. ersten Hälfte des
Kompressionstaktes zugeführt wird, der dem Lufteinlaßtakt
des Motors folgt, und zwar bei einem höheren Druck als dem
Druck im Zylinder und durch die Gaskraftstoffzuführöffnung,
die sich zu dem Zylinder unabhängig von der Einlaßöffnung
öffnet. Das Niedrigdruck-Kraftstoffzuführsystem ist derart
konstruiert, daß die Genauigkeit des Einstellens der Kraft
stoffmenge bei einer kleinen Kraftstoffzuführmenge größer
ist als bei dem Hochdruck-Kraftstoffzuführsystem. Demgemäß
kann in der Hochinduktionszone der gasförmige Kraftstoff,
der in der in dieser Zone erforderlichen Menge vorliegt,
ohne das Abhalten des Zulassens der Luft zugeführt werden
bzw. zugeführt werden, ohne das Zugeben von Luft zu verhin
dern, und es kann in der Niedriginduktionszone die Genau
igkeit der Kraftstoffzuführsteuerung verbessert werden.
Somit kann die Verbrennungsstabilität in der Niedriginduk
tionszone verbessert werden aufgrund der verbesserten Genau
igkeit in der Kraftstoffzuführsteuerung und die Abgabelei
stung kann in der Hochinduktionszone verbessert werden.
Das Niedrigdruck-Kraftstoffzuführsystem kann derart konstru
iert sein, daß der gasförmige Kraftstoff dem Zylinder bei
einem Druck zugeführt wird, der niedriger ist als der, bei
dem der Kraftstoff durch das Hochdruck-Kraftstoffzuführsy
stem während des Lufteinlaßtaktes zugeführt wird. Bei die
ser Anordnung kann die Genauigkeit der Kraftstoffzuführ
steuerung hinreichend verbessert werden durch Zuführen des
Kraftstoffes bei niedrigem Druck in der Niedriginduktions
zone.
Das Niedrigdruck-Kraftstoffzuführsystem kann auch eine Nied
rigdruck-Kraftstoffzuführöffnung aufweisen, die direkt zu
dem Zylinder offen ist und gemäß der Betätigung des Motors
geöffnet und geschlossen wird, und die Niedrigdruck-Kraft
stoffzuführöffnung kann geöffnet sein, während die Einlaß
öffnung geöffnet ist. Bei dieser Anordnung kann, selbst
wenn der gasförmige Kraftstoff während des Einlaßtaktes in
der Niedriginduktionszone zugeführt wird, Luft in die Ver
brennungskammer relativ sanft zugegeben bzw. zugelassen
werden. Die Einlaßöffnung und die Hochdruck-Kraftstoffzu
führöffnung können an einem von zwei Seitengehäusen vorgese
hen sein, die einen Zylinder eines Rotationskolben- bzw.
Wankelmotors definieren, und zwar zusammen mit einem Rotor
gehäuse. Die Niedrigdruck-Kraftstoffzuführöffnung ist an
dem anderen Seitengehäuse vorgesehen. Diese Anordnung wird
einen Schnitt bzw. ein Überschneiden des Einlaßkanals, des
Hochdruck-Kraftstoffzuführsystems und des Niedrig-Kraft
stoffzuführsystems nicht involvieren bzw. vermeiden.
Die Steuerrichtung kann vorteilhafterweise nur das Niedrig
druck-Kraftstoffzuführsystem in der Niedriginduktionszone
des Motors betätigen, sowohl das Niedrigdruck-Kraftstoff
zuführsystem als auch das Hochdruck-Kraftstoffzuführsystem
in einer mittleren Zone des Motors betätigen, bei der eine
mittlere Luftmenge in den Zylinder zugelassen wird, und das
Hochdruck-Kraftstoffzuführsystem in der Hochinduktionszone
des Motors betätigen. Bei dieser Anordnung kann die Steuer
einrichtung eine Steuerung ausführen, die für erforderliche
Mengen an Kraftstoff und Luft in den jeweiligen Zonen ge
eignet ist.
Weiterhin kann die Steuereinrichtung nur das Niedrigdruck-
Kraftstoffzuführsystem betätigen, wenn der Motor gestartet
wird. Bei dieser Anordnung kann die Startfähigkeit bzw. das
Startverhalten verbessert werden aufgrund der erhöhten Ge
nauigkeit der Kraftstoffzuführsteuerung, wenn der Motor
gestartet wird.
Das Hochdruck-Kraftstoffzuführsystem kann vorzugsweise eine
erste Kraftstoffmengeneinstelleinrichtung zum Einstellen der
Menge an zuzuführendem gasförmigem Kraftstoff durch Verän
dern einer Fluß- bzw. Durchflußfläche aufweisen und das
Niedrigdruck-Kraftstoffzuführsystem kann vorzugsweise eine
zweite Kraftstoffmengeneinstelleinrichtung aufweisen, die
ein elektromagnetisches Kraftstoffeinspritzventil verwendet,
um die Menge an zuzuführendem gasförmigem Kraftstoff ein
zustellen durch Verändern einer Öffnungsperiode bzw. Öff
nungszeitspanne des Kraftstoffeinspritzventils. Bei dieser
Anordnung kann die Kraftstoffzuführmenge genau gesteuert
werden unter Verwendung des elektromagnetischen Kraftstoff
einspritzventils in der Niedriginduktionszone, wo die Kraft
stoffzuführmenge klein ist, und eine erforderliche große
Menge an gasförmigem Kraftstoff kann in der Hochinduktions
zone zugeführt werden.
Die erste und die zweite Kraftstoffmengeneinstelleinrichtung
können wünschenswerterweise beide in der Hochinduktionszone
des Motors betätigt werden. Bei dieser Anordnung kann die
Genauigkeit der Kraftstoffzuführsteuerung in der Hochinduk
tionszone verbessert werden.
Die Steuereinrichtung kann vorzugsweise die Kraftstoffzu
führmenge korrigieren durch Veranlassen, daß die zweite
Kraftstoffmengeneinstelleinrichtung den Kraftstoff asynchron
während der Beschleunigung einspritzt. Bei dieser Anordnung
kann das Ansprechverhalten während der Beschleunigung ver
bessert werden.
Das Hochdruck- und das Niedrigdruck-Kraftstoffzuführsystem
können vorzugsweise den Kraftstoff zu spezifizierten Zeit
punkten bzw. mit einer bestimmten Zeitgabe jeweils synchron
zu der Betätigung des Motors zuführen. Bei dieser Anordnung
kann der Kraftstoff geeignet ohne das Hindern bzw. Stören
bzw. Abhalten des Zulassens eines Luftstromes oder das Ver
ursachen anderer Probleme zugeführt werden.
Das Hochdruck-Kraftstoffzuführsystem weist vorzugsweise ein
mechanisches Zeitgabeventil auf, welches synchron zu einer
Motorausgangswelle bewegt wird. Bei dieser Anordnung kann
der Kraftstoff leicht und verläßlich mit einer geeigneten
Zeitgabe zugeführt werden.
Diese und weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglich
keiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nach
folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbin
dung mit der Zeichnung. Es zeigt
Fig. 1 ein Diagramm der Ansicht, die einen Gesamtauf
bau eines Gaskraftstoffmotors zeigt, der eine er
ste Ausführungsform der Erfindung eingebaut hat,
Fig. 2 eine Teilschnittansicht, die vergrößert einen
wesentlichen Abschnitt des Gaskraftstoffmotors
zeigt, der in Fig. 1 gezeigt ist,
Fig. 3 eine Schnittansicht entlang der Linie III-III
in Fig. 2,
Fig. 4 eine Schnittansicht entlang der Linie IV-IV in
Fig. 2,
Fig. 5 ein Diagramm, das exemplarisch Öffnungs- und
Schließzeiten einer Einlaßöffnung, einer Wasser
stofföffnung und eines Zeitgabeventils zeigt,
Fig. 6 ein Diagramm bzw. eine Kurve, die graphisch
ein Beispiel einer Steuerzoneneinstellung zeigt,
Fig. 7 ein Flußdiagramm, welches ein Beispiel einer
Kraftstoffzuführsteuerung auf der Basis der in
Fig. 6 gezeigten Zoneneinstellung zeigt,
Fig. 8 ein Diagramm, welches graphisch ein weiteres
Beispiel einer Steuerzoneneinstellung zeigt,
Fig. 9 ein Flußdiagramm, welches ein Beispiel einer
Kraftstoffzuführsteuerung auf der Basis der in
Fig. 8 gezeigten Zoneneinstellung zeigt,
Fig. 10 eine Schnittansicht, die eine zweite Ausfüh
rungsform des Kraftstoffzuführgerätes gemäß der
Erfindung zeigt,
Fig. 11 ein Diagramm, welches eine Gesamtkonstruktion
eines Gaskraftstoffmotors zeigt, der eine dritte
Ausführungsform der Erfindung aufgenommen hat,
Fig. 12 eine Teilschnittansicht, die vergrößert einen
wesentlichen Abschnitt des Gaskraftstoffmotors aus
Fig. 11 zeigt,
Fig. 13 eine Schnittansicht entlang der Linie XIII-
XIII in Fig. 12,
Fig. 14 ein Diagramm, welches exemplarisch Öffnungs-
und Schließzeiten einer Einlaßöffnung, einer Was
serstofföffnung und eines Zeitgabeventils zeigt,
Fig. 15 ein Diagramm, welches graphisch ein Beispiel
einer Steuerzoneneinstellung zeigt, und
Fig. 16 ein Flußdiagramm, welches ein Beispiel einer
Kraftstoffzuführsteuerung auf der Basis der in
Fig. 15 gezeigten Zoneneinstellung zeigt.
Nachstehend werden unter Bezugnahme auf die beigefügte
Zeichnung Ausführungsformen der Erfindung beschrieben.
Die Fig. 1 bis 4 zeigen ein erstes Kraftstoffzuführgerät zur
Verwendung bei einem Gaskraftstoffmotor, und zwar gemäß
einer Ausführungsform der Erfindung. Der dargestellte Motor
ist ein Rotationskolbenmotor. Bei dieser Ausführungsform
wird Wasserstoffgas als gasförmiger Kraftstoff verwendet.
Ein Gesamtaufbau des Rotationskolbenmotors und des Kraft
stoffzuführgerätes sind in Fig. 1 gezeigt. Ein Rotations
kolben enthält ein Gehäuse 1 mit einer peritrokoidalen In
nenumfangsfläche, Seitengehäuse 2, 3, die an entgegengesetz
ten Seiten des Gehäuses 1 positioniert sind, und einen Rotor
4, der im wesentlichen mit einer dreieckigen Form ausgebil
det ist, der innerhalb der Gehäuse angeordnet ist. In dem
Rotationskolbenmotor mit zwei Rotoren sind ein vorderer und
ein hinterer Zylinder vor und hinter einem Zwischengehäuse
(Zwischenseitengehäuse) 3 ausgebildet und der Rotor 4 ist in
jedem der so geformten Zylinder (siehe Fig. 4) angeordnet.
Der Rotor 4 ist auf einer exzentrischen Welle 5 montiert und
definiert drei Arbeitskammern in dem entsprechenden Zylin
der. Weiterhin ist ein oberer Abschnitt des Rotors 4 in
gleitender Anlage an der Innenumfangsfläche des Gehäuses 1.
Gemäß der exzentrischen Drehung des Rotors 4 verändert sich
das Volumen der jeweiligen Arbeitskammern 6, wodurch Otto-
Zyklen ausgeführt werden. Die Drehung des Rotors 4 treibt
die exzentrische Welle 5.
Bei einem der Seitengehäuse des Rotationskolbenmotors, z. B.
bei dem mittleren Gehäuse 3, ist eine Einlaßöffnung 7 in
einer derartigen Position definiert, daß sie der Arbeits
kammer 6 eines Einlaßtaktes bzw. bei einem Einlaßtakt gegen
übersteht. Bei diesem mittleren Gehäuse bzw. Zwischengehäu
se 3 ist auch eine Hochdruck-Wasserstofföffnung (Gaskraft
stoffzuführöffnung) 8 ausgebildet, durch die das
Wasserstoffgas mit relativ hohem Druck, welches durch ein
Hochdruck-Kraftstoffzuführrohr, welches später zu beschrei
ben ist, geführt wird, in die Arbeitskammer 6 zugeführt
wird, und zwar unabhängig von der Einlaßöffnung 7. Weiter
hin ist an dem Seitengehäuse 2 gegenüberstehend zu dem mitt
leren Gehäuse 3 eine Niedrigdruck-Wasserstofföffnung (Nied
rigdruck-Gaskraftstoffzuführöffnung) 9 ausgebildet, durch
die das Wasserstoffgas mit relativ niedrigem Druck, geführt
durch ein Niedrigdruck-Kraftstoffzuführrohr, welches später
zu beschreiben ist, in die Arbeitskammer 6 zugeführt wird.
Der Einlaßöffnung 7 wird Luft über einen Einlaßkanal 11
zugeführt, in welchem ein Drosselventil 12, welches durch
einen Schrittmotor 13 betätigt wird, eine nicht dargestellte
Luftreinigungseinrichtung und ein Luftstrommeßgerät zum
Erfassen einer Luftmenge, etc. angeordnet sind. Bei den
Gehäusen 1, gegenüberstehend der Arbeitskammer eines Auslaß
bzw. Abgastaktes, ist eine Auslaßöffnung definiert, mit der
ein Auslaßkanal 15 verbunden ist. In dem Auslaßkanal 15
sind ein Sauerstoffsensor und ein Katalysator angeordnet,
jedoch hier nicht dargestellt.
Ein System zum Zuführen des Wasserstoffgases als den gasför
migen Kraftstoff weist ein Kraftstoffzuführrohr 21 zum Füh
ren des Wasserstoffgases von einem Metallhydridtank
(nachstehend mit MH-Tank bezeichnet) 20 auf. Der MH-Tank 20
ist versehen mit einer Wasserstoffokklusionslegierung, die
Wasserstoff darin okkludieren bzw. einschließen bzw. absor
bieren und freigeben kann. Mit dem MH-Tank 20 sind verbun
den, jedoch nicht dargestellt, ein Kanal zum Einfüllen des
Wasserstoffes, ein Kanal für Kühlmittel und ein Kanal für
erwärmtes Wasser. Die Wasserstoffokklusionslegierung von
dem MH-Tank 20 wird durch das von einem Motorwassermantel
zugeführte Kühlmittel erwärmt und dadurch wird der Wasser
stoff zu dem Kraftstoffzuführrohr freigegeben.
Das Kraftstoffzuführrohr 21 verzweigt sich in ein Hochdruck-
Kraftstoffzuführrohr 22, welches ein Kraftstoffzuführsystem
bildet, welches in einer Hochinduktionszone verwendet wird,
bei der eine große Menge an Luft in den Zylinder gelassen
wird, und ein Niedrigdruck-Kraftstoffzuführrohr 23, welches
ein Kraftstoffzuführsystem bildet, welches in einer Niedrig
induktionszone verwendet wird, in der eine geringe Menge an
Luft in den Zylinder gelassen wird. Ein stromabliegendes
Ende des Hochdruck-Kraftstoffzuführrohrs 22 ist mit der
Hochdruck-Wasserstofföffnung 8 verbunden, wohingegen ein
stromabseitiges Ende des Niedrigdruck-Kraftstoffzuführrohrs
23 mit der Niedrigdruck-Wasserstofföffnung 9 verbunden ist.
Entlang des Hochdruck-Kraftstoffzuführrohrs 22 sind angeord
net eine Druckeinstelleinrichtung 24 für das Wasserstoffgas
von hohem Druck, ein Strömungssteuerventil (Kraftstoffmen
geneinstelleinrichtung) 25, ein Zeitgabeventil 26, etc. Das
von dem MH-Tank 20 zugeführte Wasserstoffgas wird der Hoch
druck-Wasserstofföffnung 8 über das Zeitgabeventil 26 zu
geführt, nachdem dessen Druck durch die Druckeinstellein
richtung 24 eingestellt ist und dessen Strömungsrate durch
das Strömungssteuerventil 25 eingestellt ist. Entlang des
Niedrigdruck-Kraftstoffzuführrohrs 23 sind angeordnet eine
Druckeinstelleinrichtung 27 für das Wasserstoffgas von nied
rigem Druck, ein Strömungssteuerventil (Kraftstoffmengen
steuereinrichtung) 28, etc. Das von dem MH-Tank zugeführte
Wasserstoffgas wird der Niedrigdruck-Wasserstofföffnung 9
zugeführt, nachdem dessen Druck durch die Druckeinstellein
richtung 27 eingerichtet ist und dessen Strömungsrate durch
das Strömungssteuerventil 28 eingestellt ist.
Die entlang des Hochdruck-Kraftstoffzuführrohrs 22 angeord
nete Druckeinstellrichtung 24 ist ausgelegt zum Einstellen
des Druckes von Wasserstoffgas, welches von dem MH-Tank 20
zugeführt ist, auf einen relativ hohen Wert, so daß das
Wasserstoffgas gegen den Druck in der Arbeitskammer 6 wäh
rend eines Kompressionstaktes in die Arbeitskammer 6 einge
führt bzw. beschickt werden kann. Z.B. stellt die Druckein
stellrichtung 24 den Druck des Wasserstoffgases auf etwa
5,065×105 N/m2 (5 atm) ein. Andererseits ist die entlang
des Niedrigdruck-Kraftstoffzuführrohrs 23 angeordnete Druck
einstelleinrichtung 27 ausgelegt zum Einstellen des Druckes
des Wasserstoffgases auf einen Wert, der hinreichend gerin
ger ist als der der Druckeinstelleinrichtung 24, und
ausreichend, um das Wasserstoffgas während des Einlaßtaktes
in die Arbeitskammer zu führen, wenn der Druck in der Ar
beitskammer 6 gering ist. Die jeweiligen Strömungssteuer
ventile 25, 28 steuern eine Strömungsrate bzw. Durchflußrate
des Wasserstoffgases in den Kraftstoffzuführrohren 22, 23
kontinuierlich unter Verwendung von Tastverhältnis-Solenoid
ventilen, Proportional-Solenoidventilen oder dergleichen.
Wenn das Strömungssteuerventil 25 oder 28 vollständig ge
schlossen wird, wird die Zufuhr des Wasserstoffgases von dem
entsprechenden System beendet.
Ein Steuersystem enthält eine Steuereinheit (ECU) 30, die
eines der Kraftstoffzuführsysteme, die in der Niedrig- und
der Hochinduktionszone verwendet werden, auswählt und eine
Menge des zuzuführenden Wasserstoffgases steuert. Der ECU
30 werden eingegeben ein Sensorsignal von einem
Motorgeschwindigkeitssensor 31 zum Erfassen der
Motorgeschwindigkeit, ein Sensorsignal von einem Beschleuni
gungssensor 32 zum Erfassen eines Betätigungsmaßes eines
Gas- bzw. Beschleunigungspedals, Sensorsignale von Drucksen
soren 33, 34 zum Erfassen des Druckes in den jeweiligen
Kraftstoffzuführleitungen bzw. -rohren 22 und 23, und ähn
liche Signale. Die ECU 30 sendet ein Steuersignal an die
jeweiligen Strömungssteuerventile 25, 28. Da die Öffnung
des Drosselventils elektrisch gesteuert wird gemäß dem Betä
tigungsmaß des Gaspedals (zumindest bei dem dargestellten
Beispiel), wird ein Steuersignal auch an eine Betätigungs
einrichtung für das Drosselventil 12 geschickt.
Die ECU 30 führt eine Steuerung gemäß einer Strömungskarte,
die später zu beschreiben ist, aus, wodurch eine Steuerein
richtung gebildet wird zum Betätigen von zumindest einem
Niedrigdruck-Kraftstoffzuführsystem in der Niedriginduk
tionszone des Motors, während ein Hochdruck-Kraftstoffzu
führsystem in der Hochinduktionszone des Motors betätigt
wird.
Die Fig. 2 bis 4 zeigen eine spezifische Konstruktion des
Kraftstoffzuführgerätes einschließlich einer Anordnung der
Einlaßöffnung 7 und der Wasserstofföffnungen 8, 9 und der
bzw. des Zeitgabeventils 26 in dem Wasserstoffgas-Zuführ
system.
Die Hochdruck-Wasserstofföffnung 8 ist in dem mittleren
Gehäuse 3 in einer derartigen Position ausgebildet, daß sie
die Einlaßöffnung 7 nicht beeinflußt bzw. beeinträchtigt,
und ist zu der Arbeitskammer 6 offen. Die Öffnung 8 ist mit
einem relativ großen Öffnungsquerschnitt bzw. mit einer
relativ großen Öffnung ausgebildet, um den Strömungswider
stand zu vermindern. Diese Öffnung 8 steht in Verbindung
mit einem Kanal bzw. einem Durchgang, der durch ein Element
35 ausgebildet ist, welches in das mittlere Gehäuse 3 einge
führt ist. Das kanaldefinierende Element 35 ist in einer
hohlzylindrischen Form konfiguriert und hat darin zwei ge
trennte Rohre 36a, 36b für den vorderen und den hinteren
Zylinder. Die stromabliegenden Enden der Rohre 36a, 36b
stehen in Verbindung mit den jeweiligen Hochdruck-Wasser
stofföffnungen 8 an der Vorder- und der Hinterseite und die
stromaufseitigen enden von diesen stehen in Verbindung mit
Rohren 37a, 37b, die sich zu den Zeitgabeventilen 26
erstrecken. Es kann geeignet sein, ein Rotationsventil bzw.
einen Drehschieber als das kanaldefinierende Element 35 zu
verwenden und die Betätigungseinrichtung mit diesem Rota
tionsventil zu koppeln, so daß eine Strömungsrate des Was
serstoffgases auch durch das Rotationsventil gesteuert wer
den kann.
Bei dem dargestellten Beispiel sind zwei Zeitgabeventile 26
parallel für den vorderen und den hinteren Zylinder angeord
net. Jedes Zeitgabeventil 26 enthält ein Tellerventil 38
und wird durch Nocken 39a, 39b betätigt, um zu öffnen und zu
schließen, die auf einer Nockenwelle 39 montiert sind, und
zwar zum Antreiben bzw. zum Steuern des Zeitgabeventils 26.
Diese Nockenwelle 39 ist drehbar an dem Gehäuse gelagert und
eine Riemenscheibe 40, die an einem Ende davon montiert ist,
ist mit der exzentrischen Welle 5 über einen Zeitgaberiemen
bzw. Steuerriemen verbunden (siehe Fig. 1). Demgemäß ist
die Nockenwelle 39 zusammen mit der exzentrischen Welle 5
drehbar. Die Niedrigdruck-Wasserstofföffnung 9 ist in dem
Seitengehäuse 2 in einer Position gegenüberstehend der Ein
laßöffnung 7 ausgebildet und ist zu der Arbeitskammer 6
offen. Mit der Niedrigdruck-Wasserstofföffnung 9 ist direkt
das stromabseitige Ende des Niedrigdruck-Kraftstoffzuführ
rohrs 23 verbunden.
Fig. 5 zeigt spezielle Beispiele von Öffnungs- und Schließ-
Zeitgaben der Einlaßöffnung 7 (IP), der Hochdruck-Wasser
stofföffnung 8 (HHP), des Zeitgabeventils 26 (TV) und der
Niedrigdruck-Wasserstofföffnung 9 (LHP). Wie es in dieser
Figur gezeigt ist, ist die Einlaßöffnung 7 ausgelegt und
geformt, um sich für eine Periode bzw. Zeitspanne zu öffnen,
die durch eine Zeitgabe bzw. durch einen Zeitpunkt definiert
ist, der nahe dem oberen Totpunkt liegt, und einen spezifi
zierten Zeitpunkt bzw. eine Zeitgabe nach einem unteren
Totpunkt, und zwar gemäß der Drehung des Rotors 4 (gezeigt
bei IP).
Die Hochdruck-Wasserstofföffnung 8 wird ebenfalls geöffnet
und geschlossen gemäß der Drehung des Rotors 4. Die Öffnung
8 ist ausgelegt und geformt, um etwas später zu öffnen als
der Öffnungszeitpunkt der Einlaßöffnung 7 und um während des
Kompressionstaktes zu schließen, und zwar sehr viel später
als der Schließpunkt der Einlaßöffnung 7 (gezeigt bei HHP).
Das Zeitgabeventil 26 wird für einen Teil der Zeitspanne
geöffnet, während der die Hochdruck-Wasserstofföffnung 8
geöffnet ist, und die Öffnungszeitpunkte bzw. die Öffnungs
zeitgabe der Zeitgabeventile 26 fällt mit dem Schließzeit
punkt der Einlaßöffnung 7 zusammen (gezeigt TV). Bei dem
Hochdruck-Kraftstoffzuführsystem dient die Öffnungszeitspan
ne des Zeitgabeventils 26 als eine Wasserstoffgas-Zuführ
zeitspanne. Weiterhin ist die Niedrigdruck-Wasserstofföff
nung 9 ausgelegt und geformt, um nur für eine spezifische
Zeitspanne während des Einlaßtaktes geöffnet zu sein (ge
zeigt bei LHP). In dem Niedrigdruck-Kraftstoffzuführsystem
dient die Öffnungszeitspanne der Öffnung 9 selbst als eine
Kraftstoffzuführzeitspanne.
Fig. 6 zeigt graphisch die Einstellung von Zonen, die in
einer später zu beschreibenden Steuerung zu unterscheiden
sind. Bei dieser Figur ist die Zone A eine Zone, bei der
das Niedrigdruck-Kraftstoffzuführsystem betätigt bzw. be
trieben wird. Die Zone A ist unterhalb einer Unterschei
dungslinie angeordnet, d. h. eine kleinere Menge an Luft wird
in der Zone A in den Zylinder gelassen als bei irgendeinem
Punkt auf bzw. über der Unterscheidungs- bzw. Trennlinie.
Weiterhin ist die Zone B eine Zone, bei der nur das Hoch
druck-Kraftstoffzuführsystem betätigt bzw. betrieben wird.
Die Zone B ist über der Trennlinie bzw. Unterscheidungslinie
angeordnet, d. h., eine größere Menge an Luft wird in der
Zone B in den Zylinder eingelassen, als bei irgendeinem
Punkt auf bzw. unter der Unterscheidungslinie.
Fig. 7 zeigt ein Beispiel einer durch die ECU 30 ausgeführ
ten Wasserstoffgas-Zuführsteuerung. Bei diesem Flußdiagramm
werden bei Beginn der Steuerung die Motorgeschwindigkeit und
das Betätigungsmaß des Gaspedals als Eingangsinformation im
Schritt S1 gelesen und es wird unterschieden bzw. bestimmt,
ob ein vorliegender Betriebszustand in der Zone A in Fig. 6
liegt, und zwar im Schritt S2 auf der Basis der Eingabe
bzw. Eingangsinformation. Wenn der aktuelle bzw. vorliegen
de Betriebszustand in der Zone A liegt, wird das Strömungs
steuerventil 28 des Niedrigdruck-Kraftstoffzuführrohrs 23
geöffnet, um dadurch das Niedrigdruck-Kraftstoffzuführsystem
zu betreiben, während das Strömungssteuerventil 25 der Hoch
druck-Kraftstoffzuführleitung 22 geschlossen wird, um da
durch den Betrieb des Hochdruck-Kraftstoffzuführsystems zu
beenden bzw. zu stoppen, und zwar im Schritt S3. In diesem
Fall wird die Kraftstoffzuführmenge gesteuert durch das
Steuern der Öffnung bzw. des Öffnungsquerschnittes des Strö
mungssteuerventils 28, und zwar gemäß der Luftmenge.
Wenn andererseits der aktuelle Betriebszustand außerhalb der
Zone A (in der Zone B) liegt, wird das Strömungssteuerventil
28 geschlossen, um dadurch den Betrieb des Niedrigdruck-
Kraftstoffzuführsystems zu beenden, während das Strömungs
steuerventil 25 geöffnet wird, um dadurch das Hochdruck-
Kraftstoffzuführsystem zu betätigen bzw. zu betreiben. In
diesem Fall wird die Öffnung bzw. der Öffnungsquerschnitt
des Strömungssteuerventils 25 gemäß der Luftmenge gesteuert.
Bei dem Gerät dieser Ausführungsform wird, wie oben
beschrieben, das Niedrigdruck-Kraftstoffzuführsystem in der
Niedriginduktionszone betrieben und das Wasserstoffgas,
dessen Druck auf einen relativ geringen Wert eingestellt ist
bzw. wird, wird in die Arbeitskammer 6 über die
Niedrigdruck-Wasserstofföffnung 9 eingelassen. In diesem
Fall wird es schwierig, eine große Menge an Luft in den
Zylinder einzulassen, da das Wasserstoffgas während des
Lufteinlaßtaktes zugeführt wird. Da jedoch die Luftmenge
und die Kraftstoffzuführmenge in der Niedriginduktionszone
klein sind, können erforderliche Mengen an Luft und Kraft
stoff leicht zugeführt werden. Das Wasserstoffgas kann bei
einem relativ niedrigen Druck zugeführt werden durch Zufüh
ren des Wasserstoffgases während des Einlaßtaktes auf diese
Weise und die Genauigkeit der Kraftstoffzuführsteuerung kann
verbessert werden durch Steuern des Strömungssteuerventils
28 in einem Zustand einer Niedrigdruckzufuhr.
Wenn andererseits in der Hochinduktionszone das Wasserstoff
gas während des Einlaßtaktes zugeführt wird, wird das Ein
lassen von Luft in den Zylinder verhindert und somit kann
eine erforderliche Luftmenge nicht zugeführt werden. Da
jedoch das Hochdruck-Kraftstoffzuführsystem betrieben wird,
um das Wasserstoffgas über das Zeitgabeventil 26 zuzuführen,
und zwar nach Beendigung des Einlaßtaktes in dieser Zone,
kann die volumetrische Effizienz von Luft verbessert werden.
Dies verhindert auch wirksam ein Zurückschlagen.
Es kann geeignet sein, das Hochdruck-Kraftstoffzuführsystem
zusätzlich zu dem Niedrigdruck-Kraftstoffzuführsystem in der
Steuerung zu betreiben, bei der der Betriebszustand in der
Niedriginduktionszone liegt. In diesem Fall ist das Tei
lungs- bzw. Aufteilverhältnis der zwei Kraftstoffzuführsy
steme eingestellt.
Die Kraftstoffzuführmengen der jeweiligen
Systeme werden erhalten gemäß dem eingestellten Aufteilungs
verhältnis. Die Strömungssteuerventile 25, 28 werden gemäß
der erhaltenen Kraftstoffzuführmengen gesteuert.
Selbst in
diesem Fall ist das Gerät wirksam beim Verbessern der Genau
igkeit der Kraftstoffzuführsteuerung verglichen mit dem
Fall, bei dem das Wasserstoffgas nur durch das Hochdruck-
Kraftstoffzuführsystem eingeführt wird.
Die Fig. 8 und 9 zeigen ein weiteres Beispiel einer Kraft
stoffzuführsteuerung. Bei diesem Beispiel sind drei Zonen
eingestellt, wie es in Fig. 8 gezeigt ist: Eine Zone A1
(Niedriginduktionszone), die unterhalb einer ersten Trenn
linie bzw. Unterscheidungslinie angeordnet ist, eine Zone A2
(Zwischenzone, in der eine mittlere Luftmenge in den Zylin
der gelassen wird), die zwischen der ersten und einer zwei
ten Unterscheidungslinie angeordnet ist, und eine Zone B
(Hochinduktionszone), die über der zweiten Unterscheidungs
linie angeordnet ist.
In einem Flußdiagramm von Fig. 9 wird eine Eingangsinforma
tion im Schritt S11 gelesen und es wird unterschieden, in
welcher Zone ein aktueller Betriebszustand liegt, und zwar
in den Schritten S12, S13. Wenn der aktuelle Betriebszu
stand in der Zone A1 liegt, wird das Niedrigdruck-
Kraftstoffzuführsystem betrieben, während der Betrieb des
Hochdruck-Kraftstoffzuführsystems beendet wird, und zwar im
Schritt S14. Wenn der aktuelle Betriebszustand in der Zone
A2 liegt, werden sowohl das Niedrigdruck- als auch das Hoch
druck-Kraftstoffzuführsystem betrieben, und zwar im Schritt
S15. Wenn weiterhin der aktuelle Betriebszustand in der
Zone B liegt, wird das Hochdruck-Kraftstoffzuführsystem
betrieben, während der Betrieb des Niedrigdruck-Kraftstoff
zuführsystems beendet wird, und zwar im Schritt S16.
Bei diesem Beispiel kann in der Zwischenzone die Genauigkeit
der Kraftstoffzuführsteuerung verbessert werden verglichen
mit dem Fall, bei dem nur das Hochdruck-Kraftstoffzuführ
system betrieben wird, während in dieser Zone gewährleistet
wird, daß eine erforderliche Luftmenge vorliegt.
Fig. 10 zeigt eine zweite Ausführungsform eines Falles,
wobei ein Kraftstoffzuführgerät im wesentlichen ähnlich der
ersten Ausführungsform auf einen Hubkolbenmotor angewendet
ist. Bei dieser Ausführungsform öffnen sich zwei Einlaßöff
nungen 53, 54, eine Auslaßöffnung 55 und eine Wasserstoff
öffnung 56 zu einer Verbrennungskammer 52, die über einem
Kolben 51 in einem Zylinder des Motors angeordnet ist. An
den Einlaßöffnungen 53, 54, der Auslaßöffnung 55 und der
Wasserstofföffnung 56 sind Einlaßventile 57, ein nicht dar
gestelltes Auslaßventil bzw. ein Zeitgabeventil 58 vorgese
hen. Das Zeitgabeventil 58 enthält ein Tellerventil ähnlich
den Einlaßventilen 57 und dem Auslaßventil und ein Ventil
zeitgabeveränderungsmechanismus 59 ist in einen Ventilhubme
chanismus für das Ventil 58 eingebaut. Dieser Veränderungs
mechanismus 59 verändert die Öffnungszeitgabe bzw. den Öff
nungszeitpunkt des Ventils 58 während des Einlaßtaktes und
des Kompressionstaktes. Weiterhin verzweigt sich ein an den
MH-Tank angeschlossenes Kraftstoffzuführrohr 61 in ein Hoch
druck-Kraftstoffzuführrohr 62 und ein Niedrigdruck-Kraft
stoffzuführrohr 63. Entlang dem Hochdruck-Kraftstoffzuführ
rohr 62 sind angeordnet eine Druckeinstelleinrichtung 64 und
ein Strömungssteuerventil 66. Entlang dem Niedrigdruck-
Kraftstoffzuführrohr 63 sind angeordnet eine Druckeinstell
einrichtung 65 und ein Strömungssteuerventil 67. Die Rohre
62, 63 sind mit der Wasserstofföffnung 56 jeweils über ein
Richtungssteuerventil 68 selektiv verbunden. In einer Nied
riginduktionszone, bei der eine geringe Menge an Luft in den
Zylinder gelassen wird, wird das Ventil 58 zu einem früheren
Zeitpunkt geöffnet und das Niedrigdruck-Kraftstoffzuführrohr
63 wird mit der Wasserstofföffnung 56 verbunden. In einer
Hochinduktionszone, bei der eine große Menge an Luft in den
Zylinder gelassen wird, läßt man das Ventil 58 zu einem
verzögerten Zeitpunkt öffnen und das Hochdruck-Kraftstoff
zuführrohr 62 wird mit der Wasserstofföffnung 56 verbunden.
Als nächstes wird eine Modifikation des Brennstoff- bzw.
Kraftstoffzuführgerätes beschrieben, und zwar ähnlich kon
struiert wie die erste oder die zweite Ausführungsform.
Es ist wünschenswert, nur das Niedrigdruck-Kraftstoffzuführ
system zu betreiben, wenn der Motor gestartet wird. Mit
anderen Worten ist es wünschenswert, eine Kraftstoffzuführ
steuerung mit hoher Genauigkeit auszuführen durch Betreiben
des Niedrigdruck-Kraftstoffzuführsystems, wenn der Motor
gestartet wird, da ein Mangel an Luft sehr unwahrscheinlich
auftritt, da eine erforderliche Luftmenge gering ist und der
Betriebszustand unstabil ist.
Das Niedrigdruck-Kraftstoffzuführsystem kann nicht bzw. darf
nicht notwendigerweise das Wasserstoffgas direkt in den
Zylinder zuführen, kann das Wasserstoffgas jedoch zu dem
Einlaßkanal zuführen.
Die Fig. 11 bis 13 zeigen eine dritte Ausführungsform gemäß
der Erfindung. Ein Motor dieser Ausführungsform ist ein
Rotationskolbenmotor ähnlich der ersten Ausführungsform und
demgemäß wird der Motor nicht durch Benennen gleicher Teile
mit gleichen Bezugszeichen beschrieben.
Bei einem Zwischengehäuse 3 dieses Motors ist eine Wasser
stofföffnung 8 desselben Typs wie die Hochdruck-Wasserstoff
öffnung bei der ersten Ausführungsform ausgebildet, und zwar
unabhängig von einer Einlaßöffnung 7.
Ein System zum Zuführen des Wasserstoffgases als gasförmigen
Kraftstoff ist versehen mit einem Kraftstoffzuführrohr 71
zum Fördern des Wasserstoffgases von einem MH-Tank 20. Ent
lang des Kraftstoffzuführrohres 71 ist eine Druckeinstell
einrichtung 72 angeordnet zum Einstellen des Druckes des von
dem MH-Tank 20 zugeführten Wasserstoffgases auf etwa
5,065×105 N/m2 (3,039×105 N/m2 bis 7,091 N/m2) (bzw. 5 atm (3 bis
7 atm)). Das Kraftstoffzuführrohr 71 verzweigt sich in ein
erstes und ein zweites Kraftstoffzuführrohr 73 bzw. 74, und
zwar stromabgelegen von der Druckeinstelleinrichtung 72.
Das erste Kraftstoffzuführrohr bildet ein Kraftstoffzuführ
system zur Verwendung in einer Hochinduktionszone, bei der
eine große Luftmenge in den Zylinder gelassen wird, und ist
versehen mit einem ersten Kraftstoffmengeneinstellmechanis
mus zum Steuern einer Menge an zuzuführendem gasförmigem
Kraftstoff, und zwar durch Verändern einer Strömungsfläche.
Das zweite Kraftstoffzuführrohr 64 bildet ein Kraftstoff
zuführsystem zur Verwendung in einer Niedriginduktionszone,
wobei eine geringe Luftmenge in den Zylinder zugelassen
wird, und ist versehen mit einem zweiten Kraftstoffmengen
einstellmechanismus zum Steuern des zuzuführenden gasförmi
gen Kraftstoffes, und zwar durch Verändern einer Öffnungs
zeitspanne eines elektromagnetischen Kraftstoffeinspritzven
tils. Der erste und der zweite Kraftstoffmengeneinstell
mechanismus sind parallel zu der Wasserstofföffnung 8 an
geordnet und angeschlossen.
Der erste Kraftstoffmengeneinstellmechanismus enthält ein
Strömungssteuerventil 75 und ein Zeitgabeventil 26, welches
stromabgelegen von dem Ventil 75 angeordnet ist. Eine
stromabgelegene Seite des Zeitgabeventils 26 ist mit einem
kanaldefinierenden Element 35 verbunden, welches sich zu der
Wasserstofföffnung 8 erstreckt. Das Strömungssteuerventil
75 weist auf ein Nutz- bzw. Tastverhältnis-Solenoidventil,
ein Proportional-Solenoidventil oder dergleichen auf, um die
Strömungsfläche bzw. die Strömungsquerschnittsfläche des er
sten Kraftstoffrohrs 73 kontinuierlich zu steuern.
Da das Zeitgabeventil 26 und das Durchgangs- bzw. das kanaldefi
nierende Element 35 ähnlich sind wie bei der ersten Ausfüh
rungsform, werden diese Elemente nicht beschrieben, wobei
diese Elemente in den Fig. 12 und 13 die gleichen Bezugs
ziffern haben wie in den Fig. 2 und 3.
Andererseits ist der zweite Kraftstoffmengeneinstellmecha
nismus versehen mit einer Einspritzeinrichtung 80, welche
ein elektromagnetisches Kraftstoffeinspritzventil ist. Eine
Einspritzzeitspanne und eine Einspritzzeitgabe bzw. ein
Einspritzzeitpunkt dieser Einspritzeinrichtung 80 werden
gesteuert gemäß einem Einspritzimpuls von der ECU 81. Die
Menge an zuzuführendem Wasserstoffgas wird gesteuert durch
Verändern der Einspritzzeitspanne und der Kraftstoff wird
bei einem spezifizierten Zeitpunkt synchron zur Betätigung
bzw. zum Betrieb des Motors eingespritzt. Bei dem darge
stellten Beispiel sind zwei Einspritzventile 80 für den
vorderen und den hinteren Zylinder vorgesehen. Diese Ein
spritzeinrichtungen 80 sind an einem Gehäuse montiert, um
den Kraftstoff in einen Kanal zu injizieren bzw. zu sprit
zen, der in dem Element 35 ausgebildet ist. Weiterhin ist
ein stromabliegendes Ende des zweiten Kraftstoffzuführrohrs
74 mit den Einspritzeinrichtungen 80 verbunden.
Der erste und der zweite Kraftstoffmengeneinstellmechanismus
werden von einer Steuereinrichtung gesteuert, die eine Steu
ereinheit (ECU) 81 aufweist. Der ECU 81 werden eingegeben
ein Sensorsignal von einem Motorgeschwindigkeitssensor 82
zum Erfassen der Motorgeschwindigkeit bzw. der Motorumdre
hungszahl, ein Sensorsignal von einem Beschleunigungssensor
83 zum Erfassen eines Betätigungsmaßes eines Beschleuni
gungs- bzw. Gaspedals, ein Sensorsignal von einem Drucksen
sor 84 zum Erfassen des Druckes in dem Kraftstoffzuführrohr
71 stromabwärts von der Druckeinstelleinrichtung 72, und
ähnliche Signale. Die ECU 81 sendet ein Steuersignal an das
Strömungssteuerventil 75 und die Einspritzeinrichtungen 80.
Da die Öffnung eines Drosselventils 12 elektrisch gemäß dem
Betätigungsmaß des Gaspedals gesteuert wird, jedenfalls bei
dem erläuterten Beispiel, wird auch ein Steuersignal an eine
Betätigungseinrichtung 13 für das Drosselventil 12 gesendet.
Die ECU 81 führt eine Steuerung gemäß einem später zu be
schreibenden Flußdiagramm aus, wodurch die Steuereinrichtung
gebildet wird zum Betätigen nur des zweiten Kraftstoffmen
geneinstellmechanismus in der Niedriginduktionszone des
Motors, wohingegen zumindest der erste Kraftstoffmengenein
stellmechanismus in der Hochinduktionszone des Motors betä
tigt wird.
Fig. 14 zeigt spezielle Beispiele von Öffnungs- und Schließ
zeitpunkten der Einlaßöffnung 7, der Wasserstofföffnung 8
und des Zeitgabeventils 26 und des Einspritzzeitpunktes der
Einspritzeinrichtungen 80. Die Öffnungs- und Schließzeit
punkte (IP, HP, TV) der Einlaßöffnung 7, der Wasserstofföff
nung 8 bzw. des Zeitgabeventils 26 sind ähnlich dem in Fig.
5 gezeigten Beispiel.
Die Einspritzeinrichtungen 80 spritzen den Kraftstoff zu den
spezifizierten Zeitpunkten und nur für eine Zeitspanne ent
sprechend dem Impulssignal ein, wie es angedeutet ist durch
die Bezugsziffer INJ und durch die schräge Linie bzw. die
schraffierte Fläche in Fig. 14. Die Einspritzzeitspanne
verändert sich, wie es durch die feste und die gestrichelte
Linie gezeigt ist, und zwar entsprechend zu einer Verände
rung der Impulsdauer des Einspritzimpulses gemäß dem
Betriebszustand, wodurch die einzuspritzende Kraftstoffmenge
gesteuert wird. Es ist wünschenswert, eine asynchrone
Kraftstoffeinspritzung INJ′ auszuführen, wie es durch die
unterbrochene Linie in Fig. 14 gezeigt ist, und zwar während
der Beschleunigung zusätzlich zu der Kraftstoffeinspritzung
bei der spezifizierten Zeit.
Fig. 15 zeigt graphisch eine Einstellung von Zonen, die in
einer später zu beschreibenden Steuerung zu unterscheiden
sind. In dieser Figur ist die Zone C eine Zone, in der der
zweite Kraftstoffmengeneinstellmechanismus betrieben wird.
Die Zone C ist unterhalb einer Unterscheidungslinie angeord
net, d. h. eine geringere Menge an Luft wird in den Zylinder
in der Zone C zugelassen als bei irgendeinem Punkt auf bzw.
über der Unterscheidungslinie. Weiterhin ist die Zone D
eine Zone, in der der erste Kraftstoffmengeneinstellmecha
nismus betrieben wird. Die Zone D ist über der Unterschei
dungs- bzw. Trennlinie angeordnet, d. h. eine größere Menge
an Luft wird in den Zylinder in der Zone D eingelassen als
bei irgendeinem Punkt auf bzw. unter der Unterscheidungs
linie.
Fig. 16 zeigt ein Beispiel einer von der ECU 81 ausgeführten
Wasserstoffgaszuführsteuerung. Bei diesem Flußdiagramm
werden bei Beginn der Steuerung die Motorgeschwindigkeit und
das Betätigungsmaß des Gaspedals im Schritt S21 als Einga
beinformation gelesen und es wird unterschieden, ob ein
aktueller bzw. vorliegender Betriebszustand in der Zone C in
Fig. 15 liegt, und zwar im Schritt S22 auf der Grundlage der
Eingabeinformation. Wenn der aktuelle Betriebszustand in
der Zone C liegt, wird das Strömungssteuerventil 75 steuer
bar vollständig geschlossen, um dadurch den Betrieb des
ersten Kraftstoffmengeneinstellmechanismus zu beenden und an
die Einspritzeinrichtungen 80 wird der Einspritzimpuls ange
legt, um dadurch den zweiten Kraftstoffmengeneinstellmecha
nismus zu betreiben. In diesem Fall wird die Kraftstoff
zuführmenge gesteuert durch Einstellen der Impulsdauer des
Einspritzimpulses, und zwar gemäß dem Betriebszustand oder
dergleichen.
Wenn der vorliegende Betriebszustand außerhalb der Zone C
liegt, wird das Anlegen des Injektions- bzw. Einspritzimpul
ses an die Einspritzeinrichtungen 80 beendet, um dadurch den
Betrieb des zweiten Kraftstoffmengeneinstellmechanismus zu
beenden, und das Strömungssteuerventil 75 wird geöffnet, um
dadurch den ersten Kraftstoffmengeneinstellmechanismus zu
betreiben. In diesem Fall wird die Kraftstoffzuführmenge
gesteuert durch Steuern der Öffnung bzw. des Öffnungsgrades
des Strömungssteuerventils 75.
Mit dem so aufgebauten Kraftstoffzuführgerät dieser Ausfüh
rungsform werden die Einspritzeinrichtungen 80 des zweiten
Kraftstoffmengeneinstellmechanismus in einem Bereich niedri
ger bzw. geringer Motorgeschwindigkeit betrieben, um die
Kraftstoffzuführmenge zu steuern. In diesem Fall berechnet
die ECU 81 die Impulsdauer des Einspritzimpulses, um ein
Gegengewicht zu bilden zu der erforderlichen Luftmenge, und
die Einspritzeinrichtungen 80 injizieren den Kraftstoff nur
für die Periode bzw. Zeitspanne, die dieser Impulsdauer
entspricht. Demgemäß kann die Kraftstoffzuführmenge genau
gesteuert werden. Da die Kraftstoffzuführmenge in der Nied
riginduktionszone gering ist, kann die erforderliche Menge
an Wasserstoffgas selbst dann zugeführt werden, wenn das
Wasserstoffgas über die Einspritzeinrichtungen 80 zugeführt
wird. In der Hochinduktionszone wird andererseits zumindest
der erste Kraftstoffmengeneinstellmechanismus betrieben, und
zwar durch Öffnen des Strömungssteuerventils 75. In diesem
Fall wird die Kraftstoffzuführmenge gesteuert, und die Strö
mungsfläche bzw. der Strömungsbereich wird eingestellt mit
tels des Strömungssteuerventils 75. Die Genauigkeit der
Kraftstoffzuführsteuereinrichtung, die erhalten wird unter
Verwendung des Strömungssteuerventils 75 ist geringer als
jene, die erhalten wird unter Verwendung der Einspritzein
richtungen 80, die Kraftstoffzuführsteuerung kann jedoch in
der Hochinduktionszone hinreichend geeignet ausgeführt wer
den, in der die größere Menge an Kraftstoff zugeführt wird,
da ein Fehler relativ klein wird. Unter Verwendung des
zweiten Kraftstoffmengeneinstellmechanismus kann eine große
Kraftstoffmenge zugeführt werden, um ein Gegengewicht zu
bilden zu einer großen Luftmenge.
In der Hochinduktionszone kann nur der erste Kraftstoffmen
geneinstellmechanismus betrieben werden, der zweite Kraft
stoffmengeneinstellmechanismus kann jedoch zusätzlich zu dem
ersten Kraftstoffmengeneinstellmechanismus betrieben werden,
wie es im Schritt S24 des obigen Diagrammes angedeutet ist.
Bei dieser Anordnung kann die Genauigkeit der Kraftstoffzu
führsteuerung in der Hochinduktionszone verbessert werden,
wenn die Einspritzeinrichtungen 80 verwendet werden, um die
Kraftstoffzuführmenge fein einzustellen, und zwar unter
Veranlassen, daß der erste Kraftstoffmengeneinstellmechanis
mus die erforderliche Kraftstoffmenge zuführt, während der
zweite Kraftstoffmengeneinstellmechanismus beispielsweise
veranlaßt wird, eine Rückkopplungskorrektur auszuführen.
Weiterhin kann das Ansprechverhalten bzw. die Antwort der
Kraftstoffzuführsteuerung erzielt werden, wenn der Kraft
stoff asynchron eingespritzt wird unter Verwendung des zwei
ten Kraftstoffmengeneinstellmechanismus, und zwar während
der Beschleunigung, wie es durch die unterbrochene Linie in
Fig. 14 angedeutet ist.
Das Kraftstoffzuführgerät gemäß der dritten Ausführungsform
ist nicht nur anwendbar auf den Rotationskolbenmotor, son
dern auch auf einen Hubkolbenmotor.
Weiterhin ist der Kraftstoff, der in dem Gaskraftstoffmotor
gemäß der Erfindung verwendet wird, nicht auf Wasserstoffgas
begrenzt, sondern es kann auch Stadtgas, erhalten durch
Mischen von Wasserstoffgas mit Butangas und dergleichen
wirksam als derartiger Kraftstoff verwendet werden.
Claims (11)
1. Kraftstoffzuführgerät zur Verwendung bei einem
Gaskraftstoffmotor, der einen Zylinder aufweist, mit
einem Einlaßkanal (11) mit einer Einlaßöffnung (7), die sich zu dem Zylinder öffnet und ausgelegt ist zum Zu führen von Luft in den Zylinder;
einer Kraftstoffzuführeinrichtung zum Zuführen von gasförmigem Kraftstoff in den Zylinder, wobei die Kraftstoffzuführeinrichtung ein Hochdruck-Kraftstoff zuführsystem (8, 22, 24, 25, 26; 62, 64, 66, 68; 8, 73, 75, 26) zur Verwendung in einer Hochinduktionszone (B; B; D), in der eine größere Luftmenge in den Zylinder gelassen wird, und ein Niedrigdruck-Kraftstoffzuführ system (9, 23, 27, 28; 63, 65, 67, 68; 8, 74, 80) zur Verwendung in einer Niedriginduktionszone aufweist, in der eine geringere Menge an Luft in den Zylinder gelas sen wird;
wobei das Hochdruck-Kraftstoffzuführsystem (8, 22, 24, 25, 26; 62, 64, 66, 68; 8, 73, 75, 26) eine Hochdruck- Kraftstoffzuführöffnung (8; 56; 8) hat, die sich un abhängig von der Einlaßöffnung (7) zu dem Zylinder öffnet und ausgelegt ist zum Zuführen einer größeren Menge an gasförmigem Kraftstoff in den Zylinder mit einem Druck, der höher ist als ein Druck in dem Zylin der während einer ersten Hälfte des Kompressionstaktes, der einem Lufteinlaßtakt des Motors folgt;
wobei das Niedrigdruck-Kraftstoffzuführsystem (9, 23, 27, 28; 63, 65, 67, 68; 8, 74, 80) ausgelegt ist zum Zuführen einer kleineren Menge an Kraftstoff in den Zylinder bei einer feineren Einstellskala als das Hoch druck-Kraftstoffzuführsystem (8, 22, 24, 25, 26; 62, 64, 66, 68; 8, 73, 75, 26); und
einer Steuereinrichtung (30; 81) zum Steuern der Betä tigung der jeweiligen Kraftstoffzuführsysteme gemäß einem Betriebszustand des Motors.
einem Einlaßkanal (11) mit einer Einlaßöffnung (7), die sich zu dem Zylinder öffnet und ausgelegt ist zum Zu führen von Luft in den Zylinder;
einer Kraftstoffzuführeinrichtung zum Zuführen von gasförmigem Kraftstoff in den Zylinder, wobei die Kraftstoffzuführeinrichtung ein Hochdruck-Kraftstoff zuführsystem (8, 22, 24, 25, 26; 62, 64, 66, 68; 8, 73, 75, 26) zur Verwendung in einer Hochinduktionszone (B; B; D), in der eine größere Luftmenge in den Zylinder gelassen wird, und ein Niedrigdruck-Kraftstoffzuführ system (9, 23, 27, 28; 63, 65, 67, 68; 8, 74, 80) zur Verwendung in einer Niedriginduktionszone aufweist, in der eine geringere Menge an Luft in den Zylinder gelas sen wird;
wobei das Hochdruck-Kraftstoffzuführsystem (8, 22, 24, 25, 26; 62, 64, 66, 68; 8, 73, 75, 26) eine Hochdruck- Kraftstoffzuführöffnung (8; 56; 8) hat, die sich un abhängig von der Einlaßöffnung (7) zu dem Zylinder öffnet und ausgelegt ist zum Zuführen einer größeren Menge an gasförmigem Kraftstoff in den Zylinder mit einem Druck, der höher ist als ein Druck in dem Zylin der während einer ersten Hälfte des Kompressionstaktes, der einem Lufteinlaßtakt des Motors folgt;
wobei das Niedrigdruck-Kraftstoffzuführsystem (9, 23, 27, 28; 63, 65, 67, 68; 8, 74, 80) ausgelegt ist zum Zuführen einer kleineren Menge an Kraftstoff in den Zylinder bei einer feineren Einstellskala als das Hoch druck-Kraftstoffzuführsystem (8, 22, 24, 25, 26; 62, 64, 66, 68; 8, 73, 75, 26); und
einer Steuereinrichtung (30; 81) zum Steuern der Betä tigung der jeweiligen Kraftstoffzuführsysteme gemäß einem Betriebszustand des Motors.
2. Kraftstoffzuführgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Nied
rigdruck-Kraftstoffzuführsystem (9, 23, 27, 28; 63, 65,
67, 68; 8, 74, 80) den gasförmigen Kraftstoff dem Zy
linder bei einem Druck zuführt, der geringer ist als
einer, bei dem der Kraftstoff durch das Hochdruck-
Kraftstoffzuführsystem (8, 22, 24, 25, 26; 62, 64, 66,
68; 8, 73, 75, 26) zugeführt wird, und zwar während des
Lufteinlaßtaktes, und wobei die Steuereinrichtung (30;
81) zumindest das Niedrigdruck-Kraftstoffzuführsystem
(9, 23, 27, 28; 63, 65, 67, 68; 8, 74, 80) in der Nied
riginduktionszone (A; A1, A2; C) des Motors betreibt,
während in der Hochinduktionszone (B; B; D) des Motors
nur das Hochdruck-Kraftstoffzuführsystem (8, 22, 24,
25, 26; 62, 64, 66, 68; 8, 73, 75, 26) betrieben wird.
3. Kraftstoffzuführgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Nied
rigdruck-Kraftstoffzuführsystem (9, 23, 27, 28; 63, 65,
67, 68; 8, 74, 80) eine Niedrigdruck-Kraftstoffzuführ
öffnung (9) aufweist, die sich direkt zu dem Zylinder
öffnet und gemäß der Betätigung bzw. dem Betrieb des
Motors geöffnet und geschlossen wird, und wobei die
Niedrigdruck-Kraftstoffzuführöffnung (9) geöffnet ist,
während die Einlaßöffnung (7) geöffnet ist.
4. Kraftstoffzuführgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor
ein Rotationskolbenmotor mit einem Zylinder ist, der
durch zwei Seitengehäuse (2, 3) und ein Rotorgehäuse
(1) definiert ist, welches sandwichartig von den zwei
Seitengehäusen (2, 3) eingeschlossen ist, und einem
Rotor (4), der auf einer exzentrischen Welle (5) mon
tiert ist, wobei die Einlaßöffnung (7) und die Hoch
druck-Kraftstoffzuführöffnung (8) an einem (3) der
zwei Seitengehäuse (2, 3) vorgesehen sind und die Nied
rigdruck-Kraftstoffzuführöffnung (9) an dem entgegenge
setzten Seitengehäuse (2) vorgesehen ist.
5. Kraftstoffzuführgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steu
ereinrichtung (30) in der Niedriginduktionszone (A1)
des Motors nur das Niedrigdruck-Kraftstoffzuführsystem
(9, 23, 27, 28; 63, 65, 67, 68; 8, 74, 80) betätigt
bzw. betreibt und in einer mittleren Zone (A2) des
Motors, in der eine mittlere Luftmenge in den Zylinder
gelassen wird, sowohl das Niedrigdruck-Kraftstoffzu
führsystem (9, 23, 27, 28; 63, 65, 67, 68; 8, 74, 80)
als auch das Hochdruck-Kraftstoff-Zuführsystem (8, 22,
24, 25, 26; 62, 64, 66, 68; 8, 73, 75, 26) betätigt,
und in der Hochinduktionszone (B) des Motors das Hoch
druck-Kraftstoffzuführsystem (8, 22, 24, 25, 26; 62,
64, 66, 68; 8, 73, 75, 26) betätigt.
6. Kraftstoffzuführgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steu
ereinrichtung (30) nur das Niedrigdruck-Kraftstoffzu
führsystem (9, 23, 27, 28; 63, 65, 67, 68; 8, 74, 80)
betätigt, wenn der Motor gestartet oder gestoppt wird.
7. Kraftstoffzuführgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Hoch
druck-Kraftstoffzuführsystem (8, 22, 24, 25, 26; 62,
64, 66, 68; 8, 73, 75, 26) eine erste Kraftstoffmengen
einstelleinrichtung (75, 26) aufweist zum Einstellen
der Menge an zuzuführenden gasförmigem Kraftstoff durch
Verändern einer Strömungsfläche, wobei das Niedrig
druck-Kraftstoffzuführsystem (9, 23, 27, 28; 63, 65,
67, 68; 8, 74, 80) eine zweite Kraftstoffmengenein
stelleinrichtung (80) aufweist, die ein elektromagneti
sches Kraftstoffeinspritzventil (80) verwendet, um die
Menge an zuzuführenden gasförmigem Kraftstoff einzu
stellen durch Verändern einer Öffnungszeitspanne des
Kraftstoffeinspritzventils (80), und wobei die Steuer
einrichtung (81) in der Niedriginduktionszone (C) des
Motors nur die zweite Kraftstoffmengeneinstelleinrich
tung (80) betreibt und in der Hochinduktionszone (D)
des Motors zumindest die erste Kraftstoffmengenein
stelleinrichtung (75, 26) betätigt.
8. Kraftstoffzuführgerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die erste
Kraftstoffmengeneinstelleinrichtung (75, 26) und die
zweite Kraftstoffmengeneinstelleinrichtung (80) beide
in der Hochinduktionszone (D) des Motors betätigt wer
den.
9. Kraftstoffzuführgerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Steu
ereinrichtung (81) die Kraftstoffzuführmenge korrigiert
durch Veranlassen, daß die zweite Kraftstoffmengenein
stelleinrichtung (80) den Kraftstoff während der Be
schleunigung asynchron einspritzt.
10. Kraftstoffzuführgerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Hoch
druck-Kraftstoffzuführsystem (8, 22, 24, 25, 26; 62,
64, 66, 68; 8, 73, 75, 26) und das Niedrigdruck-Kraft
stoffzuführsystem (9, 23, 27, 28; 63, 65, 67, 68; 8,
74, 80) jeweils den Kraftstoff zu bestimmten Zeitpunk
ten synchron zu der Betätigung bzw. dem Betrieb des
Motors zuführen.
11. Kraftstoffzuführgerät nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Hoch
druck-Kraftstoffzuführsystem (8, 22, 24, 25, 26; 62,
64, 66, 68; 8, 73, 75, 26) ein mechanisches Zeitgabe
ventil (26) aufweist, welches synchron zu einer Motor
ausgangswelle bewegt wird.
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