DE4342664A1 - Brennstoffeinspritzsystem für eine Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf ein Brennstoffeinspritzsystem für einen mit interner Ver­ brennung arbeitenden Motor, im folgenden auch als Brenn­ kraftmaschine bezeichnet. Insbesondere ist die Erfindung auf ein Brennstoffeinspritzsystem gerichtet, das zur Rege­ lung der Menge von eingeführter Luft bzw. Ansaugluft, die von einem stromauf eines Drosselventils gelegenen Abschnitt eines Einlaßkanals bzw. einer Ansaugpassage zu einem für jeden Zylinder vorgesehenen Brennstoffeinspritzventil ge­ führt wird, und der Zeitgabe oder dem Zeitpunkt dient, mit der bzw. zu dem die eingeführte Ansaugluft dem Brennstoffeinspritzventil zur Optimierung der Zerstäubung des durch das Brennstoffeinspritzventil eingespritzten Brennstoffs über einen großen Maschinenbetriebsbereich stoßförmig zugeführt wird.

In der japanischen zweiten Patentveröffentlichung (B2) Nr. 57-54624 ist ein verbessertes Brennstoffeinspritzsystem beschrieben, das ein Luftsteuerventil enthält, das zur Zu­ führung eines Teils der im wesentlichen unter atmosphäri­ schem Druck stehenden Ansaugluft stromauf eines in einem Ansaugluftkanal montierten Drosselventils zu einer Ein­ spritzdüse eines Brennstoffeinspritzventils über einen Luftkanal unter Umgehung des Ansaugluftkanals ausgelegt ist. Das Steuerventil wird synchron mit einem Betrieb des Brennstoffeinspritzventils geöffnet, wenn das Drosselventil etwas geschlossen ist, so daß der Teil der Ansaugluft um die Einspritzdüse herum ausgestoßen bzw. stoßförmig einge­ blasen wird, um sich mit dem durch das Brennstoffeinspritz­ ventil eingespritzten Brennstoff zur Förderung der Zerstäu­ bung des eingespritzten Brennstoffs zu mischen.

Bei dieser Ausgestaltung wird der durch das Brennstoff­ einspritzventil eingespritzte Brennstoff selbst dann aus­ reichend zerstäubt, wenn die Strömungsgeschwindigkeit der Ansaugluft in einer Einlaßöffnung der Maschine relativ niedrig ist, wie es beispielsweise während der Leerlaufbe­ triebsarten des Maschinenbetriebs der Fall ist, wodurch die Verbrennungsbedingungen des Luft/Brennstoff-Gemisches in einer Brennkammer der Maschine unter Verringerung der Menge der in den Abgasen enthaltenen schädlichen Emissionspro­ dukte wie etwa Kohlenwasserstoffen (HC) oder Kohlenmonoxid (CO) verbessert werden. In der nachfolgenden Beschreibung wird die vorstehend erläuterte Luftmischeinrichtung als ein zeitlich gesteuertes Luftmischsystem bezeichnet.

Um die in den letzten Jahren ständig strenger werdenden Abgasvorschriften für Brennkraftmaschinen von Kraftfahrzeu­ gen zu erfüllen, werden in der Praxis auch Brennstoffein­ spritzsysteme mit individueller Einspritzung eingesetzt, die für jeden Zylinder einer Maschine mit mehreren Zylin­ dern jeweils ein Brennstoffeinspritzventil besitzen. Bei einer Kombination des zeitlich gesteuerten Luftmischsystems und des Brennstoffeinspritzsystems mit individueller Ein­ spritzung wurde vorgeschlagen, ein einziges Luftsteuerven­ til vorzusehen, das zur Verteilung eines Teils der Ansaugluft auf die in den Einlaßöffnungen von Zylindern der Maschine montierten Brennstoffeinspritzventile über Ansaugluftkanäle bzw. unter Umgehung einer zu den Einlaßöffnungen führenden Ansaugluftpassage (Ansaugluftkanal) in Übereinstimmung mit der Zünd­ zeitsteuerung jedes Zylinders, d. h. bei jedem Zyklus eines Kurbelwellenwinkels von 180° im Fall einer Maschine mit vier Zylindern ausgelegt ist.

Ein solches herkömmliches Luftsteuerventil des zeitlich gesteuerten Luftmischsystems besitzt jedoch aus den nach­ stehend erläuterten Gründen Nachteile. Wenn die Maschine bei einer relativ niedrigen Umgebungstemperatur, beispiels­ weise unterhalb 0°C, gestartet wird, ist es notwendig, die Einspritzzeitdauer, während der ein Brennstoffeinspritzven­ til offen ist, über einen Kurbelwellenwinkel von 180° hin­ aus zu vergrößern, um eine stabile Zündung sicherzustellen, da die Verdampfbarkeit des Brennstoffs sich bei einer Ab­ nahme der Temperatur in der Maschine verschlechtert. Wenn daher der Motor bei niedriger Temperatur angelassen wird, wird den Brennstoffeinspritzventilen während eines oberhalb des Kurbelwellenwinkels von 180° liegenden Abschnitts der Einspritzzeitdauer keine Ansaugluft über das Luftsteuerven­ til zugeführt, wodurch das Ausmaß der Zerstäubung des durch die Brennstoffeinspritzventile eingespritzten Brennstoffs erheblich verringert ist. Dies führt dazu, daß in den Abga­ sen verbleibende schädliche Emissionsprodukte in uner­ wünschtem Maß erhöht werden.

Es ist daher eine hauptsächliche Aufgabe der vorliegen­ den Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Brennstoffeinspritzsystem zu schaffen, das zur Regelung der Ansaugluftmenge, die von einem stromauf eines Drosselventils liegenden Abschnitt eines Ansaugkanals zu einem für jeden bzw. jeweils einen Zylinder vorgesehenen Brennstoffeinspritzventil zugeführt wird, sowie der Zeitga­ be oder des Zeitpunktes, mit der bzw. zu dem die einge­ führte Ansaugluft zu den Brennstoffeinspritzventilen ausge­ stoßen wird, ausgelegt ist, um die Zerstäubung des durch die Brennstoffeinspritzventile eingespritzten Brennstoffs über einen breiten Maschinenbetriebsbereich zu optimieren.

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Brennstoffeinspritzsystem für eine Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern geschaffen, das eine Mehrzahl von Brenn­ stoffeinspritzventilen, die jeweils zur Einspritzung von Brennstoff in eine Einlaß- oder Ansaugöffnung jedes Zylin­ ders der Maschine ausgelegt sind, eine Luftpassage bzw. einen Luftkanal, der mit einem Abschnitt eines zu den Einlaßöffnungen führenden Ansaugluftkanals bzw. Lufteinlaßkanals verbunden ist, eine Mehrzahl von Verzweigungsluftkanälen, die jeweils mit einem vorab gewählten bzw. festgelegten Abschnitt um eine Einspritzdüse jedes Brennstoffeinspritzventils herum kommunizieren, eine Luftsteuerventileinrichtung, die zwischen den Luftkanal und die Mehrzahl von Verzweigungsluftkanälen eingefügt ist und zum selektiven Ein- bzw. Zuführen eines Teils der Ansaugluft in dem Ansaugluftkanal zu den vorab festgelegten Abschnitten um die Einspritzdüsen der Brennstoffeinspritzventile herum dient sowie zur selektiven Einnahme erster und zweiter Ventilpositionen ausgelegt ist, wobei die erste Ventilposition zur Schaffung von aufeinanderfolgenden Verbindungen zwischen dem Luftkanal und den Verzweigungsluftkanälen entsprechend der Drehung der Maschine und die zweite Ventilposition zur Schaffung einer Verbindung zwischen dem Luftkanal und allen Verzwei­ gungsluftkanälen dient, und eine Steuereinrichtung zur Ab­ gabe eines Steuersignals an die Luftsteuerventileinrichtung zur Umschaltung von der ersten Ventilposition in die zweite Ventilposition dann, wenn eine vorab ausgewählte bzw. fest­ gelegte Brennstoff-Einspritzbedingung erfüllt ist, auf­ weist.

In der bevorzugten Ausführungsart enthält die Luftsteu­ erventileinrichtung ein Drehelement, das zur Drehung bezüg­ lich seiner Drehachse zur Schaffung bzw. Einstellung der ersten Ventilposition, bei der der Luftkanal aufeinander­ folgend mit den Verzweigungsluftkanälen entsprechend der Drehung der Maschine kommuniziert, und zur Bewegung in ei­ ner Richtung parallel zu der Drehachse ausgelegt ist, um die zweite Ventilposition zu schaffen bzw. einzunehmen, bei der der Luftkanal mit allen Verzweigungskanälen kommuni­ ziert. Die Steuereinrichtung gibt das Steuersignal an die Luftsteuerventileinrichtung zur Bewegung des Drehelements in der parallel zu der Drehachse verlaufenden Richtung ab, wenn eine Brennstoffeinspritzmenge erforderlich ist, die größer ist als ein vorab ausgewählter bzw. festgelegter, d. h. vorbestimmter Wert.

Zusätzlich enthält die Luftsteuereinrichtung eine Betä­ tigungseinrichtung, im folgenden als Betätigungselement be­ zeichnet, die bzw. das auf das Steuersignal der Steuerein­ richtung anspricht, um eine mit dem Drehelement verbundene Drehwelle in der Richtung parallel zu der Drehachse des Drehelements für die Einnahme der zweiten Ventilposition zu verschieben, wenn eine Öffnungszeitdauer, während der die Brennstoffeinspritzventile offen sind, länger wird als ein vorgewählter bzw. vorbestimmter Wert.

Das Luftsteuerventil enthält weiterhin ein Gehäuse, das eine Mehrzahl von ersten Öffnungen, die jeweils mit den Verzweigungsluftkanälen verbunden sind, und eine mit dem Luftkanal verbundene zweite Öffnung besitzt. Das Drehele­ ment besitzt eine Öffnung, die zur Herstellung einer Über­ einstimmung mit zumindest einem der Verzweigungsluftkanäle entsprechend der Drehung des Motors bei der ersten Ventil­ position ausgelegt ist. Das Drehelement wird in der Rich­ tung parallel zu der Drehachse des Drehelements verschoben, so daß sich die Öffnung in der zweiten Ventilposition aus der Übereinstimmung bzw. übereinstimmenden Lage mit allen Verzweigungsluftkanälen herausbewegt.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungs­ beispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher be­ schrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht des gesamten Aufbaus eines Brennstoffeinspritzventils für eine Brennkraftmaschi­ ne mit mehreren Zylindern in Übereinstimmung mit der vor­ liegenden Erfindung,

Fig. 2 eine Querschnittsansicht eines Brennstoffein­ spritzventils und einer Ansaugluftöffnung bzw. Luftein­ laßöffnung jedes Zylinders der Maschine,

Fig. 3 eine Querschnittsansicht eines Luftsteuerventils in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung,

Fig. 4 eine Querschnittsansicht, in der Verbindungen zwischen Verzweigungsluftmischleitungen bzw. -pfaden, die jeweils zu einer Einlaßöffnung jedes Zylinders führen, und einer Luftmischleitung bzw. einem Luftmischpfad, die bzw. der mit einem stromauf eines Drosselventils befindlichen Abschnitt eines Ansaugluftkanals verbunden ist, dargestellt sind,

Fig. 5 eine Querschnittsansicht, die ein in Überein­ stimmung mit der vorliegenden Erfindung stehendes Luftsteu­ erventil zeigt, wobei ein Rotor in eine Position vorge­ spannt ist, bei der eine Kommunikation zwischen allen Ver­ zweigungsluftmischpfaden, die jeweils zu einer Einlaßöff­ nung jedes Zylinders führen, und einem Luftmischpfad, der mit einem stromauf eines Drosselventils befindlichen Ab­ schnitt eines Lufteinlaßkanals (Ansaugluftkanals) verbunden ist, hergestellt ist,

Fig. 6 eine Querschnittsansicht, die ein solenoidbetä­ tigtes Betätigungselement zeigt, das einen Rotor eines Luftsteuerventils in dessen axialer Richtung verschiebt,

Fig. 7 ein Ablaufdiagramm eines Programms bzw. einer Programmfolge oder von logischen Schritten, die durch eine elektronische Steuereinheit eines erfindungsgemäßen Brenn­ stoffeinspritzventils durchgeführt wird bzw. werden, und

Fig. 8 eine graphische Darstellung der Beziehungen zwi­ schen Brennstoffeinspritz-Zeitintervallen, während der Brennstoffeinspritzventile für Zylinder #1, #3, #4 und #2 einer Maschine mit vier Zylindern geöffnet sind.

In den Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszahlen gleiche Teile.

Es wird nun insbesondere auf Fig. 1 Bezug genommen. Dort ist der gesamte Aufbau eines in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung stehenden Brennstoffeinspritz­ ventils für eine Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern gezeigt.

Die mehrzylindrige Brennkraftmaschine 1 besitzt eine Mehrzahl von Zylindern 9, von denen nur einer gezeigt ist und die jeweils einen Kolben 10 enthalten, eine in einem Zylinderkopf 11 definierte Verbrennungskammer 12, ein An­ saug- oder Einlaßventil 13, ein Ausstoß- oder Auslaßventil 14, eine Zündkerze 15, eine Einlaßöffnung 16, die zu der Verbrennungskammer 12 über das Einlaßventil 13 führt, ein Einlaßrohr 18, das von einem Druckausgleichstank (surge tank) 17 abzweigt und mit dem Einlaßventil 13 kommuniziert, und eine Ausstoß- oder Auslaßöffnung 19, die mit der Ver­ brennungskammer 12 über das Auslaßventil 14 kommuniziert.

In einem Lufteinlaßkanal (Lufteinlaßpassage) 20 strom­ auf des Druckausgleichstanks 17 sind ein Drosselventil 21, ein Luftströmungs- bzw. Luftdurchsatzmesser 22 und ein Luftreiniger bzw. Luftfilter 23 angeordnet. Die Auslaßöff­ nung 19 jedes Zylinders 9 ist mit einem gemeinsamen Auslaß­ rohr 24 verbunden, das zu einem katalytischen Wandler (Katalysator) 25 führt, der die Abgase reinigt. Das Zündsy­ stem der Maschine enthält eine Zündeinrichtung 26, die eine zur Erzeugung von Zündfunken bei den jeweiligen Zündkerzen 15 erforderliche Hochspannung erzeugt, und einen Verteiler 27 zum intermittierenden Verteilen bzw. Zuführen der durch die Zündeinrichtung 26 erzeugten Hochspannung zu der Zünd­ kerze 15 jedes Zylinders in Übereinstimmung mit der Dreh­ zahl einer nicht gezeigten Kurbelwelle der Maschine 1.

Das Brennstoffzuführsystem der Maschine enthält einen Brennstofftank 28, eine Brennstoffpumpe 29 zum Unterdruck­ setzen des Brennstoffs mit einem gewünschten Einspritz­ druckniveau sowie solenoidbetätigte (magnetspulenbetätigte) Brennstoffeinspritzventile 30, die jeweils in der Einlaß­ öffnung 16 angeordnet sind und eine Einspritzdüse bei ihrer Erregung öffnen. Das zeitlich gesteuerte Luftmischsystem 31 des Brennstoffeinspritzsystems enthält eine Luftmischlinie bzw. Luftmischleitung oder einen Luftmischpfad 32, ein Luftsteuerventil 33 und die Brennstoffeinspritzventile 30. Der Luftmischpfad 32 öffnet sich in einen Abschnitt des Lufteinlaßkanals 20 stromauf des Drosselventils 21. Das Luftsteuerventil 33 ist zur Verteilung der durch den Luft­ mischpfad 32 eingeführten Luft zu den Verzweigungsluft­ mischlinien bzw. -leitungen bzw. -pfaden 2a, 2b, 2c und 2d konstruktionsmäßig ausgelegt, die allgemein mit dem Bezugs­ zeichen 2 bezeichnet werden und jeweils zu den Zylindern führen.

Das Brennstoffeinspritzsystem enthält weiterhin eine elektronische Steuereinheit ECU 34, einen Temperatursensor 35 für die Einlaßluftkammer, einen Drosselpositionssensor 36, einen Leerlaufschalter 37, einen Temperatursensor 38 für die Kühlmitteltemperatur, einen Sauerstoffsensor 39 und einen Drehwinkelsensor 40. Der Einlaßluft-Temperatursensor 35 ist innerhalb des Luftströmungs- bzw. Luftdurchsatzmes­ sers 22 zum Messen der Temperatur der eingelassenen Luft angeordnet und gibt ein diese anzeigendes Signal an die elektronische Steuereinheit 34 ab. Der Drosselpositionssen­ sor 36 erfaßt einen Öffnungsgrad des Drosselventils 21 und gibt ein diesen anzeigendes Signal an die elektronische Steuereinheit 34 ab. Der Leerlaufschalter 37 erfaßt die voll geschlossene Position des Drosselventils 21 und gibt ein diese anzeigendes Signal an die elektronische Steuer­ einheit 34 ab. Der Kühlmitteltemperatursensor 38 ist in ei­ nem Wassermantel des Zylinderblocks 8 zur Bestimmung der Temperatur des Kühlmittels angeordnet und gibt ein diese anzeigendes Signal an die elektronische Steuereinheit 34 ab. Der Sauerstoffsensor 39 ist in dem Auslaßrohr 24 zur Messung der Konzentration des verbleibenden Sauerstoffs in dem Abgas montiert und führt der elektronischen Steuerein­ heit 34 ein diese Konzentration anzeigendes Signal zu. Der Drehwinkelsensor 40 besitzt die Form bzw. Ausgestaltung ei­ nes Drehzahlsensors, der ein den Drehwinkel anzeigendes Im­ pulssignal bei jeweils 1/24 Umdrehung einer Nockenwelle zum Antreiben des Verteilers 27, d. h. jeweils bei einem Kurbel­ wellenwinkel von 30° erzeugt. Die elektronische Steuerein­ heit 34 enthält eine Zentraleinheit CPU 34a, die mit einem Mikroprozessor ausgestattet bzw. durch diesen gebildet ist, einen Festwertspeicher ROM 34b, einen Direktzugriffsspei­ cher RAM 34c, eine Eingabe/Ausgabe-Schnittstelle 34d und eine gemeinsame Sammelleitung 34e, die diese Komponenten verbindet. Die elektronische Steuereinheit 34 spricht auf die Signale von den vorstehend angegebenen Sensoren an und schaltet die Steuerung des Luftmischsystems 31 gemäß einem gegebenen Betriebsprogramm. Eine Spannungsquelle oder Bat­ terie 34f ist für die elektronische Steuereinheit 34 vorge­ sehen.

Fig. 2 zeigt die Anordnung der Anbringung des Brenn­ stoffeinspritzventils 30 in der Einlaßöffnung 16 und einen Abschnitt um eine Einspritzdüse 43 des Brennstoffeinspritz­ ventils 30 herum.

Wie aus der Zeichnung ersichtlich ist, ist das Brenn­ stoffeinspritzventil 30 in einem tassenförmigen Sockel 42 eingesetzt und durch einen O-Ring hermetisch abgedichtet. Der Sockel 42 ist in einer Öffnung 41 der Einlaßöffnung 16 montiert. Das obere bzw. vordere Ende des Brennstoffein­ spritzventils 30 bildet die Einspritzdüse 43, die in einen schmäleren Sockel 44 eingesetzt ist, der in die Öffnung 41 eingepreßt ist. Das Ende des Verzweigungsluftmischpfads 2 kommuniziert mit einem Raum oder einer Kammer 45, die durch eine innere Wand des Sockels 42, den Sockel 44 und einen Abschnitt des in dem Sockel 42 eingefügten Brennstoffein­ spritzventils 30 definiert ist. Die Kammer 45 kommuniziert mit der Öffnung 41 über eine Mehrzahl von Luftdüsen 46, die in den Sockel 44 eingebohrt bzw. eingebracht sind, so daß die Luft in der Kammer 45 in einen Abschnitt der Einlaßöff­ nung 16 um die Einspritzdüse 43 herum ausgestoßen wird.

Der Aufbau des Luftsteuerventils 33 wird unter Bezug­ nahme auf die Fig. 3 bis 6 näher erläutert.

Fig. 3 zeigt das Luftsteuerventil 33 bei normalen Be­ triebszuständen der Maschine. Das Luftsteuerventil 33 ent­ hält ein zylindrisches Gehäuse 47 und einen zylindrischen Rotor 48. Der zylindrische Rotor 48 ist drehbar innerhalb des Gehäuses 47 angeordnet und weiterhin in einer Richtung parallel zu seiner Drehachse gleitend gelagert. Ein zwi­ schen einer inneren Oberfläche des zylindrischen Gehäuses 47 und einer äußeren Oberfläche des Rotors 48 definierter Spalt ist in einem Ausmaß abgedichtet bzw. versiegelt, das dem Rotor 48 die Drehung und das Gleiten entlang seiner Drehachse ermöglicht. In dem Rotor 48 ist eine bogenförmige Öffnung 49 ausgebildet, die über eine Umfangsoberfläche von ungefähr 90° reicht. Der Rotor 48 wird in Übereinstimmung mit der Drehzahl der Maschine angetrieben. Im Fall einer Viertaktmaschine (Viertaktmotor) ist der Rotor 48 über ei­ nen an dem Boden des Rotors angebrachten Eingangsschaft (Eingangswelle) 50 mit einer nicht gezeigten Nockenwelle der Maschine 1, die das Einlaßventil 13 und das Auslaßven­ til 14 antreibt, verbunden und wird synchron mit der Noc­ kenwelle gedreht.

Das gezeigte Luftsteuerventil 33 ist für eine Viertakt- Maschine mit vier Zylindern ausgelegt. Daher sind, wie in Fig. 4 gezeigt ist, vier Luftauslaßöffnungen in einer Um­ fangsoberfläche des zylindrischen Gehäuses 47 in regelmäßi­ gen Intervallen von 90° ausgebildet, die mit den Verzwei­ gungsluftmischpfaden 2a, 2b, 2c bzw. 2d kommunizieren. Der Rotor enthält in sich eine Kammer 51, die zu dem Luftmisch­ pfad 32 führt, der seinerseits mit dem stromauf des Dros­ selventils 21 befindlichen Abschnitt des Lufteinlaßkanals 20 verbunden ist, so daß ein Teil der durch den Luftströ­ mungsmesser 22 gemessenen eingelassenen Luft in das Luft­ steuerventil 33 eingeführt wird.

An dem Gehäuse 47 des Luftsteuerventils 33 ist ein zy­ lindrisches Gehäuse 53 eines Steuermechanismus bzw. einer Steuervorrichtung 52 angebracht. In dem Gehäuse 53 ist eine Scheibe 54 an der Eingangswelle 50 des Rotors 48 angebracht und wird durch einen Lagerabschnitt 55 drehbar gestützt, der ein Paar von Axialdrucklagern enthält, die mit beiden Oberflächen der Scheibe 54 in Eingriff stehen. Der Lagerab­ schnitt 55 ist in einer axialen Richtung gleitend durch ei­ ne Lagerbetätigungseinrichtung (Lagerbetätigungselement) 56 abgestützt. Trockenlager 57 und 58 sind in Öffnungen des zylindrischen Gehäuses 53 zum drehbaren Abstützen der Ein­ gangswelle 50 montiert. Es ist wünschenswert bzw. bevor­ zugt, daß das Lager 57 eine luftdichte Versiegelung be­ sitzt.

Die Lagerbetätigungseinrichtung 56 der Steuervorrichtung 52 spricht auf ein Steuersignal der elektronischen Steuereinheit 34 zur Erzeugung einer Axialdruckkraft bzw. Schubkraft mittels elektromagnetischer Kraft, Luftdruck oder hydraulischem Druck an, die ausreichend groß ist, um den Rotor 48 über den Lagerabschnitt 55, die Scheibe 54 und die Eingangswelle 50 in der axialen Richtung zwischen einer in Fig. 3 gezeigten Position, bei der die Öffnung 49 des Rotors 48 Fluidverbindungen zwischen dem Luftmischpfad 32 und den Verzweigungsluftmischpfaden 2a, 2b, 2c und 2d aufeinan­ derfolgend entsprechend der Drehung des Rotors 48 (im fol­ genden wird dieser Zustand als "sequentielle Verteilungsbe­ triebsart" bezeichnet) herstellt, und einer in Fig. 5 ge­ zeigten Position zu verschieben, bei der sich die Öffnung 49 aus der Ausrichtung mit allen Verzweigungsluftmischpfa­ den 2a, 2b, 2c und 2d herausbewegt, so daß sie vollständig mit dem Luftmischpfad 32 zur Ermöglichung der gleichmäßigen Strömung von Luft von dem Luftmischpfad 32 zu den Verzwei­ gungsluftmischpfaden 2a, 2b, 2c und 2d kommunizieren (im folgenden wird dieser Zustand als "voll geöffnete Betriebs­ art" bzw. "voll geöffneter Betrieb" bezeichnet).

Fig. 6 zeigt ein Beispiel der Lagerbetätigungseinrich­ tung 56, die eine elektromagnetische Kraft zur Bewegung des Rotors 48 in der axialen Richtung zeigt. Die Lagerbetäti­ gungseinrichtung 56 enthält ein ferromagnetisches Kernele­ ment 59, eine Magnetspule (solenoid) 60, eine Schraubenfe­ der 61 und einen Verbinder 62, der die Verbindung zwischen der elektronischen Steuereinheit 34 und der Magnetspule 60 herstellt. Das ferromagnetische Kernelement 59 ist an einem seiner Enden unter rechten Winkel an dem Lagerabschnitt 55 angebracht, während sein anderes Ende in die Magnetspule 60 eingeführt ist. Die Schraubenfeder 61 ist zwischen dem La­ gerabschnitt 55 und der Magnetspule 60 angeordnet und drückt den Lagerabschnitt in ständigen Eingriff mit der in­ neren Wand des Gehäuses 53, so daß der Rotor 48 in der se­ quentiellen Verteilungsbetriebsart die in Fig. 3 gezeigte Position annehmen kann. Bei Erregung der Magnetspule 60 wird das Kernelement 53 in Richtung zu der Magnetspule 60 gezogen, so daß der Rotor 48 über den Lagerabschnitt 55 und die Eingangswelle 50 ′verschoben wird und in dem voll geöff­ neten Betrieb die in Fig. 11 gezeigte Position einnimmt.

Wenn sich die Maschine 1 bei der vorstehenden Ausge­ staltung in Betrieb befindet, führt die elektronische Steu­ ereinheit 34 dem Brennstoffeinspritzventil 30 jedes Zylin­ ders intermittierend ein Steuersignal zu, so daß der durch die Brennstoffpumpe 29 unter Druck gesetzte Brennstoff in die Einlaßöffnung 16 eingespritzt wird. Wenn in der Einlaß­ öffnung 16 eine große Menge von eingesaugter Luft strömt, bewirkt diese eine einfache Zerstäubung des eingespritzten Brennstoffs. Wenn jedoch die Maschine bei einem niedrigeren Lastniveau, beispielsweise während des Leerlaufbetriebs des Motors arbeitet, strömt lediglich eine kleine Menge an ein­ gesaugter Luft mit einer verhältnismäßig niedrigeren bzw. niedrigen Strömungsgeschwindigkeit durch die Einlaßöffnung 16. Der eingespritzte Brennstoff tritt daher in die Brenn­ kammer 12 ohne ausreichende Zerstäubung ein, mit dem Ergeb­ nis, daß er eventuell nicht vollständig verbrannt wird und in dem Auslaßrohr 24 ein Abgas erzeugt wird, das eine große Menge an schädlichen Ausstoßprodukten wie etwa HC oder CO enthält.

Wenn die Maschine in einen niedrigeren Lastbereich ab­ fällt bzw. gelangt, bei dem das Drosselventil nahezu ge­ schlossen ist, wird der Druck in der Öffnung 16 niedriger als derjenige in dem Lufteinlaßkanal 20 stromauf des Dros­ selventils 21, so daß eine Druckdifferenz erzeugt wird, die das Einziehen bzw. die Einbringung eines Teils der einge­ lassenen Luft in dem Lufteinlaßkanal 20 in die Einlaßöff­ nung 16 über den Luftmischpfad 32 und den Verzweigungsluft­ mischpfad 2 bewirkt.

Wie in Fig. 8 gezeigt ist, deaktiviert die elektroni­ sche Steuerungseinheit 34 die Steuervorrichtung 52 des Luftsteuerventils 33 dann, wenn die Maschine bei einer re­ lativ höheren Temperatur von 10°C in der Brennkammer 12 startet bzw. zu laufen beginnt, so daß der Rotor 48, wie in Fig. 6 gezeigt ist, durch die Feder 61 zur Einnahme der in Fig. 3 gezeigten Position vorgespannt bzw. gedrückt wird, in der er über bzw. mittels der Eingangswelle 50 synchron mit der Nockenwelle der Maschine 1 dreht, um die sequenti­ elle Verteilungsbetriebsart einzustellen, die dem Luftsteuerventil 33 die aufeinanderfolgende Verteilung der eingelassenen Luft in dem Luftmischpfad 32 zu den Verzweigungsluftmischpfaden 2a, 2b, 2c und 2d bei jedem Zyklus von 180°CA (Kurbelwellenwinkel; CA = crank angel) ermöglicht. Die in jeden Verzweigungsluftmischpfad aufgeteilte bzw. eingeführte eingelassene Luft tritt dann in die Kammer 45 des Brennstoffeinspritzventils 30 jedes Zylinders ein, und wird ihrerseits durch die Luftdüsen 46 in den durch die Einspritzdüse 43 des Brennstoffeinspritzventils 30 eingespritzten Brennstoff ausgestoßen, wodurch die Zerstäubung des eingespritzten Brennstoffs erleichtert wird.

Da die Verflüchtigbarkeit des Brennstoffs sich bei ei­ ner Abnahme der Umgebungstemperatur verschlechtert, wird die durch das Brennstoffeinspritzventil 30 eingespritzte Brennstoffmenge bei einer niedrigeren Temperatur von bei­ spielsweise 0°C oder -0°C in der Brennkammer 12 durch die elektronische Steuereinheit 34 in Richtung der Vergrößerung in einer solchen Weise korrigiert, daß die Zeitdauer der Brennstoffeinspritzung, während der das Brennstoffein­ spritzventil 30 geöffnet ist, wie es durch die schraffier­ ten Flächen in Fig. 8 angezeigt ist, über 180° Kurbelwel­ lenwinkel hinaus verlängert wird, was dazu führt, das sich ein Teil der Zeitdauer der Brennstoffeinspritzung mit der­ jenigen eines weiteren Zylinders überlappt. Zu diesem Zeit­ punkt gibt die elektronische Steuereinheit 34 ein Steuersi­ gnal an die Lagerbetätigungseinrichtung 56 der Steuervor­ richtung 52 ab, so daß der Rotor 48, der synchron mit der Drehzahl der Maschine 1 gedreht wird, in die in Fig. 5 ge­ zeigte Position verschoben wird, um den voll geöffneten Be­ trieb zu schaffen. Daher gelangt der Luftmischpfad 32 mit allen Verzweigungsluftmischpfaden 2a, 2b, 2c und 2d unab­ hängig von der winkelmäßigen Position des Rotors 48 in Kom­ munikation. Die Ansaugluft in dem Luftmischpfad 32 wird zu den Einspritzdüsen 43 der Brennstoffeinspritzventile 30 al­ ler Zylinder über die Verzweigungsluftmischpfade 2a, 2b, 2c und 2d geführt, solange ein Druckunterschied zwischen der Einlaßöffnung 16 jedes Zylinders und dem Lufteinlaßkanal 20 vorhanden ist. Es versteht sich somit, daß die Zerstäubung des eingespritzten Brennstoffs in den schraffierten Flä­ chen, wie sie in Fig. 8 gezeigt sind, wirkungsvoll erleich­ tert bzw. gefördert ist.

Es wird nun auf Fig. 7 Bezug genommen. Dort ist ein Ab­ laufdigramm eines Programms oder einer Abfolge oder von logischen Schritten gezeigt, das bzw. der bzw. die durch die elektronische Steuereinheit 34 des Brennstoffeinspritzsystems zum Steuern der Betriebsvorgänge des Brennstoffein­ spritzventils 30 und des Luftsteuerventils 33 abgearbeitet wird bzw. werden. Dieses Programm wird bei vorgewählten bzw. vorbestimmten Intervallen, beispielsweise bei jedem Kurbelwellenwinkel von 180° der Maschine 1 ausgeführt.

Nach dem Eintritt in das Programm schreitet die Routine zu einem Schritt 100 weiter, bei dem die elektronische Steuereinheit 34 die zeitliche Länge bestimmt, für die das Einspritzventil 30 zu öffnen ist (d. h. das Zeitintervall der Brennstoffeinspritzung), die der gesamten, von der Ma­ schine geforderten Brennstoffmenge entspricht. Die Bestim­ mung erfolgt hierbei in der bekannten, nachstehend be­ schriebenen Weise. Eine Brennstoffeinspritz-Grundmenge Q/N wird anfänglich durch Division der durch den Luftströmungs­ messer 22 gemessenen Ansaugluftmenge Q durch eine mittels des Drehwinkelsensors 40 erfaßte Motordrehzahl Ne berech­ net. Die Brennstoffeinspritz-Grundmenge Q/N wird dann mit vorab ausgewählten Korrekturkoeffizienten auf der Grundlage etwa der Kühlmitteltemperatur, einer Ansauglufttemperatur und eines Luft/Brennstoff-Verhältnisses multipliziert, die Faktoren darstellen, die Betriebszustände der Maschine re­ präsentieren. Dies dient zur Bestimmung einer Ventilöff­ nungszeit TAU des Brennstoffeinspritzventils 30. Nachfol­ gend wird unter Heranziehung einer vorab in dem Festwert­ speicher 34b gespeicherten Karte bzw. Tabelle eine Tot-Ein­ spritzzeit TAUV gewonnen, die anhand bzw. unter Bezugnahme auf einen Spannungspegel der Batterie 34f definiert ist, und wird dann zu der Ventilöffnungszeit TAU hinzuaddiert, um die Einspritzventil-Erregungszeit (TAU + TAUV) zu be­ stimmen, die zur Erzielung einer gewünschten Gesamtmenge des durch das Brennstoffeinspritzventil 30 eingespritzten Brennstoffs erforderlich ist.

Das Programm schreitet dann zu einem Schritt 200 wei­ ter, bei dem ermittelt wird, ob die Einspritzventil-Erre­ gungszeit (TAU + TAUV) länger ist als ein Zeitintervall, das einer Drehung um einen Kurbelwellenwinkel von 180° ent­ spricht, oder nicht. Anders ausgedrückt erfolgt diese Er­ mittlung zur Ermittlung, ob eine gesamte Brennstoffein­ spritzmenge größer ist als ein vorgewählter Wert oder nicht. Falls die Antwort "ja" erzielt wird, woraus ge­ schlossen wird, daß die Einspritzventil-Erregungszeit (TAU + TAUV) länger ist als die der Umdrehung um einen Kurbel­ wellenwinkel von 180° entsprechende Zeitdauer, läuft das Programm dann zu einem Schritt 300 weiter, bei dem das Luftsteuerventil 33 zur Einstellung des voll geöffneten Be­ triebs gesteuert wird. Wenn andererseits in dem Schritt 200 die Antwort "nein" erhalten wird, geht das Programm zu dem anfänglichen Schritt zurück.

Auch wenn die vorliegende Erfindung anhand von Ausfüh­ rungsbeispielen zur erleichterten Verständlichkeit erläu­ tert wurde, versteht es sich, daß die Erfindung in unter­ schiedlicher Weise realisiert werden kann, ohne das Prinzip der Erfindung zu verlassen. Beispielsweise können die Vor­ teile der vorliegenden Erfindung auch bei Einsatz bei einer Maschine mit einer vorn vier abweichenden Zahl von Zylindern wie etwa bei einer Viertakt-Maschine mit sechs Zylindern erreicht werden, auch wenn bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel eine Viertakt-Maschine mit vier Zylindern erläutert wurde. In diesem Fall der sechszy­ lindrigen Maschine wird das Luftsteuerventil 33 so gesteu­ ert, daß der voll geöffnete Betrieb realisiert ist, wenn der Kurbelwellenwinkel CA 120° überschreitet.

Zusätzlich kann in dem Luftmischpfad 32 ein Luftkom­ pressor kleiner Kapazität angeordnet sein, um komprimierte Luft zu dem Luftsteuerventil 33 zu speisen, um sicherzu­ stellen, daß eine ausreichende Ansaugluftmenge um die Ein­ spritzdüse 43 des Brennstoffeinspritzventils 30 herum über einen breiten Motorbetriebsbereich hinweg ausgestoßen bzw. zugeführt werden kann.

Es ist somit ein Brennstoffeinspritzsystem für eine Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern beschrieben. Das Brennstoffeinspritzsystem hat eine Mehrzahl von Brennstoff­ einspritzventilen, die jeweils zur Einspritzung von Brenn­ stoff in eine Einlaßöffnung jedes Zylinders der Maschine ausgelegt sind, einen mit einem Abschnitt des zu den Ein­ laßöffnungen führenden Lufteinlaßkanals verbundenen Luftka­ nal, eine Mehrzahl von Verzweigungsluftkanälen, die jeweils mit einem vorgewählten Abschnitt im Bereich einer Ein­ spritzdüse des Brennstoffeinspritzventils kommunizieren, und ein Luftsteuerventil, das zwischen den Luftkanal und die Mehrzahl von Verzweigungsluftkanälen eingefügt ist und zum selektiven Einführen eines Teils der Ansaugluft in dem Lufteinlaßkanal zu den vorgewählten Abschnitten im Bereich der Einspritzdüsen der Brennstoffeinspritzventile dient. Das Luftsteuerventil ist so ausgelegt, daß es selektiv eine erste und eine zweite Ventilposition einnimmt, wobei die erste Ventilposition zur sequentiellen Schaffung von Fluidverbindungen zwischen dem Luftkanal und den Verzwei­ gungsluftkanälen in Abhängigkeit von der Drehung der Ma­ schine und die zweite Ventilposition zur Herstellung einer Fluidverbindung zwischen dem Luftkanal und allen Verzwei­ gungsluftkanälen für die gleichförmige Zuführung der An­ saugluft im Luftkanal zu allen Verzweigungsluftkanälen dann, wenn die Öffnungszeitdauer, während der eines der Brennstoffventile geöffnet ist, sich teilweise mit derjeni­ gen eines weiteren Brennstoffeinspritzventils überlappt, dient.

Claims (8)

1. Brennstoffeinspritzsystem für eine Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern (9), mit
einer Mehrzahl von Brennstoffeinspritzventilen (30), die jeweils zur Einspritzung von Brennstoff in eine Einlaß­ öffnung (16) jedes Zylinders der Maschine (1) ausgelegt sind,
einem Luftkanal (32), der mit einem Abschnitt eines zu den Einlaßöffnungen (16) führenden Lufteinlaßkanals (20) verbunden ist,
einer Mehrzahl von Verzweigungsluftkanälen (2), die jeweils mit einem vorgewählten Abschnitt um eine Einspritz­ düse jedes Brennstoffeinspritzventils (30) kommunizieren, einer Luftsteuerventileinrichtung (33), die zwischen den Luftkanal und die Mehrzahl von Verzweigungsluftkanälen eingefügt ist und zum selektiven Zuführen eines Teils der eingelassenen Luft in dem Lufteinlaßkanal zu den vorausge­ wählten Abschnitten um die Einspritzdüsen der Brennstoff­ einspritzventile dient, wobei die Luftsteuerventilein­ richtung (33) derart ausgelegt ist, daß sie selektiv eine erste und eine zweite Ventilposition einnimmt, wobei die erste Ventilposition zur aufeinanderfolgenden Herstellung von Verbindungen zwischen dem Luftkanal und den Verzweigungsluftkanälen in Übereinstimmung mit der Drehung der Maschine (1) und die zweite Ventilposition zur Herstellung einer Verbindung zwischen dem Luftkanal und allen Verzweigungsluftkanälen dient, und
einer Steuereineichtung (34) zum Anlegen eines Steuer­ signals an die Luftsteuerventileinrichtung (33) zur Umschaltung aus der ersten Ventilposition in die zweite Ventilposition, wenn ein vorgewählter Brennstoffeinspritzzustand vorliegt.

2. Brennstoffeinspritzsystem nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Luftsteuerventileinrichtung ein Dreh­ element (48) aufweist, das zur Drehung bezüglich seiner Drehachse für die Erreichung der ersten Ventilposition, in der der Luftkanal aufeinanderfolgend in Übereinstimmung mit der Drehung der Maschine mit den Verzweigungsluftkanälen kommuniziert, und zur Bewegung in einer Richtung parallel zu seiner Drehachse für die Erreichung der zweiten Ventil­ position, bei der der Luftkanal mit allen Verzweigungsluft­ kanälen kommuniziert, ausgelegt ist.

3. Brennstoffeinspritzsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (34) das Steuer­ signal an die Luftsteuerventileinrichtung (33) zur Bewegung des Drehelements in der parallel zu der Drehachse verlaufenden Richtung anlegt, wenn eine Brennstoffeinspritzmenge gefordert wird, die größer ist als ein vorgewählter Wert.

4. Brennstoffeinspritzsystem nach Anspruch 2 oder 3, da­ durch gekennzeichnet, daß das Drehelement (48) durch eine mit der Maschine verbundene drehbare Welle gedreht wird.

5. Brennstoffeinspritzsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftsteuerventileinrichtung eine Betätigungseinrichtung (56) enthält, die auf ein Stell­ signal der Steuereinrichtung (34) zur Verschiebung der drehbaren Welle in der Richtung parallel zur Drehachse des drehbaren Elements dann, wenn eine Öffnungszeitdauer des Offenseins der Brennstoffeinspritzventile größer als ein vorgewählter Wert wird, anspricht.

6. Brennstoffeinspritzsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftsteuerventileinrichtung (33) ein Drehelement (48) und ein Gehäuse (47) enthält, wobei das Gehäuse eine Mehrzahl von jeweils mit den Verzweigungsluftkanälen verbundenen ersten Öffnungen und eine mit dem Luftkanal verbundene zweite Öffnung aufweist und das Drehelement eine Öffnung besitzt, die zur Herstellung einer Übereinstimmung bzw. Ausrichtung mit zumindest einem der Verzweigungsluftkanäle in Abhängigkeit von der Drehung der Maschine bei der ersten Ventilposition ausgelegt ist, wobei das Drehelement in einer parallel zur Drehachse des Drehelements verlaufenden Richtung in der zweiten Ventilposition derart verschoben ist, daß sich die Öffnung aus der Übereinstimmung bzw. Ausrichtung mit allen Verzweigungsluftkanälen herausbewegt.

7. Brennstoffeinspritzsystem nach Anspruch 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Luftsteuerventileinrichtung (33) eine drehbare Welle, die das Drehelement (48) drehbar mit der Maschine verbindet, und eine Magnetspulen- Betätigungseinrichtung (50) enthält, die auf das Steuersignal der Steuereinrichtung (34) unter Erzeugung einer Axialdruckkraft, die das Drehelement aus der ersten Ventilpostition in die zweite Ventilposition vorspannt, entspricht.

8. Brennstoffeinspritzsystem nach Anspruch 6 oder 7, da­ durch gekennzeichnet, daß das Gehäuse mit einem zylin­ drischen Element versehen ist, das in sich die ersten Öff­ nungen in regelmäßigen Intervallen bzw. Abständen ausbil­ det, wobei die Öffnung des Drehelements über einen vorge­ wählten Umfangsbereich des Drehelements reicht, um die Ver­ bindung zwischen zumindest einem der Verzweigungsluftkanäle und dem Luftkanal herzustellen.