DE4439918A1 - Vorrichtung zur Zufuhr eines Kraftstoff/Luft-Gemisches zu einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Zufuhr eines Kraftstoff/Luft-Gemisches und, insbesondere eine Vorrich­ tung, welche abhängig von dem Betriebszustand eine Verwirbe­ lung innerhalb einer Brennkammer erzeugt, um die Verbrennung bei einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu fördern und das für ein Magerverbrennungs-Motorsystem geeignet ist, wel­ ches das Kraftstoff/Luft-Gemisch mit einem mageren Luft- Kraftstoff-Verhältnis schichtet.

Gemäß dem Stand der Technik ist eine Magerverbrennungs-Mo­ tortechnologie bekannt. In dieser wird, um eine Ausgangs­ leistung zu erzielen, welche mit Wirtschaftlichkeitsvorgaben in Übereinstimmung gebracht werden kann, ein Motor in einem Magergemischzustand während einem Niederlastzustand betrie­ ben, um den Kraftstoffverbrauch zu verbessern, und in einem Zustand des theoretischen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses oder dem theoretischen Leistungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis, um die Ausgangsleistung zu steigern.

Es sind zwei Hauptverfahren zum Erzielen eines mageren Luft- Kraftstoff-Verhältnisses bekannt. Das erste Verfahren be­ trifft das Erzeugen einer Verwirbelungsströmung innerhalb einer Brennkammer während einer Magerverbrennung, um eine bessere Verbrennung sogar dann sicherzustellen, wenn ein gleichförmiges Magergemisch vorliegt. Dies wird durch ein Fördern der Flammenfortpflanzung bzw. -ausbreitung erzielt. Das zweite Verfahren betrifft eine Variation der Mischver­ teilung, d. h. die Verteilung des Luft-Kraftstoff-Verhältnis­ ses soll einerseits insgesamt mager verbleiben, sowie ande­ rerseits ein Zünden des Gemisches ermöglichen, was als Schichtverbrennung bezeichnet wird.

Der Aufbau entsprechend des eine Verwirbelung verwendenden ersten Verfahrens ist derart, daß eine der beiden Einlaßöff­ nungen eines Motors bei einer Zweiventilausführung eine ge­ rade Öffnung mit einem Saugsteuerventil und die andere eine Spiralöffnung mit einem Beipaßströmungskanal ist, welcher durch das Saugsteuerventil geöffnet wird.

Eine derartige Technik ist z. B. in der Japanischen Offenlegungsschrift Nr. 61-58 921 (1986) gezeigt. In diesem Aufbau wird während ei­ nem Niederlastbetrieb des Motors eine starke Verwirbelung in der Brennkammer erzeugt, und zwar durch das Einsaugen des Gemisches nur über die Seite der spiralförmigen Öffnung, und zwar durch das Schließen des Saugsteuerventils. Andererseits wird während einem Hochlastbetrieb des Motors die Verwirbe­ lung abgeschwächt, um die Ausgangsleistung hoch zu halten, wobei die Einlaßluftmenge durch das Öffnen des Saugsteuer­ ventils erhöht wird, so daß die Luft durch die spiralförmige Öffnung und die gerade Öffnung strömen kann; zusätzlich steht der Bypass-Strömungskanal in Verbindung mit der gera­ den Öffnung und der spiralförmigen Öffnung.

Bei der Verwendung der Schichtverbrennung gemäß dem zweiten Verfahren, wie in der Japanischen Offenlegungsschrift Nr. 3-185 213 (1991) beschrieben, wird während einem Niederlast­ betrieb des Motors die Verteilung des Luft-Kraftstoff-Ver­ hältnisses durch eine Veränderung der Kraftstoffströmungs­ rate durch die Einlaßöffnung variiert, während eine Art von Verwirbelung erzeugt wird, und zwar eine Taumelströmung (tumble flow) innerhalb der Brennkammer, unter Verwendung einer Einlaßöffnung, die zu einer üblichen Öffnung eine un­ terschiedliche Form aufweist.

In der Brennkraftmaschine, welche diese Verfahren verwendet, wird vorzugsweise eine Optimalverteilung des Luft-Kraft­ stoff-Verhältnisses und eine optimale Verwirbelungsstärke in Abhängigkeit von dem Betriebszustand des Motors erzeugt. Insbesondere während einem Niederlastbetrieb des Motors ist es wünschenswert, ein Magergemisch durch die Schichtverbren­ nung zu fördern und die Verwirbelungsstärke zu erhöhen, um die Zündfähigkeit zu verbessern. Andererseits ist es während einem Hochlastbetrieb des Motors zum Erhöhen der Ausgangs­ leistung notwendig, den Ausnutzungsgrad der Verbrennungsluft dadurch zu erhöhen, daß das Gemisch in der Brennkammer ver­ gleichmäßigt, die Verwirbelung abgeschwächt und eine große Luftmenge eingesaugt wird.

Die wie oben beschrieben aufgebaute Brennkraftmaschine weist die folgenden Nachteile auf.

Da der Verwirbelungsmechanismus in dem Hauptluftströmungska­ nal angeordnet ist, ist es schwierig die Verwirbelung wäh­ rend einem Hochlastbetrieb des Motors abzuschwächen und der Strömungswiderstand des Einlaßluftströmungskanals wird ver­ glichen mit dem einer konventionellen Brennkraftmaschine größer. Daher vermindert sich die Einlaßluftströmungsmenge und die Ausgangsleistung des Motors.

Ein die Schichtverbrennung verwendender Motor weist wiederum den Nachteil auf, daß die Gemischverteilung sogar während einem Hochlastbetrieb des Motors nicht gleichmäßig einge­ stellt werden kann. Dadurch wird der Ausnutzungsgrad der Luft verglichen mit einer konventionellen Brennkraftmaschine abgesenkt, was zu einer Verminderung der Ausgangsleistung des Motors oder zu einer Verschlechterung der Abgaszusammen­ setzung führt.

Der Motor weist ferner den Nachteil auf, daß der an der Wand des Einlaßkanals oder an der Wand der Brennkammer anhaftende Kraftstoffsprühnebel oder der Kraftstoffsprühnebel selbst aufgrund der Verwirbelungsströmung in einen Brennkammerab­ schnitt befördert wird, so daß dieser Kraftstoff nahe der Zylinderwand in einem unverbrannten Zustand ausgestoßen wird. Dies führt zu einem Ansteigen der unverbrannten Koh­ lenwasserstoffe im Abgas und zu einem Ansteigen des Kraft­ stoffverbrauchs.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zum Zu­ führen eines Kraftstoff/Luft-Gemisches zu einer Brennkraft­ maschine zu schaffen, die es ermöglicht, bei einem Hochlast­ betrieb des Motors eine hohe Ausgangsleistung in Verbindung mit einer ausreichenden Einlaßluftmenge zu erzielen und den Verbrennungswirkungsgrad durch ein Erzeugen einer geeigneten Verwirbelungsstärke abhängig von der Motordrehzahl bei einem Niederlastbetrieb des Motors zu verbessern.

Weiterhin soll die Brennkraftmaschine in der Lage sein, den Ausnutzungsgrad der Luft zu erhöhen und eine hohe Ausgangs­ leistung mit einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu halten, wobei die Zündfähigkeit bei einem Schichtgemisch während einem Niederlastbetrieb des Motors ebenfalls erhal­ ten bleiben. Zudem soll eine große Gemischmenge in die Brennkammer während einem Hochlastbetrieb des Motors einge­ führt werden.

Die Brennkraftmaschine soll weiterhin ein Gemisch erzeugen, welches Abgase der Komponenten HC, NO_x dadurch unterdrückt, daß ein Anhaften des Kraftstoffsprühnebels an die Wände des Einlaßrohrs oder die Brennkammer während der Schichtverbren­ nung vermieden wird.

Die Erfindungsaufgabe wird durch die Merkmale der unabhängi­ gen Patentansprüche gelöst. Die abhängigen Patentansprüche kennzeichnen vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterent­ wicklungen der Erfindung.

Erfindungsgemäß ist eine Vorrichtung zur Zufuhr eines Kraft­ stoff/Luft-Gemisches für Brennkraftmaschinen vorgesehen, mit einem Einlaßkanal, welcher in eine Brennkammer eines Zylin­ ders öffnet, einem Einlaßventil, welches in Verbindung mit dem Einlaßkanal und der Brennkammer vorgesehen ist, einem Kraftstoffeinspritzventil zum Einspritzen von zumindest ei­ nem Sprühnebel in Richtung auf das Einlaßventil, Verwirbe­ lungserzeugungsmitteln zum Erzeugen einer Wirbelströmung in dem Gemisch der Brennkammer, durch ein Steuern einer Drosse­ lung des Einlaßkanals, wobei die Verwirbelungserzeugungsmit­ tel einen Hauptkanal enthalten, welcher den Einlaß bildet, zumindest einem Nebeneinlaßkanal, der zur Bildung eines Bei­ paßkanals des Hauptkanals vorgesehen und derart ausgebildet ist, daß die Gesamtsumme der Querschnittsflächen kleiner ist als die Querschnittsfläche des Hauptkanals, einem Einlaß­ steuerventil zum Steuern des Drosselns des Hauptkanals, Ven­ tilmitteln zum Durchführen der Steuerung des Drosselns in zumindest einem der Nebeneinlaßkanäle, Mitteln zum Durchfüh­ ren der Steuerung zum Variieren der Anzahl der zu verwenden­ den Nebeneinlaßkanäle, wobei die Querschnittsfläche eines jeden der Nebeneinlaßkanäle dem Betriebszustand der Brenn­ kraftmaschine entspricht, und Mitteln zum Durchführen einer Steuerung zum Variieren der Richtung der Kraftstoffeinsprit­ zung und der Anzahl der Kraftstoffeinstpritzungen, entspre­ chend dem Betriebszustand der Brennkraftmaschine.

Gemäß einer anderen erfindungsgemäßen Ausführungsform ent­ hält die Vorrichtung zur Zufuhr eines Kraftstoff/Luft-Ge­ mischs zu einer Brennkraftmaschine eine Einlaßkanalöffnung zu einer Brennkammer in einem Zylinder, weiterhin ein Ein­ laßventil, welches in Verbindung mit dem Einlaßkanal und der Brennkammer vorgesehen ist, einem Kraftstoffeinspritzventil zum Einspritzen von zumindest einem verzweigten Sprühnebel in Richtung auf das Einlaßventil, Verwirbelungserzeugungs­ mittel zum Erzeugen einer Wirbelströmung in dem Gemisch der Brennkammer, durch ein Steuern der Drosselung des Einlaßka­ nals, wobei die Verwirbelungserzeugungsmittel einen Hauptka­ nal enthalten, welcher den Einlaßkanal bildet, zumindest einen Nebeneinlaßkanal, der zum Ausbilden eines Beipaßkanals des Hauptkanals vorgesehen und derart ausgebildet ist, daß die Gesamtsumme der Querschnittsflächen kleiner ist als die Querschnittsfläche des Hauptkanals, ein Einlaßsteuerventil zum Steuern der Drosselung des Hauptkanals, Ventilmittel zum Durchführen der Steuerung der Drosselung von zumindest einem Nebeneinlaßkanal, und Mittel enthält, zum Erzeugen der Ver­ wirbelung mit variierender Stärke, entsprechend der Be­ triebsbedingung der Brennkraftmaschine.

Mit dem oben beschriebenen Aufbau kann die Erfindung fol­ gende Betriebsverfahren durchführen.

Zuerst kann die Querschnittsfläche des Einlaßkanals mit meh­ reren Schritten dadurch variiert werden, daß die Anzahl der verwendeten Nebeneinlaßkanäle variiert wird. Weiterhin kann die Verwirbelung in der Brennkammer derart eingestellt wer­ den, daß dieselbe eine geeignete Stärke in einem Betriebsbe­ reich des Motors aufweist, welcher größer ist als der Be­ reich unter Verwendung einer konventionellen Vorrichtung. Dadurch kann der gesamte Verbrennungswirkungsgrad bei ver­ schiedenen Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine ver­ bessert werden.

Da die durch den Nebeneinlaßkanal gesaugte Einlaßluftmenge durch den Trägheitseffekt der Einlaßströmung in den Neben­ einlaßkanal vergrößert werden kann, ist es möglich, daß sich der Betriebsbereich mit der erzeugten Verwirbelung durch diesen Effekt aufweitet.

Es können mehrere Verwirbelungen in der Brennkammer unter Verwendung von mehreren Nebeneinlaßkanälen erzeugt werden. Dadurch kann die Verwirbelung in der Brennkammer bei der gleichen Einlaßluftströmungsluftmenge erhöht werden, im Ver­ gleich mit einem Fall von einem Wirbel und folglich kann der Verbrennungswirkungsgrad durch eine Förderung der Vermi­ schung zwischen dem Kraftstoff und der Luft verbessert wer­ den.

Da die Mittel zum Variieren der Anzahl von Kraftstoffein­ spritzungen und der Richtung der Kraftstoffeinspritzung vor­ gesehen sind, kann eine geschichtete Einlaßströmung durch eine Änderung der Kraftstoffströmung in der Brennkammer wäh­ rend einem Niederlastbetrieb der Brennkraftmaschine dadurch gebildet werden, daß die Anzahl der Kraftstoffeinspritzungen vermindert wird und/oder die Richtung der Kraftstoffein­ spritzung verändert wird. Andererseits kann der Ausnutzungs­ grad der Luft während einem Hochlastbetrieb der Brennkraft­ maschine erhöht werden und die hohe Ausgangsleistung der Brennkraftmaschine kann dadurch gehalten werden, daß ein gleichförmiges Gemisch über eine ansteigende Anzahl von Kraftstoffeinspritzungen erzeugt wird und durch das Ausrich­ ten der Kraftstoffeinspritzrichtung derart, daß das Gemisch in der Brennkammer vergleichmäßigt wird.

Ferner wird der Kraftstoff nicht in die Nähe der Brennkam­ merwand geleitet, da die Einspritzeinstellung des Kraft­ stoffs, die Zündeinstellung oder die Richtung der Kraft­ stoffeinspritzung derart eingestellt werden, daß mehrere Verwirbelungen um den eingesprühten Kraftstoff erzeugt wer­ den und sich der Kraftstoff und die eingesaugte Luft nicht gegenseitig stören. Dadurch können gefährliche Komponenten im Abgas, wie HC, vermindert werden.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbei­ spielen unter Bezug auf die beiliegenden Figuren näher er­ läutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht auf eine erste erfindungsge­ mäße Ausführungsform,

Fig. 2 eine Seitenansicht der ersten erfindungsge­ mäßen Ausführungsform,

Fig. 3 eine Ansicht der Betriebsweise der ersten Ausführungsform während einem Niederlastbe­ trieb,

Fig. 4 eine Ansicht der Betriebsweise der ersten Ausführungsform während einem Nieder- und Mittellastbetrieb,

Fig. 5 eine Ansicht der Betriebsweise der ersten Ausführungsform während einem Mittel- und Hochlastbetrieb,

Fig. 6 eine Ansicht der Betriebsweise der ersten Ausführungsform während einem Hochlastbe­ trieb,

Fig. 7 eine Ansicht der Betriebsweise einer anderen Ausführung der ersten Ausführungsform während einem Niederlastbetrieb,

Fig. 8 eine Ansicht der Betriebsweise einer anderen Ausführung der ersten Ausführungsform während einem Nieder- und Mittellastbetrieb,

Fig. 9(a), (b) eine Draufsicht und eine Seitenansicht des Aufbaus und der Betriebsweise einer ersten Ausführungsform eines Kraftstoffeinspritz­ ventils gemäß der ersten Ausführungsform,

Fig. 10(a), (b) eine Draufsicht und eine Seitenansicht des Aufbaus und der Betriebsweise einer zweiten Ausführungsform eines Kraftstoffeinspritz­ ventils gemäß der ersten Ausführungsform,

Fig. 11(a), (b) eine Draufsicht und eine Seitenansicht des Aufbaus und der Betriebsweise einer dritten Ausführungsform eines Kraftstoffeinspritzven­ tils in der ersten Ausführungsform,

Fig. 12 eine Draufsicht des Aufbaus einer zweiten er­ findungsgemäßen Ausführungsform,

Fig. 13 eine Seitenansicht des Aufbaus der zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform,

Fig. 14 ein Flußdiagramm einer Ausführungsform zum Einstellen des Öffnungsgrades eines Steuer­ ventils,

Fig. 15 eine die Kraftstoffeinspritzeinstellung, die Zündzeitpunkteinstellung und die Richtung der Kraftstoffeinspritzung zeigende Darstellung, wenn keine Verwirbelung erzeugt ist,

Fig. 16 eine Darstellung der Kraftstoffeinspritzein­ stellung, der Zündzeitpunkteinstellung und der Richtung der Kraftstoffeinspritzung wenn eine Verwirbelung erzeugt ist,

Fig. 17 eine graphische Darstellung des Grenzbereichs des mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnisses und des möglichen Bereichs des Motorbetriebs, wenn die Anzahl der zu verwendenden Nebenein­ laßkanäle und die Anzahl der Kraftstoffein­ spritzungen gemäß dem Flußdiagramm der Fig. 14 unter Verwendung des Aufbaus der ersten Ausführungsform variiert werden,

Fig. 18 eine graphische Darstellung, die den Grenz­ bereich des mageren Kraftstoff/Luft-Gemisches und den möglichen Bereich des Motorbetriebs darstellt, wenn die Zahl der Kraftstoffein­ spritzungen des Kraftstoffeinspritzventils unter Verwendung des Aufbaus der ersten Aus­ führungsform immer auf zwei eingestellt ist,

Fig. 19 eine graphische Darstellung des Grenzbereichs des mageren Kraftstoff/Luft-Gemisches und des möglichen Bereichs des Motorbetriebs eines konventionellen Motors mit einem Verwirbe­ lungserzeugungsmechanismus, und

Fig. 20 eine graphische Darstellung des Grenzbereichs eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses und des möglichen Bereichs des Motorbetriebs eines konventionellen Motors ohne einen Verwirbe­ lungserzeugungsmechanismus.

Im folgenden werden Bauteile, welche die gleiche Funktion aufweisen durch dasselbe Bezugszeichen bezeichnet, wobei eine wiederholte Beschreibung vermieden wird.

Die Fig. 1 und 2 zeigen den Aufbau einer ersten erfindungs­ gemäßen Ausführungsform. Ein Hauptkanal 110 eines unabhängi­ gen Einlaßrohrs ist mit einer Brennkammer 103 eines Motors mit zwei Einlaßventilen 102 verbunden und zu derselben ge­ öffnet. Ein Einlaßsteuerventil 107 ist in dem Hauptkanal vorgesehen und Nebeneinlaßkanäle 101a und 101b sind aus­ gehend von der stromaufliegenden Seite des Hauptkanals der­ art vorgesehen, daß sie den Hauptkanal 110 umgehen. Weiter­ hin sind Verwirbelungssteuerventile 113a und 113b jeweils in den Nebeneinlaßkanälen vorgesehen. Die Gesamtsumme der Quer­ schnittsflächen der beiden Nebeneinlaßkanäle 101a und 101b wird derart eingestellt, daß sie 1/5 bis 1/2 der Quer­ schnittsfläche des Hauptkanals stromauf dazu aufweist.

Das Kraftstoffeinspritzventil 105 erzeugt zwei Sprühnebel bzw. Sprays 106a und 106b, welche von dem Hauptkanal 110 auf die gegenüberliegende innere Seite der Ventilabschnitte der Einlaßventile 102 gerichtet sind, d. h. in Richtung auf das Zentrum der Brennkammer. Weiterhin sind Mittel zum Variieren der Anzahl und der Richtung der Sprühnebel vorgesehen, wel­ che später beschrieben werden. Ferner ist eine Zündkerze 104 nahe dem Zentrum der Brennkammer vorgesehen.

Die Ausgänge der Nebeneinlaßkanäle 101a und 101b öffnen sich nahe den Einlaßventilen 102. Die durch die Nebeneinlaßkanäle 101a und 101b strömende Luft bildet zwei Strahlen und tritt in die Brennkammer 103 durch die zwei Spalte zwischen den Einlaßventilen und den Ventilsitzen der beiden Einlaßventile 102 zur Erzeugung von zwei Verwirbelungen 111a und 111b ein. Zu dieser Zeit strömt die Luft derart, daß die Verwirbelung 111a den Sprühnebel 106a dreidimensional umschließt und die Verwirbelung 111b den Sprühnebel 106b umschließt, wobei fer­ ner die Luft entlang der Oberfläche eines Kolbens 112 zirku­ liert. Dadurch wird ein Bereich 114 mit einem dichten bzw. reichen Gemisch und ein Bereich 115 mit einem mageren Ge­ misch erzeugt. Der Antrieb des Einlaßsteuerventils 107 wird z. B. durch einen Schrittmotor 201 oder ähnliches durchge­ führt. Das Antreiben der Verwirbelungssteuerventile 113a, 113b wird ebenso durch z. B. Schrittmotoren (nicht gezeigt) durchgeführt. Das Einstellen des Öffnungsrades von jedem dieser Ventile wird durch einen Computer 202 übernommen.

Die Betriebszustände, ausgehend von einem Zustand einer kleinen Luftmenge zu einem Zustand mit einer großen Luft­ menge, wird untenstehend unter einer Einteilung in vier Zu­ stände erklärt; und zwar während einem Niederlastbetrieb, während einem Nieder- und Mittellastbetrieb, während einem Mittel- und Hochlastbetrieb und während einem Hochlastbe­ trieb, unter Bezug auf die Fig. 3 bis 6.

Die Fig. 3 zeigt den Betriebszustand der ersten Ausführungs­ form unter einem Niederlastbetrieb. Der Öffnungsgrad des Einlaßsteuerventils 107 wird auf einen Öffnungsgrad u1 nahe einem vollständig geschlossenen Zustand eingestellt, so daß die in den Hauptkanal durch das Ventil strömende Luft ein kleiner Teil, wie 1/5 bis 1/10, der Luftströmungsrate sein kann, welche durch die Nebeneinlaßkanäle strömt, wobei ebenso das Verschließen des Ventils verhindert werden kann. Das Verwirbelungssteuerungsventil 113a wird offengehalten und das Verwirbelungssteuerventil 113b wird verschlossen. Die stromab des Hauptkanals 110 strömende Luft 108 verläuft durch den Nebeneinlaßkanal 101a zum Erzeugen einer Verwirbe­ lung 111a innerhalb der Brennkammer 103. Da der Durchmesser der durch den Nebeneinlaßkanal 101a eingespritzten Strömung verglichen zu der Größe der Brennkammer klein ist, kann die durch das Einlaßventil 102 eingesaugte Luft ausreichend ab­ gelenkt werden, um eine starke Verwirbelung 111a mit einer geringen Luftströmungsrate zu bilden.

Das Kraftstoffeinspritzventil 105 wird derart eingestellt, daß es nur einen Sprühnebel bzw. Strahl 106b bildet, und zwar dadurch, daß die Anzahl der Sprühbildungen variiert werden, wie später beschrieben. Zu dieser Zeit zirkuliert die Verwirbelung 111a derart, daß sie den Kraftstoffsprühne­ bel 106b umgibt bzw. umschließt. Der Sprühnebel wird daher nicht auf die Wand der Brennkammer 103 zubewegt, wobei der Bereich mit dem dichten Gemisch während der Verbrennung un­ gefähr auf einen kleinen Raum beschränkt werden kann, wie durch den diagonal schattierten Bereich 111a in der Figur dargestellt; weiterhin wird das dichte Gemisch nur in der Nähe der Zündkerze gebildet. Der erzeugte Magergemischbe­ reich ist durch die Bezugsziffer 115a angedeutet. Durch das Schichtgemisch und die Auswirkung der Verbrennungsverbesse­ rung wird ein besserer Betrieb des Motors ohne Verbrennungs­ schwankungen erzielt, bis zu einem Luft-Kraftstoff-Verhält­ nis von ungefähr 30. Weiterhin können der Kraftstoffver­ brauch und die Erzeugung von giftigen Abgasen, wie HC, NO_x abgesenkt werden.

Die Fig. 4 zeigt den Betriebszustand der ersten Ausführungs­ form während einem Nieder- und Mittellastbetrieb. Der Öff­ nungsgrad des Einlaßsteuerventils 107 wird auf einen Öff­ nungsgrad von u1 eingestellt, welcher der gleiche ist, wie beim Niederlastbetrieb. Wie in der Fig. 4 dargestellt ist, wird das Verwirbelungssteuerventil 113a offengehalten und das Verwirbelungssteuerventil 113b ist geschlossen. Die stromauf des Hauptkanals 110 strömende Luft 108 verläuft durch den Nebeneinlaßkanal 101a zur Erzeugung einer Verwir­ belung 111a innerhalb der Brennkammer 103. Da der Durchmes­ ser der durch den Nebeneinlaßkanal 101a eingespritzten Strö­ mung verglichen zu der Größe der Brennkammer klein ist, kann die durch das Einlaßventil 102 eingesaugte Luftströmung aus­ reichend abgelenkt werden, zur Bildung einer starken Verwir­ belung 111a mit einer geringen Luftströmungsrate.

Das Kraftstoffeinspritzventil 105 wird derart eingestellt, daß es zwei Sprühnebel 106a, 106b erzeugt, unter Verwendung der Mittel zum Einstellen der Anzahl der Sprühnebel, welche später beschrieben wird. Zu dieser Zeit zirkuliert die Ver­ wirbelung 111a derart, daß sie die Kraftstoffsprühnebel 106a, 106b umgibt, wobei der erzeugte Bereich 114b mit dem fetten Gemisch und der erzeugte Bereich 115b mit dem Mager­ gemisch größere Flächen einnehmen als während dem Nieder­ lastbetrieb. Zu dieser Zeit werden die durch die Verwirbe­ lung 111a umgebenen Kraftstoffsprühnebel 106a, 106b nicht in Richtung der Wand der Brennkammer 103 gedrückt. Durch die Ausbildung eines sauberen Schichtgemisches und der Erzeugung einer Verwirbelung für eine größere Kraftstoffströmungsrate als während dem Niederlastbetrieb, kann das Luft-Kraftstoff- Verhältnis auf maximal 26 erhöht werden.

Die Fig. 5 zeigt den Betriebszustand der ersten Ausführungs­ form während einem Mittel- und Hochlastbetrieb. Der Öff­ nungsgrad des Einlaßsteuerventils 107 wird auf einen Öff­ nungsgrad u1 eingestellt, welcher der gleiche ist, wie bei dem Niederlastbetrieb und bei dem Nieder- und Mittellastbe­ trieb. Wie in der Fig. 5 dargestellt, werden beide Verwirbe­ lungssteuerventile 113a, 113b offengehalten. Die stromauf des Hauptkanals 110 strömende Luft 108 verläuft durch die beiden Nebeneinlaßkanäle 101a und 101b zum Erzeugen von zwei Verwirbelungen 111a und 111b innerhalb der Brennkammer 103.

Das Kraftstoffeinspritzventil 105 wird derart eingestellt, daß zwei Sprühnebel 106a, 106b erzeugt werden, unter Verwen­ dung der Mittel zum Einstellen der Anzahl von Sprühnebel, welche später beschrieben werden. Zu dieser Zeit zirkulieren die Verwirbelungen 111a, 111b derart, daß sie die Kraft­ stoffsprühnebel 106a, 106b umgeben, wobei der erzeugte Be­ reich 114c mit dem reichen Gemisch und der erzeugte Bereich 115c mit dem Magergemisch größere Flächen einnimmt als wäh­ rend dem Nieder- und Mittellastbetrieb. Zu dieser Zeit wer­ den die Sprühnebel nicht in Richtung der Wand der Brennkam­ mer 103 abgelenkt, da die Sprühnebel 106a, 106b durch die Verwirbelungen 111a, 111b umgeben sind. Daher kann, durch das Ausbilden eines sauberen Schichtgemisches und durch das Erzeugen einer Verwirbelung für eine größere Kraftstoffströ­ mungsrate als während dem Nieder- und Mittellastbetrieb, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf maximal 24 erhöht werden.

Als nächstes wird in der Fig. 6 der Betriebszustand der er­ sten Ausführungsform während einem Hochlastbetrieb darge­ stellt. Der Öffnungsgrad des Einlaßsteuerventils 107 wird auf einen Öffnungsgrad von u2 eingestellt, bei dem der Hauptkanal 102 offengehalten ist. Zu dieser Zeit verläuft die meiste eingesaugte Luft 108 durch den Hauptkanal 110 und tritt in die Brennkammer 103 ein. In der dargestellten Figur kann eine große Luftmenge eingesaugt werden, da keine Ver­ wirbelungserzeugungsmittel, wie eine spiralförmige Öffnung oder ähnliches, in den Hauptkanal 110 vorgesehen sind. An dieser Stelle werden die Zustände der Verwirbelungssteuer­ ventile 113a und 113b nicht spezifiziert. Sogar wenn die Verwirbelungssteuerventile 113a, 113b offengehalten werden, sind die durch die Nebeneinlaßkanäle 101a, 101b verlaufenden Luftströmungsraten klein und erzeugen keine Verwirbelung, da die in jedem Kanal strömende Luftströmungsrate ungefähr pro­ portional zu der Querschnittsfläche ist.

Das Kraftstoffeinspritzventil 105 wird derart eingestellt, daß es zwei Sprühnebel 106a, 106b erzeugt, unter Verwendung der Mittel zum Einstellen der Anzahl von Sprühnebel, welche später beschrieben werden, wobei der Bereich 115d mit dem Magergemisch und der Bereich 114d mit dem fetten Gemisch er­ zeugt werden. Zu dieser Zeit befindet sich der Magergemisch­ bereich 115b nur in der Nähe der Wandfläche mit einem nied­ rigen Verbrennungswirkungsgrad, wobei der größte Teil der Brennkammer durch den Fettgemischbereich 114d eingenommen wird, mit einem gleichmäßigen Gemisch. Das Luft-Kraftstoff- Verhältnis wird auf das theoretische Luft-Kraftstoff-Ver­ hältnis von 14,7 eingestellt und wird auf ungefähr 12 ange­ hoben, sofern nötig. Da ausreichend Luft eingesaugt wird, kann die benötigte Ausgangsleistung erhalten werden.

Obwohl in der Ausführungsform nur beschrieben wird, daß das Eingangssteuerventil 107 in einem An/Aus-Zustand betrieben wird, was einem Schließen oder Öffnen des Hauptkanals gleichkommt, ist es selbstverständlich, daß die durch den Hauptkanal 110 strömende Luftströmungsrate in Abhängigkeit von der Einlaßluftströmungsrate gesteuert werden kann, wo­ durch folglich der Bereich zur Erzeugung einer Verwirbelung weiter erweitert werden kann.

Die Fig. 7 zeigt den Betriebszustand einer anderen Art der ersten Ausführungsform während einem Niederlastbetrieb. Der Öffnungsgrad des Einlaßsteuerventils 107 wird in der darge­ stellten Figur auf einen Öffnungsgrad von u1 eingestellt, welcher der gleiche ist wie in dem Niederlastbetrieb der vorangehenden Ausführungsform. Das Verwirbelungssteuerventil 113a wird geschlossen und das Verwirbelungssteuerventil 113b wird offengehalten. Die stromauf des Hauptkanals 110 strö­ mende Luft 108 verläuft durch den Nebeneinlaßkanal 101b zum Erzeugen einer Verwirbelung 111b innerhalb der Brennkammer 103. Da der Durchmesser der aus dem Nebenkanal 101b einge­ spritzten Strömung verglichen zu der Größe der Brennkammer klein ist, kann die durch das Einlaßventil 102 eingesaugte Luftströmung ausreichend abgelenkt werden, um eine starke Verwirbelung 111b bei einer geringen Luftströmungsrate zu bilden.

Das Kraftstoffeinspritzventil 105 wird derart eingestellt, daß nur ein Sprühnebel 106b erzeugt wird, unter Verwendung der Mittel zum Einstellen der Anzahl von Sprühnebel, wie später beschrieben. Zu dieser Zeit zirkuliert die Verwirbe­ lung 111b derart, daß sie den Kraftstoffsprühnebel 106b um­ gibt. Der Sprühnebel wird daher nicht gegen die Wand der Brennkammer 103 gebracht, wobei der erzeugte Bereich mit dem Fettgemisch während der Verbrennung ungefähr auf einen klei­ nen Bereich beschränkt werden kann, wie durch die diagonal schattierte Fläche 114a′ in der Figur dargestellt. Weiterhin wird das fette Gemisch nur in der Nähe der Zündkerze gebil­ det. Der erzeugte Bereich mit dem Magergemisch ist durch die Bezugsziffer 115a′ dargestellt. Durch das Schichtgemisch und die Auswirkung der Verbrennungsverbesserung kann ein besse­ rer Betrieb des Motors ohne Verbrennungsschwankungen erzielt werden, und zwar bis zu einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis von ungefähr 30, wobei der Kraftstoffverbrauch und die Erzeugung von giftigen Abgasen, wie HC, NO_x abgesenkt werden können.

Die Fig. 8 zeigt den Betriebszustand einer anderen Art der ersten Ausführungsform während einem Nieder- und Mittellast­ betrieb. Der Öffnungsgrad des Einlaßsteuerventils 107 wird auf einen Öffnungsgrad von u1 eingestellt, welcher der glei­ che ist wie beim Nieder- und Mittellastbetrieb in der vor­ angehenden Ausführungsform. Die Verwirbelungssteuerventile 113a, 113b werden offengehalten. Die stromauf des Hauptka­ nals 110 strömende Luft 108 verläuft durch die beiden Neben­ einlaßkanäle 101a und 101b zum Erzeugen von zwei Verwirbe­ lungen 111a und 111b innerhalb der Brennkammer 103.

Das Kraftstoffeinspritzventil 105 wird derart eingestellt, daß es einen Sprühnebel 106b erzeugt, unter Verwendung der Mittel zum Einstellen der Anzahl von Sprühnebel, wie später beschrieben. Die Verwirbelung 111b zirkuliert derart, daß der Kraftstoffsprühnebel 106b umgeben wird und der erzeugte Bereich 114b′ mit dem fetten Gemisch wird erzeugt. Anderer­ seits zirkuliert die Verwirbelung 111a derart, daß der er­ zeugte Bereich 114b′ mit dem fetten Gemisch umgeben wird und der erzeugte Bereich 115b′ mit dem Magergemisch nimmt einen größeren Bereich auf, als während dem Nieder- und Mittel­ lastbetrieb. Zu dieser Zeit wird der Sprühnebel nicht in Richtung der Wand der Brennkammer 103 gedrückt, da der Kraftstoffsprühnebel 106b durch die Verwirbelung 111b umge­ ben ist. Dadurch, daß ein sauberes Schichtgemisch erzeugt wird und eine Verwirbelung für eine größere Kraftstoffströ­ mungsrate erzeugt wird als beim Niederlastbetrieb, kann das Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf ungefähr maximal 26 erhöht werden.

Die Fig. 9(a) und 9(b) zeigen den Aufbau und die Betriebs­ weise einer ersten Ausführungsform eines Kraftstoffein­ spritzventils, welches in einer Vorrichtung zur Zufuhr eines Kraftstoff/Luft-Gemisches gemäß der Erfindung verwendet wird. Der Kraftstoff 301 wird durch eine Kraftstoffpumpe, welche nicht in der Figur dargestellt ist, gepumpt. Durch ein Anheben und Öffnen eines Ventils 304, unter Bewegung ei­ nes Kerns 303, wenn Pulsstrom in eine Wicklung 302 strömt, wird der Kraftstoff 301 aus einer Kraftstofföffnung 306 als ein Sprühnebel 305 eingespritzt. Die Kraftstoffmenge wird durch eine Funktion der Strompluszeit in der Wicklung 302 und durch den Durchmesser der Kraftstofföffnung 306 be­ stimmt. Der aus der Kraftstofföffnung 306 ausgegebene Kraft­ stoff wird in zwei Richtungen durch ein Verzweigungsteil 307 verzweigt. Wenn die erforderliche Anzahl der Kraftstoff­ sprühnebelströmungen zwei ist, wird der Sprühnebel 305 in zwei Strömungen verzweigt, um durch die Kanäle 309a und 309b in einem Luftzerstäuber 308 zu verlaufen und wird weiterhin aus den Einspritzdüsen 310a, 310b, wie in der Fig. 9(a) ge­ zeigt, eingespritzt. Der Zerstäuber 308 ist an ein Ein­ spritzventil 315 durch eine Luftgalerie 314 über einen Iso­ lator 313 befestigt.

Andererseits tritt die Luft aus den Luftöffnungen 311 ein, wenn die erforderliche Anzahl der Kraftstoffsprühströmungen eins ist. Der Kraftstoffsprühnebel wird durch die Energie der Luftströmungen aus den Luftöffnungen 311, welche in dem Luftzerstäuber 308 vorgesehen sind, zerstäubt, und gleich­ zeitig durch Strömungen an der Seite des Kanals 309b auf­ grund der Luftströmungen. Dadurch wird die Kraftstoffströ­ mung ein Sprühnebel in eine Richtung, ausgehend von der Ein­ spritzdüse 310b, wie in der Fig. 9(b) gezeigt.

Die Fig. 10(a) und (b) zeigen den Aufbau einer zweiten Aus­ führungsform eines Kraftstoffeinspritzventils. Die Kraft­ stoffmenge wird in einer gleichen Weise wie in der ersten Ausführungsform des Kraftstoffeinspritzventils durch eine Funktion der Stromflußzeit in der Wicklung 302 und den Durchmesser der Kraftstofföffnung 306 bestimmt. In einem Luftzerstäuber 308 ist ein elliptischer, kegelförmiger Kanal 309 vorgesehen. Der aus der Kraftstofföffnung 306 ausge­ brachte Kraftstoff wird in zwei Richtungen verzweigt. Wenn die erforderliche Anzahl der Kraftstoffsprühströmungen zwei ist, wird der Sprühnebel 305, wie in der Fig. 10(a) gezeigt, in zwei Strömungen verzweigt, um durch einen Kanal 309 in dem Luftzerstäuber 308 zu verlaufen und wird weiterhin durch eine Einspritzdüse 310 eingespritzt.

In einem Fall, in dem die erforderliche Anzahl der Kraft­ stoffsprühströmungen eins ist, tritt die Luft durch Luftöff­ nungen 311 ein. Der Kraftstoffsprühnebel wird, wie in der Fig. 10(b) gezeigt, durch die Energie der Kraftstoffströmun­ gen aus den Luftöffnungen 311 zerstäubt, welche in dem Luft­ zerstäuber 308 vorgesehen sind und gleichzeitig durch Strö­ mungen an der Seite des Kanals 309b aufgrund der Luftströ­ mungen. Die Kraftstoffströmung wird dadurch ein Sprühnebel mit einer Ein-Richtungsströmung ausgehend von der Einspritz­ düse 310b und es wird nahe einer Zündkerze 104 in einer Brennkammer 103 ein fettes Gemisch erzeugt, wie in der Fig. 1 dargestellt.

Die Fig. 11(a) und (b) zeigen den Aufbau einer dritten Aus­ führungsform eines Kraftstoffeinspritzventils. In dieser Fi­ gur ist der Aufbau stromauf der Kraftstofföffnung 306 der gleiche, wie in den vorangehenden Ausführungsformen. Inner­ halb eines Kraftstoffkanals 309a, welcher einer der Kraft­ stoffkanäle 309a und 309b darstellt, ist ein Mikroventil 312 zum Drosseln des Kraftstoffkanals 309a vorgesehen. In einem Fall, in dem die erforderliche Anzahl der Kraftstoffsprüh­ strömungen zwei ist, wird das Mikroventil 312 offengehalten, wie in der Fig. 11(a) gezeigt und in einem Fall, in dem die erforderliche Anzahl der Kraftstoffsprühströmungen eins ist, wird das Mikroventil 312 geschlossen. Durch einen derartigen Aufbau wird die Kraftstoffsprühung durch die Energie der Luftströmungen von den Luftöffnungen 311, welche in dem Luftzerstäuber 308 vorgesehen sind, zerstäubt und gleichzei­ tig kann die Anzahl der Sprühströmungen verändert werden. Außerdem ist es möglich das Erfordernis der Gemischschich­ tung in der Brennkammer 103, wie in der Fig. 1 dargestellt, und einer schnellen Bildung des Gemisches durch die Zerstäu­ bung des Kraftstoffsprühnebels zu vereinen. Dadurch kann eine Magerverbrennung verbessert werden.

Die Fig. 12 und 13 zeigen den Aufbau einer zweiten Ausfüh­ rungsform einer Vorrichtung zur Zufuhr eines Kraftstoff/ Luft-Gemisches für eine Brennkraftmaschine gemäß der Erfin­ dung. Obwohl der Aufbau eines Verwirbelungserzeugungsmecha­ nismus im wesentlichen der gleiche ist, wie der Aufbau der in der Fig. 1 gezeigten ersten Ausführungsform, sind in die­ ser Ausführungsform die beiden Kraftstoffeinspritzventile 105a, 105b im stromaufliegenden Abschnitt von zwei Einlaß­ ventilen derart vorgesehen, daß sie eine Ausrichtung auf die innenliegenden Abschnitte der beiden Einlaßventile ermögli­ chen. In einem Fall, in dem die Anzahl der Kraftstoffsprüh­ strömungen eins ist, wird das Pulssignal von einem Computer 201 nur zu dem Kraftstoffeinspritzventil 105a geliefert. Da­ durch wird der Kraftstoffsprühnebel zur Durchführung der Schichtverbrennung verändert.

Die Fig. 14 ist ein Flußdiagramm einer Ausführungsform zum Einstellen der Zustände des Steuerventils und des Kraft­ stoffeinspritzventils, wenn die Vorrichtung zur Zufuhr des Kraftstoff/Luft-Gemisches für eine Brennkraftmaschine gemäß der Erfindung für einen in einem Fahrzeug montierten Motor verwendet wird. Zunächst wird eine Fahrerabsicht erfaßt und die gewünschte Drehzahl und das gewünschte Motormoment wer­ den berechnet. Die Absicht des Fahrers wird durch einen Wert ausgedrückt, welcher als eine nötige Antriebswellenleistung aus z. B. dem Grad des Niederdrückens oder der Änderung des Niederdrückgrads eines Gaspedals berechnet wird. Ein Be­ triebszustand des Motors, d. h. die Drehzahl und das erfor­ derliche Drehmoment werden nun aus diesem Wert und der In­ formation betreffend der Drehzahl des Fahrzeugs der Schalt­ stellung berechnet. Dann wird basierend auf dieser Informa­ tion eine optimale Verwirbelung und die Anzahl und Richtung der Sprühnebelströmungen unter den eingestellten Bedingungen unter Bezug auf eine Tabelle ausgelesen.

Zunächst wird beurteilt, ob die Betriebsbedingung des Motors in einen Hochlastbereich fällt. Wenn die Betriebsbedingung in einem Hochlastbereich ist, wird der Öffnungsgrad des Steuerventils 107 in der Fig. 1 auf u2 eingestellt und die Richtung der Sprühnebelströmungen wird auf die zwei Richtun­ gen eingestellt, bei einem Vermindern der Derivation (Ablen­ kung) durch ein Abschneiden oder ein Vermindern der Luft­ strömung durch die Luftöffnungen 311, wie in der Fig. 7 ge­ zeigt. Wenn sich der Motor nicht in dem Hochlastbereich be­ findet, wird die Öffnung des Steuerventils 107 auf den Win­ kel u1 eingestellt, gezeigt in den Fig. 3 bis 5, wobei dann die Datenverarbeitung zum Einstellen der Verwirbelung und des Sprühnebels fortschreitet.

Beim Einstellen der Verwirbelung und des Sprühnebels wird zunächst beurteilt, ob sich die Betriebsbedingung in einem Bereich überhalb dem Nieder- und Mittellastbereich befindet. Wenn sie sich überhalb dem Nieder- und Mittelbetriebsbereich befindet, wird die Richtung der Sprühströmungen auf die zwei Richtungen durch ein Öffnen der Verwirbelungssteuerventile 113a, 113b eingestellt. Ferner wird beurteilt, ob sich die Betriebsbedingung in dem Mittel- und Hochlastbereich befin­ det. Wenn sie sich in dem Mittel- und Hochlastbereich befin­ det, wird die Richtung der Sprühströmungen auf die zwei Richtungen eingestellt, und zwar durch ein Absenken der Luftströmung durch die Luftöffnungen 311 auf die gleiche Weise, wie im Fall des Hochlastbereichs. Wenn sich der Motor nicht in dem Mittel- und Hochlastbereich befindet, ist die Betriebsbedingung folglich in dem Nieder- und Mittellastbe­ reich und daher wird die Richtung der Sprühströmung auf eine Richtung dadurch eingestellt, daß die Luftströmungsrate, welche durch die Luftöffnungen 311 strömt, angehoben wird.

Wenn der Betriebszustand des Motors nicht in einem Bereich überhalb des Nieder- und Mittellastbereichs ist, befindet sich der Motor folglich in dem Niederlastbereich und die Richtung der Sprühströmung wird auf die Einrichtungsverwir­ belung durch das Öffnen des Verwirbelungssteuerventils 113a und ein Schließen des Verwirbelungssteuerventils 113b einge­ stellt. Ferner wird die Luftströmungsrate, welche durch die Luftöffnungen 311 strömt, angehoben und die Anzahl der Sprühströmungen wird auf eine solche Strömung eingestellt.

Da die Bedingungen betreffend der Verwirbelung und dem Kraftstoff bestimmt sind, wird das Soll-Luft-Kraftstoff-Ver­ hältnis unter Bezug auf eine Luft-Kraftstoff-Tabelle über die Drehzahl und das Drehmoment bestimmt. Basierend auf dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis wird der Öffnungsgrad der Dros­ selklappe (nicht gezeigt) bestimmt und die Luftströmungsrate wird eingestellt. Dadurch wird die Kraftstoffströmungsrate eingestellt, wobei das Einstellen basierend auf dem Kraft­ stoffeinspritztiming und dem Zündtiming durchgeführt wird, entsprechend dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis, unter Verwen­ dung von Mitteln wie einer Tabelle oder ähnlichem. Durch obige Vorgehensweise kann die Erzeugung einer optimalen Ver­ wirbelung und eines optimalen Gemischs in der Brennkammer entsprechend der Betriebsbedingung realisiert werden.

Die Fig. 15 und 16 zeigen eine Ausführungsform des Betriebs, bei der die Kraftstoffeinspritzeinstellung, die Zündzeit­ punkteinstellung und die Richtung der Kraftstoffeinspritzung entsprechend der Stärke der Verwirbelung variiert werden. Als Kraftstoffeinspritzventil 105 wird ein luftgestütztes Einspritzventil verwendet. Das luftgestützte Einspritzventil kann die Zerstäubung des Kraftstoffs durch eine Luftströmung fördern und die Anzahl der Sprühströmungen sowie die Rich­ tung der Kraftstoffeinspritzung durch die Luft für die Zer­ stäubung ändern. Die Fig. 15 stellt einen Fall dar, bei dem keine Verwirbelung erzeugt wird. Die Luft 108 tritt von dem Hauptkanal 110 ein und die Luftgeschwindigkeit ist ver­ gleichsweise langsam, bei einer ebenso langsamen Verbren­ nungsgeschwindigkeit. Um eine gute Zündung zu erzielen, wenn sich ein Kolben 112 nahe dem oberen Totpunkt in einem Ver­ dichtungshub bewegt, sollte die Kraftstoffeinspritzeinstel­ lung und ebenso die Zündeinstellung verfrüht werden, die Richtung des Kraftstoffsprühnebels 106 wird etwas unterhalb einer Linie eingestellt, welche zwischen dem Kraftstoffein­ spritzventil 105 und den beiden Einlaßventilen 102, 102 in der Figur verläuft, wobei viel Kraftstoffin diese Richtung eingespritzt wird. Wenn dies derart durchgeführt wird, wird ein fettes Gemisch nahe der Zündkerze 104 gebildet. Die Fig. 16 stellt einen Fall dar, in dem die Verwirbelung erzeugt wird. Die Luft 108 tritt aus dem Nebeneinlaßkanal 101 ein und eine Verwirbelung mit einer großen Geschwindigkeit wird gebildet. Die Verbrennungsgeschwindigkeit wird ebenso schnell. Um eine gute Zündung zu erreichen, wenn sich ein Kolben 112 nahe dem oberen Totpunkt in einem Verdichtungshub bewegt, sollte die Kraftstoffeinspritzeinstellung verglichen zu der im Fall der Fig. 15 etwas verzögert sein. Das gleiche gilt für die Zündeinstellung. Da sich die Kraftstoffströmung und die eingesaugte Luftströmung nur schwer stören können ist die Richtung der Kraftstoffsprühnebels 106 derart einge­ stellt, daß sie auf die beiden Einlaßventile 102, 102 mehr direkter gerichtet ist, als im Fall der Fig. 15. Dadurch wird die Vermischung des Kraftstoffs und der Luft verbessert und es kann verhindert werden, daß sich der Kraftstoffsprüh­ nebel an die Innenwand des Einlaßrohrs 110 und an die Innen­ wand des Zylinders 103 anlegt bzw. daran anhaftet.

Die Fig. 17 zeigt den Grenzbereich des mageren Luft-Kraft­ stoff-Verhältnisses und den möglichen Bereich des Motorbe­ triebs mit den Variablen der Motordrehzahl und dem Motormo­ ment, wenn die Anzahl der zu verwendenden Nebeneinlaßkanäle und die Anzahl der Kraftstoffeinspritzungen gemäß dem in der Fig. 14 gezeigten Flußdiagramm unter Verwendung des Aufbaus der ersten Ausführungsform variiert werden. Die Fig. 18 zeigt den Grenzbereich des mageren Luft-Kraftstoff-Verhält­ nisses und den möglichen Bereich des Motorbetriebs, wenn die Anzahl der Kraftstoffeinspritzungen auf zwei verwendet wird, unter Verwendung des Aufbaus der ersten Ausführungsform. Die Fig. 19 zeigt den Grenzbereich des mageren Luft-Kraftstoff- Verhältnisses und den möglichen Bereich des Motorbetriebs für einen konventionellen Motor mit einem Verwirbelungser­ zeugungsmechanismus. Die Fig. 20 zeigt den Grenzbereich des mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnisses und den möglichen Be­ reich des Motorbetriebs für einen konventionellen Motor ohne irgendeinen Verwirbelungserzeugungsmechanismus.

In jeder dieser Figuren gibt der Bereich außerhalb der dia­ gonal schattierten Bereiche den Bereich an, in dem der Be­ trieb mit jedem der Aufbauten bei der Drehzahl und dem Dreh­ moment nicht möglich ist. Die Bezugsziffern in den Figuren geben die Grenze des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses in diesen Bereichen an. Unter Bezug auf die Fig. 17 wird es ersicht­ lich, daß der Betriebsbereich des Motors mit mageren Luft- Kraftsoff-Verhältnissen gemäß der Erfindung größer ist als der bei anderen Fällen. Insbesondere ist der Grenzbereich des Motorbetriebs bei mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnissen während dem Niederlastbetrieb groß, was zu einem verminder­ ten Kraftstoffverbrauch und weniger Abgasen der Zusammen­ setzung HC, NO_x führt. Ferner kann der erfindungsgemäße Mo­ tor die Maximalleistung auf dem gleichen Niveau halten, wie der Motor ohne irgendeinen Verwirbelungserzeugungsmechanis­ mus.

An dieser Stelle sei festgehalten, daß die vorliegende Er­ findung nicht auf die vorgenannten Ausführungsformen be­ schränkt ist und daß verschiedene Änderungen des Aufbaus ohne den Schutzbereich der in den Patentansprüchen angegebe­ nen Erfindung zu verlassen möglich sind.

Obwohl in der Ausführungsform zwei Nebeneinlaßkanäle be­ schrieben wurden, ist der erfindungsgemäße Aufbau nicht in der Anzahl dieser Kanäle beschränkt und es ist offensicht­ lich, daß irgendeine beliebige Nummer von zumindest einem Nebeneinlaßkanal eine Verwirbelung erzeugen können. Obwohl die Fälle beschrieben wurden, bei denen die Verwirbelungsan­ zahl eins und zwei ist, können mehrere Verwirbelungen durch das variable Einstellen der Positionen und der Richtungen der Nebeneinlaßkanäle für jeden Öffnungsabschnitt erzeugt werden. Ferner kann die Anzahl der Kraftstoffeinspritzungen die Anzahl der Verwirbelungen erhöhen, obwohl Kraftstoffein­ spritzungen mit der Anzahl eins und zwei beschrieben wurden. Sogar in einem solchen Aufbau, bei dem die Schichtverbren­ nung realisiert werden soll, kann zumindest eine Sprühströ­ mung ausreichend sein. In jedem Fall haftet der Kraftstoff nicht an der Wand der Brennkammer, soweit die Verwirbelung und der Kraftstoffsprühnebel derart eingestellt sind, daß die Verwirbelung den Kraftstoffsprühnebel dreidimensional umgibt, und es kann ein vorteilhaftes Gemisch gebildet wer­ den.

In jedem dieser Fälle kann durch ein Variieren der Kraft­ stoffeinspritzeinstellung, usw., das Gemisch aus Luft und Kraftstoff verbessert und es kann eine optimale Verbrennung erzielt werden.

Aus der obenstehenden Beschreibung soll verständlich werden, daß erfindungsgemäß mehrere Verwirbelungen in der Brennkam­ mer erzeugt werden können, wobei die in der Brennkammer er­ zeugten Verwirbelungen auf eine geeignete Stärke über einen breiten Betriebsbereich eingestellt werden können und wobei die Magerverbrennungsgrenze ausgeweitet werden kann. Weiter­ hin kann der Gehalt an gesundheitsschädlichen Komponenten, wie HC, NO_x, usw., in dem Abgas vermindert werden und es kann eine Absenkung der Ausgangsleistung durch das Ansaugen von einer großen Menge von Luft während einem Hochlastbe­ trieb dadurch verhindert werden, daß Bauteile vermieden wer­ den, welche die Querschnittsfläche des Hauptluftströmungska­ nals vermindern.

Claims (28)

1. Vorrichtung zur Zufuhr eines Kraftstoff/Luft-Gemisches für Brennkraftmaschinen mit einem Einlaßkanal, der in eine Brennkammer (103) in einem Zylinder öffnet, einem Einlaßventil (102), der an einer Verbindung zwischen dem Einlaßkanal und der Brennkammer (103) angeordnet ist, einem Kraftstoffeinspritzventil (105) zum Ein­ spritzen von zumindest einer verzweigten Kraftstoff­ strömung (106a, b) in Richtung auf das Einlaßventil (102) und mit Verwirbelungserzeugungsmitteln zum Erzeu­ gen einer Verwirbelungsströmung in dem Gemisch in der Brennkammer (103), durch ein Steuern der Drosselung des Einlaßkanals, dadurch gekennzeichnet, daß die Verwirbelungserzeugungsmittel einen Hauptkanal (110) enthalten, welcher den Einlaßkanal bildet, wei­ terhin zumindest einen Nebeneinlaßkanal (101a, b), der zur Bildung eines Bypasskanals des Hauptkanals (110) vorgesehen und derart ausgebildet ist, daß die Gesamt­ summe der Querschnittsflächen kleiner ist als die Quer­ schnittsfläche des Hauptkanals (110), einem Einlaßsteu­ erventil (107) zum Steuern der Drosselung des Hauptka­ nals (110), Mittel zum Durchführen der Steuerung zum Drosseln des zumindest einen Nebeneinlaßkanals (101a, b), Mittel zum Durchführen der Steuerung der Änderung der Anzahl der zu verwendenden Nebeneinlaßkanäle (101a, b) und der Querschnittsfläche von jedem der Nebenein­ laßkanäle (101a, b) entsprechend dem Betriebszustand des Motors, und Mittel zum Durchführen der Steuerung zum Variieren der Richtung der Kraftstoffeinspritzung und der Anzahl der Kraftstoffeinspritzungen, entspre­ chend dem Betriebszustand des Motors.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zum Beurteilen des Betriebszustands des Mo­ tors unter Verwendung der Drehzahl und des Drehmoments des Motors vorgesehen sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Mittel zum Durchführen der Steuerung zur Änderung der Kraftstoffeinspritzrichtung und der Anzahl der Kraftstoffeinspritzungen derart steuern, daß die Verwirbelungsströmung immer zum Umschließen der Kraftstoffströmung zirkuliert, wenn die Verwirbelung erzeugt wird.

4. Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß wenn der Einlaß von den mehreren Nebeneinlaßkanälen (101a, b) zumindest zwei Verwirbelungen mit verschiedenen verwirbelungsbildenden Oberflächen erzeugt und sich der Motor in einem Nieder­ lastbetriebszustand befindet, die Mittel zum Durchfüh­ ren einer Steuerung zum Variieren der Anzahl der zu verwendenden Nebeneinlaßkanäle (101a, b) und der Quer­ schnittsfläche von jedem der Nebeneinlaßkanäle (101a, b) und die Mittel zum Durchführen einer Steuerung zum Variieren der Richtung der Kraftstoffeinspritzung und der Anzahl der Kraftstoffeinspritzungen eine derartige Steuerung durchführen, daß zumindest eine der Verwirbe­ lungen in einem Abschnitt gebildet wird, welcher nicht mit dem Kraftstoffsprühstrahl in eine störende Bezie­ hung tritt.

5. Vorrichtung zur Zufuhr eines Kraftstoff/Luft-Gemisches für Brennkraftmaschinen mit einem Einlaßkanal, der in eine Brennkammer (103) in einem Zylinder geöffnet ist, einem Einlaßventil (102), der an einer Verbindung zwi­ schen dem Einlaßkanal und der Brennkammer (103) vorge­ sehen ist, einem Kraftstoffeinspritzventil (105) zum Einspritzen von zumindest einer verzweigten Sprühströ­ mung in Richtung auf das Einlaßventil (102) und Verwir­ belungserzeugungsmitteln zum Erzeugen einer Verwirbe­ lungsströmung in dem Gemisch in der Brennkammer (103) durch ein Steuern der Drosselung des Einlaßkanals, dadurch gekennzeichnet, daß die Verwirbelungserzeugungsmittel einen Hauptkanal (110) enthalten, der den Einlaßkanal bildet, weiterhin zumindest einen Nebeneinlaßkanal (101a, b), welcher zur Bildung eines Bypasskanals des Hauptkanals (110) vorge­ sehen ist und derart ausgebildet ist, daß die Gesamt­ summe der Querschnittsflächen kleiner ist, als die Querschnittsfläche des Hauptkanals (110), weiterhin ein Einlaßsteuerventil (107) zum Steuern der Drosselung des Hauptkanals (110), Mittel zum Durchführen einer Steue­ rung zum Drosseln des zumindest einen Nebeneinlaßkanals (101a, b) und Mittel zum Erzeugen einer Verwirbelung mit variierender Stärke der Verwirbelung entsprechend dem Betriebszustand des Motors.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zum Variieren von jedem der Kraftstoffsprüh­ strömungsraten entsprechend der Stärke der Verwirbelung vorgesehen sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß Mittel zum Variieren der Kraftstoffein­ spritzeinstellungen entsprechend der Stärke der Verwir­ belung vorgesehen sind.

8. Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zum Variieren der Kraftstoffeinspritzrichtungen entsprechend der Stärke der Verwirbelung vorgesehen sind.

9. Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zum Variieren der Zündeinstellung entsprechend der Stärke der Verwirbe­ lung vorgesehen sind.

10. Brennkraftmaschine und Vorrichtung zur Zufuhr eines Kraftstoff/Luft-Gemisches für Brennkraftmaschinen mit einem Einlaßkanal, der mit einer Brennkammer (103) in jedem der Zylinder einer Brennkraftmaschine verbunden ist, einem Einlaßventil (102) zum Zuführen von Luft aus dem Einlaßkanal in die Brennkammer (103) durch ein Öff­ nen während des Einlaßhubs von jedem der Zylinder, vor­ gesehen zwischen dem Einlaßkanal der Brennkammer (103), einem Einspritzventil (105) zur Zufuhr von Kraftstoff in die Brennkammer (103) in jedem der Zylinder, und Verwirbelungserzeugungsmitteln zum Erzeugen einer Vor­ texströmung in einem Kraftstoff/Luft-Gemisch in der Brennkammer (103), dadurch gekennzeichnet, daß die Verwirbelungserzeugungsmittel einen Hauptkanal (110) enthalten, der den Einlaßkanal bildet, weiterhin zumindest einen Nebeneinlaßkanal (101a, b), welcher zur Bildung eines Bypasskanals in dem Hauptkanal (110) vor­ gesehen und derart ausgebildet ist, daß die Gesamtsumme der Querschnittsflächen kleiner ist, als die Quer­ schnittsfläche des Hauptkanals (110), und Mittel zum Durchführen einer Steuerung zum Variieren der Anzahl der zu verwendenden Nebeneinlaßkanäle (101a, b) und der Querschnittsfläche von jeder der Nebeneinlaßkanäle (101a, b) entsprechend dem Betriebszustand der Brenn­ kraftsmaschine.

11. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zur Beurteilung des Betriebszustands des Mo­ tors unter Verwendung der Drehzahl und dem erzeugten Drehmoment des Motors vorgesehen sind.

12. Brennkraftmaschine und eine Vorrichtung zur Zufuhr eines Kraftstoff/Luft-Gemisches für Brennkraftmaschinen mit einem Einlaßkanal, der mit einer Brennkammer (103) in jedem der Zylinder einer Brennkraftmaschine verbun­ den ist, einem Einlaßventil (102) zum Zuführen von Luft von dem Einlaßkanal in die Brennkammer (103) durch ein Öffnen von jedem der Zylinder während dem Einlaßhub, wobei die Öffnung zwischen dem Einlaßkanal und der Brennkammer (103) vorgesehen ist, einem Kraftstoffein­ spritzventil (105) zum Zuführen von Kraftstoff in die Brennkammer (103) in jedem der Zylinder, dadurch gekennzeichnet, daß eine Luft- oder Kraftstoff/Luft-Gemisch-Zufuhreinheit mit einer Einspritzdüse (310a, b) zum Erzeugen einer dünnen Luft- oder Kraftstoff/Luft-Gemisch-Strömung ge­ richtet auf das Einlaßventil (102) vorgesehen ist, wo­ bei der Durchmesser der Einspritzdüse (310a, b) kleiner ist als der Durchmesser des Einlaßventils (102).

13. Brennkraftmaschine und Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeit der Luft oder des Kraftstoff/Luft-Gemisches, welches der Brennkammer durch die Luft- oder Kraftstoff/Luft-Ge­ misch-Zufuhreinheit zugeführt wird größer ist, als die Geschwindigkeit der Luft oder des Kraftstoff/Luft-Gemi­ sches, das zu dem Einlaßventil (102) durch den Einlaß­ kanal strömt.

14. Brennkraftmaschine und Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Kraftstoffein­ spritzventil (105) derart montiert ist, daß es Kraft­ stoff in Richtung auf das Einspritzventil (102) ein­ spritzt.

15. Brennkraftmaschine und Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest zwei der Einlaßventile (102) für jeden der Zylinder vorgesehen sind und eine Kraftstoffströmung auf jedes der Einlaßventile (102) gerichtet ist.

16. Brennkraftmaschine und Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuereinheit zum Steuern der Strömungsrichtung des aus dem Kraftstoffeinspritzventil (105) einge­ spritzten Kraftstoffs entsprechend dem Betriebszustand des Motors.

17. Brennkraftmaschine und Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuereinheit zum Steuern der Anzahl der aus dem Kraftstoffeinspritzventil (105) eingespritzten Kraft­ stoffströmungen entsprechend dem Betriebszustand der Brennkraftmaschine.

18. Brennkraftmaschine und Vorrichtung zur Zufuhr eines Kraftstoff/Luft-Gemisches für Brennkraftmaschinen mit einem Einlaßkanal, der mit einer Brennkammer (103) in jedem der Zylinder einer Brennkraftmaschine verbunden ist, einem Einlaßventil (102) zum Einführen von Luft aus dem Einlaßkanal in die Brennkammer (103) durch das Vorsehen einer Öffnung während dem Einlaßhub von jedem der Zylinder zwischen dem Einlaßkanal und der Brennkam­ mer (103), einer Luftzufuhreinheit mit einer Einspritz­ düse (310a, b) zum Erzeugen einer dünnen Luftströmung mit einer Richtung auf das Einlaßventil (102), wobei der Durchmesser der Einspritzdüse (310a, b) kleiner ist als der Durchmesser des Einlaßventils (102), und einem Kraftstoffeinspritzventil (105) zur Zufuhr von Kraft­ stoff in die Luftströmung, welche aus der Luftzufuhr­ einheit ausgegeben wird.

19. Brennkraftmaschine und Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die durch die Luftzufuhr­ einheit zugeführte Luftgeschwindigkeit größer ist als die Geschwindigkeit der Luft, welche durch das Einlaß­ ventil (102) durch den Einlaßkanal strömt.

20. Brennkraftmaschine und Vorrichtung nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß das Kraftstoffein­ spritzventil (105) zum Einspritzen des Kraftstoffs in Richtung auf das Einlaßventil (102) montiert ist.

21. Brennkraftmaschine und Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest zwei Einlaßventile (102) für jeden Zylinder vorgesehen sind und eine Kraftstoffströmung auf jedes der Einlaßventile (102) eingerichtet ist.

22. Brennkraftmaschine und Vorrichtung zur Zufuhr eines Kraftstoff/Luft-Gemisches für Brennkraftmaschinen gemäß zumindest einem der Ansprüche 18 bis 21, dadurch ge­ kennzeichnet, daß eine Steuereinheit zum Steuern der Strömungsrichtung des aus dem Kraftstoffeinspritzventil (105) eingespritzten Kraftstoffs entsprechend dem Be­ triebszustand des Motors.

23. Brennkraftmaschine und Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 18 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuereinheit zum Steuern der Anzahl der aus dem Kraftstoffeinspritzventil (105) eingespritzten Kraft­ stoffströme entsprechend dem Betriebszustand des Motors vorgesehen ist.

24. Brennkraftmaschine und Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 18 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftzufuhreinheit eine Luftströmung auf jedes der Einlaßventile (102) richtet.

25. Brennkraftmaschine und Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 18 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuereinheit zum Steuern der Strömungsrichtung der aus der Luftzufuhreinheit strömenden Luft entspre­ chend dem Betriebszustand des Motors vorgesehen ist.

26. Brennkraftmaschine und Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 18 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuereinheit zum Steuern der Strömungsstärke der aus der Luftzufuhreinheit strömenden Luft entsprechend dem Betriebszustand der Brennkraftmaschine vorgesehen ist.

27. Brennkraftmaschine und Vorrichtung zur Zufuhr eines Kraftstoff/Luft-Gemisches für eine Brennkraftmaschine, mit einer Verwirbelungserzeugungseinheit zum Erzeugen von mehreren Verwirbelungen in einer Brennkammer (103) eines Zylinders.

28. Brennkraftmaschine und Vorrichtung zur Zufuhr eines Kraftstoff/Luft-Gemisches für Brennkraftmaschinen, mit einer Verwirbelungssteuereinheit zum Steuern der Stärke einer Verwirbelung, die in einer Brennkammer (103) ei­ nes Zylinders erzeugt wird.