DE69409304T2 - Feuerungsregler für eine fremdgezündete Zweitakt-Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verbrennungssteuereinrichtung für einen fremdgezündeten Zweitaktmotor, die wenigstens bei einem Niedriglastbetrieb eine Verbrennung des frischen Gemisches in der Verbrennungskammer durch Selbstzündung, d.h. eine Verbrennung bei aktiv-thermischer Atmosphäre bewirkt.
• Bei einem Zweitaktmotor mit Fremdzündung, bei welchem eine Auslaßöffnung und eine Spülöffnung, die durch einen Kolben geöffnet und geschlossen werden, in einer Innenumfangsfläche einer Zylinderbohrung ausgebildet sind, in einer Kurbelkammer verdichtetes frisches Gemisch von der Spülöffnung in eine Zylinderkammer zugeführt wird, und abgebranntes Gas aus der Auslaßöffnung abgegeben wird, so daß in der Zylinderkammer verdichtetes frisches Gemisch mittels einer Zündkerze gezündet wird, tritt bei niedriger bis mittlerer Last oftmals eine unregelmäßige Verbrennung aufgrund von unbeabsichtigten Fehlzündungen auf. Dies kann eine abnormale Motorvibration und einen gesteigerten Gehalt an unverbrannten Kohenwasserstoffen im Abgas zur Folge haben, was zu einem erhöhten Kraftstoffverbrauch führt.
• Um das obige Problem zu lösen, wurde eine Verbrennung bei aktiv-thermischer Atmosphäre vorgeschlagen. Die Verbrennung bei aktiv-thermischer Atmosphäre ist eine Methode, um selbst bei einer niedrigen Last eine gute Verbrennung durch Aktivieren des frischen Gemisches in der Verbrennungskammer mit der in dem Restgas des vorhergegangenen Zyklus enthaltenen thermischen Energie für eine viel leichtere Zündung und zum Bewirken einer Selbstzündung am Ende des Verdichtens zu erzielen.
• Beispielsweise offenbart die japanische Patentveröffentlichung Nr. 38766/1981 einen fremdgezündeten Zweitaktmotor, der die oben erwähnte Verbrennung mit aktiv-thermischer Atmosphäre verwendet. Bei diesem Motor wird frisches Gemisch mit einer hohen Geschwindigkeit in den Spülkanal strömen gelassen, um flüssigen Kraftstoff in ausreichendem Maße in die Gasphase zu bringen, und dann mit viel niedrigerer Geschwindigkeit der Verbrennungskammer zugeführt, um Radikale in der Gasphase in dem Bereich zu erzeugen, in dem frisches Gemisch mit restlichem abgebranntem Gas in der Verbrennungskammer in Kontakt tritt.
• Überdies offenbart das Dokument FR-A-25 1 5 260 einen Zweitaktmotor, der eine Verbrennung mit aktiv-thermischer Atmosphäre für einen Niedriglastbetrieb verwendet und die Merkmale entsprechend dem Oberbegriff von Anspruch 1 aufweist.
• Die erzeugte aktiv-thermische Atmosphäre wird bis zum Ende des Verdichtungshubs zur Selbstzündung ohne eine Zündkerze gehalten. Um den Zustand der aktiv-thermischen Atmosphäre bis zum Ende des Verdichtungshubs aufrechtzuerhalten, ist es erforderlich, eine Störung und eine Strömung des restlichen abgebrannten Gases in der Verbrennungskammer in hohem Maße zu reduzieren. Dementsprechend ist der Auslaßkanal mit einem Auslaßsteuerventil versehen, um eine rasche Abgabe des Abgases aus der Auslaßöffnung oder eine Auslaßpulsationsstörung zu verhindern, welche eine derartige Störung oder Strömung hervorrufen können.
• Bei dem Motor entsprechend dem Dokument JP 38766/1981 wird - da das Auslaßsteuerventil vor jesehen ist, um eine Störung und Strömung des obigen restlichen abgebrannten Gases bei Niedriglastbetrieb mit einer Verbrennung bei aktiv-thermischer Atmosphäre zu reduzieren - es graduell geöffnet, bis der Grad des geöffneten Bereichs des Drosselventus (Drosselventilöffnungsgrad) 30 % erreicht, und wird vollständig geöffnet gehalten, wenn der Öffnungsgrad des Drosselventils für einen Hochlastbereich 30 % übersteigt. Wenn der Motor nur bei Niedriglast verwendet wird, so kann dieses Auslaßsteuerventil dementsprechend durch eine Verengung mit einer festgelegten Verengungsfläche ersetzt werden.
• Auch bei dem Motor nach dem Dokument FR-A-25 15 260 ist das Auslaßsteuerventil vorgesehen, um eine Störung und eine Strömung des restlichen abgebrannten Gases zur Auslaßöffnung zu reduzieren, und ist ebenfalls nur abhängig von der Drosselventilöffnung betrieben.
• Ferner offenbart das Dokument EP-A-287 038 eine Verbrennungssteuereinrichtung für einen Zweitaktmotor, der ausschließlich eine Fremdzündung verwendet. Hierbei ist vorgeschlagen, die zeitliche Abstimmung des Motorauslasses in Abhängigkeit von der Motordrehzahl und der Drosselventilöffnung zu verändern, wobei ein Auslaßsteuerventil dazu wirkt, einen oberen Abschnitt einer Auslaßöffnung zu öffnen und zu schließen, indem die Position des oberen Endes der Auslaßöffnung vertikal bewegt wird, wobei dieses Ventil nicht derart vorgesehen ist, daß der Auslaßkanal im wesentlichen vollständig geschlossen werden kann.
• Zudem leidet ein fremdgezündeter Zweitaktmotor an einem "Vorbeiströmen" (engl.: blow-by), bei dem ein Teil des frischen Gemisches bei einem Aufwärtshub des Kolbens während dem Zeitraum vom Schließen der Spülöffnung zum Schließen der Auslaßöffnung aus der Auslaßöffnung abgegeben wird. Um das Vorbeiströmen frischen Gemisches zu reduzieren, kann die Auslaßöffnung mit einem Auslaßsteuerventil versehen werden, so daß der obere Teil der Auslaßöffnung für einen Niedriglastbetrieb des Motors geschlossen ist, während die Auslaßöffnung für einen Betrieb bei mittlerer bis hoher Last vollständig geöffnet ist, und die zeitliche Abstimmung des Öffnens und Schließens für die Auslaßöffnung kann unterschiedlich verändert werden.
• Die japanische Gebrauchsmusterveröffentlichung Nr.54336/1 981 offenbart als ein derartiges Auslaßsteuerventil ein Drehsteuerventil mit einem Hauptabschnitt von im wesentlichen Trommelform mit einem ausgesparten Bogen längs der lnnenumfangswand des Zylinders, wobei die Oberfläche des Hauptabschnitts so nah wie möglich an einer Auslaßöffnung angeordnet ist. Die Hauptfläche des Steuerventils wirkt im wesentlichen als ein oberer Rand der Auslaßöffnung und der Hauptabschnitt ist ausgehöhlt, um im wesentlichen die gleiche Form wie die Wandungsfläche des Auslaßkanals zu besitzen, wenn das Steuerventil ganz offen ist.
• Die japanische Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift Nr. 23523/1987 offenbart ein über einem Auslaßkanal angeordnetes Auslaßsteuerventil, welches sich von einer Auslaßöffnung nach außen zu einer Innenoberfläche eines Zylinders erstreckt, wobei eine Steuerfläche im wesentlichen die gleiche Krümmung wie die Innenfläche des Zylinders besitzt und zu der Innenfläche des Zylinders am schwenkbaren Ende des Ventilkörpers paßt, welcher durch eine orthogonal zur Zylinderachse angeordnete Welle schwenkbar gelagert ist. Der obere Teil des Auslaßkanals ist mit einer Aussparung versehen, um den Ventilkörper aufzunehmen, wenn der Auslaßkanal vollständig geöffnet ist.
• Zudem offenbart die japanische Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift Nr. 33426/1 991 auch ein Auslaßsteuerventil, bei welchem - ähnlich zu dem vorigen - eine Steuerfläche (eine Strömungsabstellabdeckung) am schwenkbaren Ende eines Ventilkörpers (Hauptkörper) zum Schwenken in einem Auslaßkanal gelagert ist. Bei der soeben erwähnten Veröffentlichung ist die Steuerfläche in Form eines flexiblen Blechs vorgesehen, welches in einem in der oberen Wand des Auslaßkanals vorgesehenen, schlitzartigen Hohlraum aufgenommen wird.
• Die Fig. 7 und 8 der zuvor erwähnten Veröffentlichung zeigen eine Anordnung, bei welcher in einem Auslaßkanal ein Gehäuse vorgesehen ist, und der schlitzartige Hohlraum durch einen Zwischenraum zwischen der Außenoberfläche der oberen Wand des Gehäuses und der Innenfläche der oberen Wand des Auslaßkanals gebildet ist. Das Gehäuse ist in dem Auslaßkanal vorgesehen, wobei beide Seitenwände davon in Kontakt mit beiden Seitenwänden des Auslaßkanals angeordnet sind. Der Ventilkörper zum Schwenken der Steuerfläche ist im Inneren des Auslaßkanals längs der Innenfläche der Gehäuseseitenwand angeordnet.
• Der fremdgezündete Zweitaktmotor, der wie oben erwähnt eine Verbrennung mit aktiv-thermischer Atmosphäre verwendet, wurde bisher nicht in die technische Praxis umgesetzt. Der Grund dafür ist eine Besorgnis über Klopfphänomene aufgrund von FrüHzündungen, da das Öffnen des Auslaßsteuerventils oder des Spülsteuerventils nicht entsprechend dem Motorbetriebszustand gesteuert wird und die zeitliche Abstimmung der Zündung nicht definiert gesteuert wird.
• Verbrennung mit aktiv-thermischer Atmosphäre bildet ein Selbststeuerungssystem, bei dem die zeitliche Abstimmung beim Zünden bestimmt ist durch den Druck und die Temperatur im Zylinder beim Beginn der Kompression und der Gastemperatur am Ende der durch ein derartiges Zünden gestarteten Verbrennung, welche als Zylindertemperatur rückgekoppelt ist. Wenn ein derartiges System konvergiert, wobei die zeitliche Abstimmung der Zündung auf einen gewissen Bereich konvergiert, so wird die Verbrennung bei aktivthermischer Atmosphäre unterstützt und stabilisiert.
• Bei dem Motor mit Verbrennung unter aktiv-thermischer Atmosphäre ist es jedoch nicht ausreichend, nur die Verbrennung mit aktiv-thermischer Atmosphäre zu unterstützen oder ein derartiges System konvergieren zu lassen, um eine gute Funktion einschließlich eines günstigen Kraftstoffverbrauchs, einer günstigen Abgasemission, einer günstigen Umdrehungsstabilität und einer günstigen Haltbarkeit des Motors zu erzielen. Es ist wichtig, die zeitliche Abstimmung der Zündung wie in anderen fremdgezündeten Motoren zu steuern.
• Ein wie oben beschriebener, herkömmlicher Motor mit Verbrennung unter aktiv-thermischer Atmosphäre läßt das System konvergieren, wobei der Betrieb eines Auslaßsteuerventils eine Änderung des Zylinderdrucks zur Folge hat und dadurch die Verbrennung mit aktiv-thermischer Atmosphäre bewirkt, steuert jedoch die zeitliche Abstimmung der Zündung nicht in definierter Weise. Falls der Motor dazu ausgelegt ist, für einen Niedrigdrehzahl- und Niedriglastbetrieb den optimalen Zylinderdruck bereitzustellen, so wird er bei einem Betrieb mit hoher Drehzahl und mittlerer Last eine Verbrennung mit aktiv-thermischer Atmosphäre mit zu früher Zündung haben, was die Haltbarkeit, die Abgasemission und den Kraftstoffverbrauch des Motors nachteilig beeinträchtigen kann.
• Als nächstes ist bei jedem der oben erwähnten, herkömmlichen Auslaßsteuerventile ein Arbeitsteil im Auslaßkanal angeordnet. Deshalb weicht die Querschnittsform oder die Form der inneren Oberfläche des Auslaßkanals aufgrund der Anwesenheit des Arbeitsteils von einer in Hinsicht auf die Funktion festgelegten Form ab und wird noch durch den Betrieb des Arbeitsteils variiert, was die Ausgangsleistung vermindert. Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, bei einer Verbrennung mit aktiv-thermischer Atmosphäre stets die optimale zeitliche Abstimmung der Zündung sicherzustellen und dadurch den Kraftstoffverbrauch und die Abgasemission des Motors zu reduzieren und eine abnormale Verbrennung wie ein Klopfen aufgrund einer Früh- oder Fehlzündung zu verhindern.
• Diese Aufgabe wird durch die Verbrennungssteuereinrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst.
• Bei der Gestaltung, wie sie in Anspruch 1 beschrieben ist, steuert die Verbrennungssteuereinrichtung der vorliegenden Erfindung den Druck im Zylinder (nachfolgend als Zylinderdruck bezeichnet) einwandfrei, wenn die Auslaßöffnung durch den Kolben geschlossen wird, und zwar wenigstens bei einem Niedriglastbetrieb, indem das Auslaßsteuerventil zur Erzielung des Auslaßöffnungsgrads betrieben wird, welcher ferner wenigstens zu der Motordrehzahl korrespondiert, wodurch eine Selbstzündung von frischem Gemisch in der Verbrennungskammer mit einer zeitlichen Abstimmung realisiert wird, die für den Motorbetrieb bevorzugt ist.
• Gemäß der Erfindung ist deshalb stets eine optimale zeitliche Abstimmung (Timing) der Zündung sichergestellt, was den Kraftstoffverbrauch und die Abgasemission vermindert und eine abnormale Verbrennung verhindert.
• Auf eine derartige Verbrennung mit aktiv-thermischer Atmosphäre, bei welcher die zeitliche Abstimmung der Zündung auf eine für den Betrieb des Motors bevorzugte zeitliche Abstimmung definiert gesteuert wird, wird nachfolgend mit "AR-Verbrennung (Aktiv-Radikal-Verbrennung)" Bezug genommen.
• Wie es oben beschrieben ist, sind die zeitlichen Abstimmungen bei der Zündung für eine Verbrennung mit aktiv-thermischer Atmosphäre durch den Druck und die Temperatur im Zylinder beim Beginn der Verbrennung bestimmt. Der Druck im Zylinder hängt jedoch vom Gaszustand im Zylinder ab. Selbst wenn die zeitlichen Abstimmungen der Zündung konvergieren und die Verbrennung mit aktiv-thermischer Atmosphäre unterstützt wird, so ändert eine Änderung des Gaszustands im Zylinder den Zylinderdruck, was die zeitliche Abstimmung der Zündung beeinflußt, und dies kann eine zu frühe Zündung zur Folge haben. Bei der vorliegenden Erfindung erlaubt die Steuerung des Auslaßöffnungsgrads entsprechend der Motordrehzahl und dem Drosselventilöffnungsgrad jedoch die Steuerung des Zylinderdrucks beim Beginn des Verdichtens auf einen Wert zur optimalen zeitlichen Abstimmung der Zündung entsprechend dem Gaszustand im Zylinder.
• Insbesondere kann der Zylinderdruck durch Einstellen des Auslaßsteuerventils auf einen vorbestimmten Auslaßöffnungsgrad angesteuert werden, der auf einem Steuerungsplan basiert, der im Voraus für die AR-Verbrennung vorbereitet wurde.
• Faktoren zur Darstellung des Gaszustands im Zylinder eines fremdgezündeten Zweitaktmotors nach dem Schließen der Auslaßöffnung umfassen üblicherweise den Ladegrad (ηc), den Spülgrad (ηs,) das Luftlkraftstoff-Verhältnis (A/F) und die Zylindertemperatur. Unter diesen können der Lade- und der Spülgrad für Motoren gleicher Art unter Verwendung von Parametern vorhergesagt werden, die die Motordrehzahl, den Drosselventilöffnungsgrad, die Umgebungstemperatur und den atmosphärischen Druck umfassen.
• Gemäß der vorliegenden Erfindung werden wenigstens die Motordrehzahl und der Drosselventilöffnungsgrad als die den Zustand des Gases im Zylinder repräsentierende Faktoren aufgenommen, und beispielsweise ein Steuerungsplan kann den Auslaßöffnungsgrad entsprechend der Kombination derartiger Faktoren liefern.
• Ferner kann das Auslaßsteuerventil in der folgenden Art und Weise aufgebaut sein: Eine sich in einem rechten Winkel zu einer Zylinderachse erstreckende Drehwelle sowie ein an der Drehwelle gelagerter Ventilkörper sind in einem Auslaßkanal vorgesehen, der sich von einer Auslaßöffnung zu einer lnnenumfangsfläche einer Zylinderbohrung erstreckt und der Ventilkörper variiert eine Höhe eines oberen Rands der Auslaßöffnung Der Ventilkörper ist als ein dünnes, schalenartiges Teil mit einem Auslaßsteuerabschnitt ausgebildet, der im wesentlichen längs einer Zylinderkrümmung an der Auslaßöffnung und breiter als die gesamte Breite der Auslaßöffnung vorgesehen ist, und mit einem Schwenkarmabschnitt, der wenigstens eine Seite des Auslaßsteuerabschnitts und die Drehwelle verbindet. Eine Aufnahmeaussparung zur Aufnahme des ganzen Ventilkörpers ist in einem mit dem Auslaßkanal ausgebildeten Zylinderblock ausgebildet, und die Aufnahmeaussparung ist mit dem Auslaßkanal nur in einer Arbeitszone des Auslaßsteuerabschnitts des Ventilkörpers verbunden und der Schwenkarmabschnitt des Ventilkörpers ist stets in der Aufnahmeaussparung untergebracht.
• Ferner ist der Schwenkarmabschnitt des Ventilkörpers stets in der Aufnahmeaussparung aufgenommen, die mit dem Auslaßkanal nur in der Arbeitszone des Auslaßsteuerbereichs verbunden ist, und die Form des Auslaßkanals ist durch die Installation und den Betrieb des Ventilkörpers nicht beeinträchtigt. Deshalb ist es möglich, eine Verringerung der Ausgangsleistung zu verhindern.
• Ferner ist der Ventilkörper von einem dünnen, schalenartigen Teil gebildet, so daß der Auslaßsteuerabschnitt des Ventilkörpers an einer Position, die hinreichend nahe der Auslaßöffnung ist, auf- und abbewegt werden kann. Deshalb ist es möglich, die zeitliche Abstimmung des Auslasses präzise zu steuern und die Funktion des Motors ohne Reduzierung der Ausgangsleistung zu verbessern.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
• Fig. 1 ist eine Seitenansicht eines fremdgezündeten Zweitaktmotors, der mit einer Verbrennungssteuereinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung versehen ist, in einem Längsschnitt seines Zylinders;
• Fig. 2 ist eine Seitenansicht des Zylinders für die der in Fig. 1 gezeigten Seite entgegengesetzten Seite;
• Fig. 3 ist eine Querschnittsansicht längs der Linie III-III von Fig. 1;
• Fig. 4 ist eine vergrößerte Draufsicht eines Ventilkörpers;
• Fig. 5 ist eine vergrößerte Seitenansicht des Ventilkörpers;
• Fig. 6 ist eine Vorderansicht einer Zylinderwandung;
• Fig. 7 ist eine Querschnittsansicht längs der Linie VII-VII von Fig. 3;
• Fig. 8 ist eine Vorderansicht eines Auslaßkanalteils;
• Fig. 9 ist eine Vorderansicht eines Abdeckteils;
• Fig. 10 ist eine rückwärtige Ansicht des Abdeckteils;
• Fig. 11 ist ein schematisches Diagramm, das ein Betriebssteuersystem des Auslaßsteuerventils im obigen, fremdgezündeten Zweitaktmotor zeigt;
• Fig. 12 ist eine graphische Darstellung, die den Zusammenhang zwischen dem Auslaßöffnungsgrad einerseits und dem Drosselventilffnungsgrad, dem anfänglichen Zylinderdruck, der zeitlichen Abstimmung der Zündung und der Kohlenwasserstoff (HC)- Abgabemenge andererseits für eine festgelegte Last zeigt;
• Fig. 13 ist ein Diagramm mit charakteristischen Kurven zur Darstellung des Zusammenhangs des mittleren effektiven Drucks zu dem Auslaßöffnungsgrad und dem Drosselventilöffnungsgrad;
• Fig. 14 ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines Steuerungsplans zeigt;
• Fig. 15 ist eine erläuternde Darstellung zur Veranschaulichung des Prinzips der vorliegenden Erfindung; und
• Fig. 16 ist ein charakteristisches Diagramm zur Darstellung der Änderung des mittleren effektiven Drucks bei dem normalen Verbrennungszustand und dem AR-Verbrennungszustand bei unterschiedlichem Drosselventilöffnungsgrad für einen fremdgezündeten Zweitaktmotor.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
• Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden unten, beginnend mit dem Aufbau eines Auslaßsteuerventils beschrieben.
• Fig. list eine Schnittansicht eines fremdgezündeten Zweitaktmotors 1 für ein Motorrad, welcher mit einem Auslaßsteuerventil entsprechend der vorliegenden Erfindung versehen ist. Die Bezugsziffer 2 bezeichnet ein Kurbelgehäuse, 3 einen Zylinderblock und 4 einen Zylinderkopf. Eine Spülöffnung 6 und eine Auslaßöffnung 7 sind zu einer Innenumfangsfläche einer Zylinderbohrung 5 hin geöffnet, die in dem Zylinderblock 3 ausgebildet ist und durch einen Kolben 8 geöffnet und geschlossen, der sich in der Zylinderbohrung 5 verschiebbar auf- und abbewegt. Die Bezugsziffer 9 bezeichnet eine Pleuelstange und 10 einen Kurbelzapfen.
• Frisches Gemisch, das bei einem Aufwärtshub des Kolbens 8 von einer Einlaßöffnung 11 in das Kurbelgehäuse 2 aufgenommen wird, wird bei seinem Abwärtshub verdichtet und über einen Einlaßkanal 12 und die Spülöffnung 6 einer über den Kolben 8 vorgesehenen Zylinderkammer zugeführt. Abgebranntes Gas in der Zylinderkammer wird aus der Auslaßöffnung 7 abgegeben. Wenn die Spülöffnung 6 und dann die Auslaßöffnung 7 durch die Aufwärtsbewegung des Kolbens 8 geschlossen werden, wird gemischtes Gas in der Zylinderkammer dann durch den Kolben 8 verdichtet und durch eine Zündkerze 14 gezündet, die benachbart zu einer Verbrennungskammer 13 vorgesehen ist. Das gemischte Gas wird bei niedriger Last jedoch durch Selbstzündung gezündet und bewirkt eine Verbrennung bei aktiv-thermischer Atmosphäre. Die Aussparung der Verbrennungskammer 13, die die Zündkerze 14 aufnimmt, ist näher zu der Auslaßöffnung 7 versetzt vorgesehen.
• Der Zylinderblock 3 mit der Auslaßöffnung 7 ist mit einem Auslaßsteuerventil 1 5 versehen. Eine Aufwärtsbewegung des Kolbens 8 bewirkt ein Phänomen, das "Vorbeiströmen" genannt wird, bei dem ein Teil des in die Zylinderkammer zugeführten, frischen Gemisches aus der Auslaßöffnung 7 abgegeben wird, und zwar während einem Zeitraum vom Schließen der Spülöffnung 8 bis zum Schließen der Auslaßöffnung 7. Durch die Auslaß-Vorausströmung (engl.: blow down) verursachte Druckwellen werden hauptsächlich an einem Abschlußende der Auspuffleitung reflektiert, so daß in der Auspuffleitung positive und negative Drücke auftreten können. Bei einem fremdgezündeten Zweitaktmotor wird das Vorbeiströmen des frischen Gemisches dadurch reduziert, daß das Auftreten des positiven Drucks an der Auslaßöffnung derart vorgesehen ist, daß es konform mit der Zeitdauer vom Schließen der Spülöffnung bis zum Schließen der Auslaßöffnung ist. Wenn das Auslaßsystem, das für die Motordrehzahl bei der Spitze der Ausgangsleistung geeignet eingestellt ist, unter mittlere bis niedrige Last gesetzt wird, so wir der Zeitpunkt der Reflexionswellen zu früh. Durch Schließen des oberen Teils der Auslaßöffnung 7 durch das Auslaßsteuerventil 1 5 entsprechend der Motordrehzahl, um den Zeitpunkt, zu dem die Auslaßöffnung öffnet (Vorausströmungszeit), zu verzögern, können die Reflexionswellen für eine geeignete zeitliche Abstimmung angepaßt werden, um das Vorbeiströmen des frischen Gemisches zu reduzieren.
• Das Auslaßsteuerventil umfaßt eine mit einer Aussparung 1 6 ausgebildete Zylinderwand 17, ein in der Aussparung 16 angebrachtes Auslaßkanalteil 18, ein Abdeckteil 19, das die Zylinderwand 17 und das Auslaßkanalteil 18 von der Außenseite her abdeckt, und einen Ventilkörper 20, der zwischen der Aussparung 16 und dem Auslaßkanalteil 18 eingesetzt ist.
• Im Längsschnitt von Fig. 1 ist die in der Zylinderwand 17 ausgebildete Aussparung 16 als Halbkreis geformt, der in Kontakt mit einer lnnenumfangsfläche der Zylinderbohrung 5 steht und einen Radius r&sub1; und seinen Mittelpunkt bei einem Punkt P besitzt. Wie es aus dem Querschnitt von Fig. 3 verständlich ist, vergrößert sich der Radius r in dem anderen Längsschnitt, der parallel zu dem Längsschnitt von Fig. list, allmählich auf Radien r&sub2; zu beiden Seiten entlang einer Achse C&sub1;, die den Punkt P in einem rechten Winkel zu einer Achse C der Zylinderbohrung 5 passiert, und eine durch die äußeren Enden dieser Radien r gehende Linie bildet einen Bogen a mit im wesentlichen der gleichen Krümmung wie die Querschnittsform der Zylinderbohrung 5. Im besonderen bildet die Fläche der Aussparung 16, wie in Fig. 1 gezeigt, eine Drehfläche, die durch Rotieren des Bogens a mit im wesentlichen der gleichen Krümmung wie die lnnenumfangsfläche der Zylinderbohrung 5 um die Achse C&sub1; erhalten wird. Nachfolgend wird der Flächenabschnitt als Drehflächenabschnitt 21 und die Achse C&sub1; als Rotationsachse bezeichnet.
• Der Drehflächenabschnitt 21 ist mit Endflächenabschnitten 22 und 22 verbunden, die jeweils eine Ebene in einem rechten Winkel zur Drehachse C&sub1; an beiden Enden in der Richtung der Achse C&sub1; besitzen. Im besonderen ist die Aussparung 16 durch den Drehflächenabschnitt 21 und die Endflächen abschnitte 22 und 22 begrenzt und nach außen hin geöffnet. Fig. 6 ist eine Vorderansicht der mit der Aussparung 16 ausgebildeten Zylinderwand 17, wie sie oben beschrieben wurde. Die Zylinderwand 17 hat flache Paßflächen 23 auf beiden Seiten der Aussparung 16 (siehe Fig. 6), und ist in der Mitte des Drehflächenabschnitts 21 mit der Auslaßöffnung 7 verbunden.
• Das in der Aussparung 1 6 montierte Auslaßkanalteil 1 8 besitzt eine Kontur, die im wesentlichen ähnlich der Aussparung 1 6 ist. Im besonderen umfaßt das Auslaßkanalteil 18 einen Drehflächenabschnitt 21a längs des Drehflächenabschnitts 21, Endflächenabschnitte 22a und 22a längs der Endflächenabschnitte 22 und 22, und eine äußere Endfläche 24, welche die gleiche Fläche wie die Paßflächen 23 der Zylinderwand 17 längs der offenen Fläche der Aussparung 16 bildet (siehe Fig. 8). Das Auslaßkanalteil 18 ist mit einem Bolzen 26 an dem Abdeckteil 19 gesichert, welches mit einem Bolzen 25 - wie in Fig. 1 gezeigt - an der Zylinderwand 17 gesichert ist, und somit relativ zur Zylinderwand 17 festgelegt ist und in der Aussparung 16 eingehüllt ist. Darin ist ein in Verbindung mit der Auslaßöffnung 7 stehender Auslaßkanal 27 ausgebildet.
• Zwischen dem Drehflächenabschnitt 21 der Aussparung 16 und dem Drehflächenabschnitt 21a des Auslaßkanalteils 18 ist ein Zwischenraum 28 mit einem vorbestimmten Abstand über einem oberen Rand 7a der Auslaßöffnung 7 vorgesehen. Der Zwischenraum 28 erstreckt sich zu einer Position, die geringfügig jenseits eines unteren Rands 7b der Auslaßöffnung 7 ist (Fig. 1). Ebenfalls zwischen jedem Endabschnitt 22 der Aussparung 16 und jedem Endabschnitt 22a des Auslaßkanalteils 1 8 ist ferner ein Zwischenraum 29 mit einem vorbestimmten Abstand vorgesehen (Fig. 3).
• Bei dieser Ausführungsform sind die Zwischenräume 28 und 29 derart ausgebildet, daß sie einen Abstand besitzen, um zu verhindern, daß der Ventilkörper 20 festen Kontakt mit dem Drehflächenabschnitt 21 und den Endabschnitten 22 der Aussparung 16 sowie dem Drehflächenabschnitt 21a und den End abschnitten 22a des Auslaßkanalteils 18 macht, selbst wenn der die Form einer dünnen Platte besitzende Ventilkörper 20 aufgrund eines Auslaßdrucks oder einer thermischen Ausdehnung eine elastische Deformation erleidet.
• Fig. 9 ist eine Außenansicht des Abdeckteils 19 und Fig. 10 ist eine rückwärtige Ansicht davon. Die Rückenfläche des Abdeckteils 1 9 besitzt eine flache Paßfläche 30, die fluchtgerecht mit der Paßfläche 23 der Zylinderwand 17 und der äußeren Endfläche 24 des Auslaßkanalteils 18 vorgesehen ist. Die Paßfläche 30 ist in anliegendem Kontakt mit der Paßfläche 23 und der äußeren Endfläche 24 angeordnet und das Abdeckteil 19 ist wie vorher erwähnt mittels den Bolzen 25 und 26 an der Zylinderwand 17 und dem Auslaßkanalteil 18 befestigt. Das Abdeckteil 1 9 ist mit einem Auslaßkanal 27a versehen, der kontinuierlich zu dem Auslaßkanal 27 des Auslaßkanalteils 18 vorgesehen ist, und die Auslaßöffnung 7 ist über diese Auslaßkanäle 27 und 27a mit einer nicht gezeigten, äußeren Auslaßleitung verbunden.
• Die Paßfläche 23 (Fig. e) der Zylinderwand 17 und die Paßfläche 30 (Fig. 10) des wie oben beschriebenen Abdeckteils 1 9 sind jeweils mit einem Paar von Lageraugenabschnitten 31a und 31b versehen, die längs der Drehachse C&sub1; zu beiden Seiten entgegengesetzt vorgesehen sind. Wenn die Zylinderwand 17, das Auslaßkanalteil 18 und das Abdeckteil 19 zusammengebaut sind, so wird ein Paar von Lageraugen 32 durch diese Lageraugenabschnitte 31a und 31b gebildet, wie es in Fig. 3 gezeigt ist. Die Lageraugen 32 lagern drehbar eine Ventilantriebsventile (eine Drehwelle) 33.
• Fig. 4 ist eine vergrößerte Draufsicht des Ventilkörpers 20 und Fig. 5 ist eine vergrößerte Seitenansicht desselben. Wie es aus diesen Figuren weitergehend verständlich ist, ist der Ventilkörper 20 ein dünnes, schalenartiges Teil, welches aus einer bearbeiteten Metallplatte wie einer Platte aus nicht rostendem Stahl hergestellt ist. Er weist ein Paar von Armabschnitten (Schwenkarmabschnitte) 34 sowie einen Steuerflächenabschnitt (einen Auslaßsteuerabschnitt) 35 auf, der die Enden dieser Armabschnitte 34 miteinander verbindet. Der Armabschnitt 34 ist an seinem Basisende mit einem flachen Eingriffsloch 36 versehen. Der Armabschnitt 34 ist in einen zwischen der Aussparung 16 und den Endflächenabschnitten 22 und 22a gebildeten Zwischenraum 29 eingesetzt, wobei das Eingriffsloch 36 im Eingriff mit einem in einer ähnlichen Form abgeschrägten Abschnitt der Ventilkörperantriebswelle 33 steht. Somit schwenkt der Armabschnitt 34 gemeinsam mit der Ventilkörperantriebswelle 33 in dem Zwischenraum 29.
• Der Steuerflächenabschnitt 35 ist breiter als die gesamte Breite der Auslaßöffnung 7 ausgebildet und mit einer Drehfläche ausgebildet, welche im Hinblick auf den Drehflächenabschnitt 21 der Aussparung 16 die gleiche Form wie die zuvor erwähnte Drehfläche besitzt. Wenn der Armabschnitt 34 gemeinsam mit der Ventilkörperantriebswelle 33 um die Drehachse C&sub1; schwenkt, so kann der Steuerflächenabschnitt 35 in den Zwischenraum 28 zwischen den Drehflächenabschnitten 21 und 21a hinein und aus diesem herausbewegt werden. Dementsprechend kann die zeitliche Abstimmung des Auslasses entsprechend den Betriebsbedingungen eingestellt werden, indem der Steuerflächenabschnitt 35 vollständig im Zwischenraum 28 umschlossen wird, um die Auslaßöffnung 7 vollständig zu öffnen, oder der Steuerflächenabschnitt 35 von dem oberen Rand 7a der Auslaßöffnung 7 abstehen gelassen wird, um den oberen Bereich der Auslaßöffnung 7 zu schließen.
• Wie es aus dem Vorangegangenen verständlich ist, bildet die Aussparung 16 bei der vorliegenden Ausführungsform eine Aufnahmeaussparung zur Aufnahme des ganzen Ventilkörpers 20. Die Aufnahmeaussparung steht mit dem Auslaßkanal 27 nur in der Arbeitszone des Steuerflächenabschnitts (Auslaßsteuerabschnitt) 35 in Verbindung, und der Armabschnitt (Schwenkarmabschnitt) 34 ist stets in der Aufnahmeaussparung, d.h. dem Zwischenraum 29 aufgenommen.
• Der Zwischenraum 28 erstreckt sich zu einer Stelle jenseits des unteren Rands 7b der Auslaßöffnung 7, und der Steuerflächenabschnitt 35 kann nach unten zu einer derartigen Stelle bewegt werden, daß die Auslaßöffnung 7 ganz geschlossen wird. Dementsprechend kann der Grad der Öffnung der Auslaßöffnung 7 (Auslaßöffnungsgrad) von einc: vollständigen Öffnung bis zu einem vollständigen Schließen frei verändert werden. Dies ermöglicht die Steuerung des Zylinderdrucks beim Beginn der Kompression für eine AR-Verbrennung mit optimalen zeitlichen Abstimmungen der Zündung.
• Eine Ventilantriebswelle 33 steht von dem Zylinderblock 3 nach außen vor und an ihrem vorstehenden Ende ist ein Antriebshebel 37 in Form von Vorsprüngen von der Welle zum Antreiben der Ventilkörperantriebswelle 33 befestigt. Fig. 2 ist eine Seitenansicht zur Darstellung der Seite des Zylinderblocks 3, auf der der Antriebshebel 37 angeordnet ist. Wie es in der Figur gezeigt ist, ist auf dieser Seite ein Servomotor 38 vorgesehen. Ein Antriebsseil 40 ist über eine an einer Ausgangswelle des Servomotors 38 vorgesehene Riemenscheibe 39 geführt und die Enden des Antriebsseils 40 sind mit den Enden des Antriebshebels 37 verbunden. Somit wird das Öffnen und Schließen der Auslaßöffnung 7 durch den Steuerflächenabschnitt 35 des Ventilkörpers 20 durch den Servomotor 38 gesteuert.
• Bei einem so ausgebildeten Auslaßsteuerventil 15 ist der Armabschnitt 34 des Ventilkörpers 20 nicht im Auslaßkanal 27 angeordnet, sondern außerhalb des mit dem Auslaßkanal 27 ausgebildeten Auslaßkanalteils 18. Deshalb ändert das Vorsehen des Ventilkörpers 20 und sein Betrieb nicht die Form des Auslaßkanals 27, so daß keine niedrigere Ausgangsleistung resultiert. Da der Steuerflächenabschnitt 35 des Ventilkörpers 20 an einer Stelle auf- und abbewegt wird, die hinreichend nahe der Auslaßöffnung 7 ist, kann ferner die zeitliche Abstimmung des Auslasses einwandfrei gesteuert werden, wobei zudem die Auslaßöffnung 7 vollständig geschlossen werden kann, wie es oben beschrieben ist.
• Das aus der Zylinderwand 17, dem Auslaßkanalteil 18, dem Abdeckteil 1 9 und dem Ventilkörper 20 gebildete Auslaßsteuerventil 15 wird im ganzen durch zirkulierendes Kühlwasser gekühlt. Ein Kühlwasser-Kreislaufsystem in dem Auslaßsteuerventil 15 wird nachfolgend beschrieben.
• Zunächst ist die Zylinderwand 17 mit einem Kühlwasserkanal 412 versehen, der mit einem Kühlwasserkanal 41&sub1; in Verbindung steht, der in dem die Zylinderbohrung 5 umgebenden Zylinderblock 3 vorgesehen ist (Fig. 1 und 3). Wie es in Fig. 7 gezeigt ist, ist der Kühlwasserkanal 41&sub2; derart angeordnet, daß er die Aussparung 16 von der Unterseite hin zu den beiden Seiten davon umgibt. Wie es in Fig. 6 gezeigt ist, steht er mit Verbindungsöffnungen 42&sub1; und 42&sub1; in Verbindung, die in den unteren Abschnitten auf beiden Seiten der Paßfläche 23 der Aussparung 16 geöffnet sind. Kühlwasser wird durch einen Kühlwassereinlaß 43 (Fig. 7) in die Kühlwasserkanäle 41&sub1; und 41&sub2; eingeleitet.
• Zu den Verbindungsöffnungen 42&sub1; passende Verbindungsöffnungen 42&sub2; sind in der Paßfläche 30 des Abdeckteils 19 in Kontakt mit der Paßfläche 23 der Aussparung 16 (Fig. 10) vorgesehen und ein Kühlwasserkanal 41&sub3;, der in Verbindung mit der Verbindungsöffnung 422 steht, ist im Inneren des Abdeckteils 19 ausgebildet. Dieser Kühlwasserkanal 41&sub3; ist zu der Paßfläche 30 hin über einen Öffnungsabschnitt 44&sub1; geöffnet. Die Paßfläche 30 ist auch mit weiteren Verbindungsöffnungen 42&sub3; auf beiden Seiten des oberen Teils versehen und ein Kühlwasserkanal 41&sub4;, der damit in Verbindung steht, ist zu der Paßfläche 30 hin durch einen Öffnungsabschnitt 44&sub2; geöffnet, der dem Öffnungsabschnitt 44&sub1; benachbart ist. Der Öffnungsabschnitt 44&sub1; ist durch eine Aufteilung 45 von dem Öffnungsabschnitt 44&sub2; getrennt.
• Das Auslaßkanalteil 18 ist mit einem Kühlwasserkanal 41&sub5; versehen, der zu der äußeren Endfläche 24 hin durch den Öffnungsabschnitt 44&sub3; geöffnet ist, wie es in den Fig. 1 und 8 gezeigt ist. Der Kühlwasserkanal 41&sub5; besitzt eine Taschenform und steht lediglich am Öffnungsabschnitt 44&sub3; in Verbindung mit der Außenseite. Der Öffnungsabschnitt 44&sub3; paßt zu den Öffnungsabschnitten 44&sub1; und 44&sub2; des Abdeckteils 19.
• Das von dem Kühlwassereinlaß 43 zu dem Zylinderblock 3 zugeführte Kühlwasser strömt über den Kühlwasserkanal 41&sub2;, die Verbindungsöffnungen 42&sub1; und 42&sub2;, den Kühlwasserkanal 41&sub3; und die Öffnungsabschnitte 44&sub1; in den Kühlwasserkanal 41&sub5;. Dann fließt es aus dem Kühlwasserkanal 41&sub5; durch den Öffnungsabschnitt 44&sub3; und tritt durch den Öffnungsabschnitt 44&sub2; in den Kühlwasserkanal 41&sub4; ein. Bei einem derartigen Strömen kühlt das Kühlwasser die Zylinderwand 17, das Abdeckteil 19 und das Auslaßkanalteil 18.
• Die Verbindungsöffnung 42&sub3; des Abdeckteils 19 paßt zu der anderen Verbindungsöffnung 42&sub4; (Fig. 6), die zu der Paßfläche 23 der Zylinderwand 17 hin geöffnet ist. Das oben erwähnte Kühlwasser tritt über die Verbindungsöffnung 42&sub3; und die Verbindungsöffnung 42&sub4; in einen weiteren (nicht gezeigten) Kühlwasserkanal in die Zylinderwand 1 7 ein. Das Kühlwasser wird dann zu einem in dem Zylinderkopf 4 vorgesehenem Kühlwasserkanal 416 (Fig. 1) geleitet, kühlt den Zylinderkopf 4 und wird dann von einem Kühlwasserauslaß 46 abgegeben.
• Fig. 11 ist ein schematisches Diagramm, das den wesentlichen Teil des oben beschriebenen Motors 1 zeigt, wobei für die Teile, die den Teilen in den obigen Fig. 1 bis 10 entsprechen, die gleichen Bezugsziffern vorgesehen sind. Fig. 11 zeigt auch ein Betriebssteuersystem zum Betreiben des Auslaßsteuerventils 15.
• Das Auslaßventil 15 wird durch den Servomotor 38 mit der Riemenscheibe 39, das Antriebsseil 40 und den Antriebshebel 37 wie oben beschrieben betrieben und sein Betriebsausmaß wird durch das Antriebssignal ΔΘe bestimmt, das von einer CPU 47 zum Servomotor 38 geschickt wird. Die Riemenscheibe 39 ist mit einem Auslaßöffnungsgradsensor 48 verbunden, der ein Potentiometer umfaßt, von welchem der Grad der Öffnung an der Auslaßöffnung 7, der durch das Auslaßsteuerventil 15 erzielt wird, d.h. der Auslaßöffnungsgrad Θe als ein Ergebnis der Ansteuerung zu der CPU 47 zurückgeleitet
• Die Bezugsziffer 50 bezeichnet ein Vergaserdrosselventil nach Kolbenart, das an einer Einlaßleitung 49 mit der Einlaßöffnung 11 verbunden ist. Ein als Einwegventil ausgebildetes Blattventil 56 ist an der Einlaßleitung 49 an einer Stelle zwischen der Einlaßöffnung 11 und dem Drosselventil 50 angebracht. Der Öffnungsgrad Θth des Drosselventils 50 wird durch einen ein Potentiometer umfassenden Drosselventilöffnungssensor 51 erfaßt und zu der CPU 47 eingegeben.
• Ein Fahrer auf dem (nicht gezeigten) Motorrad kann eine Beschleunigung und eine Verzögerung des Motors 1 mit einer Einstellung des Drosselventilöffnungsgrads Θth des Drosselventils 50 durch Drehen des (nicht gezeigten) rechten Handgriffs steuern.
• Weitere, ebenfalls zu der CPU 47 geschickte Daten umfassen die Motordrehzahl Ne, die durch den Motordrehzahlsensor 52 erfaßt wird, den Einlaßleitungsdruck Pi, der durch einen Einlaßleitungsdrucksensor 53 erfaßt wird, und die Kühlwassertemperatur Tw, die durch ein Wassertemperaturmeßgerät 54 erfaßt wird.
• Die CPU 47 bestimmt aus diesen Eingangsdaten den Motorbetriebszustand und erzeugt erforderliche Steuersignale. Im Betriebsbereich mit AR-Verbrennung arbeitet sie entsprechend einem Steuerungsplan, der die Auslaßöffnungsgrade Θe abhängig von der Motordrehzahl Ne und dem Drosselventilöffnungsgrad Θth spezifiziert und schickt das durch den Plan festgelegte Ansteuersignal ΔΘe zu den Servomotor 38. Dieser Auslaßöffnungsgrad Θe wird derart bestimmt, daß der dadurch gesteuerte Zylinderdruck die optimale zeitliche Abstimmung bei der Zündung liefert. Ein derartiger Steuerungsplan kann beispielsweise wie unten beschrieben vorbereitet werden.
• Wenn jedoch beispielsweise die auf der Absicht des Fahrers, das Fahrzeug zu verzögern, basierenden Signale durch ein Bremsen oder eine Betätigung eines Ausschalters zu der CPU 47 eingegeben werden, so wird das Auslaßsteuerventil 15 zwangsweise zu einem Öffnungsgrad geöffnet, bei welchem die AR- Verbrennung nicht unterstützt werden kann.
• Fig. 12 zeigt in graphischer Weise den Zusammenhang zwischen dem Auslaßöffnungsgrad Θe und dem Drosselventilöffnungsgrad Θth, dem Zylinderdruck beim Beginn der Kompression (anfänglicher Zylinderdruck), der zeitlichen Abstimmung der Zündung und dem HC-Abgabegehalt unter den Umständen, bei denen die Motordrehzahl (Ne) 3000 U/min beträgt, der mittlere effektive Druck (PME) 2 bar beträgt und das Luft-Kraftstoff-Verhältnis (A/F) 14 ist. Unter diesen Bedingungen kann die oben erwähnte AR-Verbrennung in einem durch einen weißen Pfeil A gekennzeichneten Bereich erzielt werden. In dem Bereich A werden der Auslaßöffnungsgrad Θe und der Drosselventilöffnungsgrad Θth wie am unteren Bereich der Graphik gekennzeichnet, gewählt. Das bedeutet, daß der Auslaßöffnungsgrad Θe mit ungefähr 50 % oder weniger gewählt wird.
• Wenn bei den obigen Bedingungen der Auslaßöffnungsgrad Θe über 50 % beträgt (d.h. in dem durch einen weißen Pfeil A&sub1; in der Figur gekennzeichneten Bereich), so findet eine ungleichmäßige Verbrennung statt, wie es aus dem großen Anstieg des HC-Abgabegehalts verständlich ist.
• Selbst in dem Bereich A bewirkt jedoch ein übermäßig kleiner Auslaßöffnungsgrad Θe ein frühzeitiges Zünden, was die Haltbarkeit des Motors, die Abgasemission und den Kraftstoffverbrauch nachteilig beeinflußt. Die optimale zeitliche Abstimmung der Zündung ohne irgendeinen derartigen nachteiligen Effekt fällt in den Bereich von ungefähr 8 bis 10º vor OT bis OT. Um eine derartige zeitliche Abstimmung der Zündung zu erzielen, muß der Auslaßöffnungsgrad Θe in dem Bereich liegen, der durch den schwarzen Pfeil a in der Figur gekennzeichnet ist. Bei dieser Ausführungsform liegt dieser Bereich a um 40 % und der entsprechende Drosselventilöffnungsgrad Θth ist ungefähr 10 %. Für diesen Motor mit der Motordrehzahl von 3000 U/min und dem Drosselventilöffnungsgrad von ungefähr 10 % liefert im besonderen der Auslaßöffnungsgrad von ungefähr 40 % einen Niedrigdrehzahl- und Niedriglastbetrieb mit einer AR-Verbrennung mit der optimalen zeitlichen Abstimmung von 10º vor OT bis OT und einem mittleren effektiven Druck von 2 bar.
• Durch Verändern des PME, wobei Ne (= 3000 U/min) und A/F (= 14) festgehalten werden, können der Fig. 12 ähnliche Graphen für verschiedene PME-Werte erhalten werden. Fig. 13 zeigt auf solchen Graphen basierende Zusammenhänge zwischen dem Drosselventilöffnungsgrad und dem Auslaßöffnungsgrad. Der Drosselventilöffnungsgrad ist an der Horizontalachse und der Auslaßöffnungsgrad an der Vertikalachse angegeben. Die Iso-PME-Kurve für 2,0 bar in der Figur entspricht der Kurve im unteren Bereich in Fig. 12.
• Es wird Bezug auf Fig. 13 genommen. Verbrennung bei aktiv-thermischer Atmosphäre kann in der schraffierten Zone erzielt werden. Die Zone B im oberen, links der gestrichelten Linie b gelegenen Bereichs ist die Zone einer unregelmäßigen Verbrennung, die dem Bereich A&sub1; von Fig. 12 entspricht. Selbst in der schraffierten Zone kann für die Zone auf der rechten Seite der gestrichelten Linie c ein Klopfen aufgrund einer zu frühzeitigen Zündung verursacht werden. Zudem findet in der Zone C über der Frühzündungszone und unter der gestrichelten Linie c Klopfen statt. Aus den lso-PME-Kurven angegebene Kreise kennzeichnen die Punkte des besten Kraftstoffverbrauchs (mit der geringsten HC-Abgabe) (vgl. den Kreis in der Graphik im oberen Bereich von Fig. 12).
• Es ist aus Fig. 1 3 verständlich, daß für die Motordrehzahl von 3000 Ulmin -wenn der Auslaßöffnungsgrad in der Zone zwischen den gestrichelten Linien b und c ist - insbesondere in der Nähe der Kreise in der Figur eine gute Verbrennung mit einer stabilen AR-Verbrennung erzielt wird, die die optimale zeitliche Abstimmung der Zündung bei niedriger bis mittlerer Last aufweist.
• In ähnlicher Weise kann der beste Auslaßöffnungsgrad ee entsprechend dem Drosselventilöffnungsgrad für verschiedene Motordrehzahlen Ne erhalten werden. Unter Verwendung der Motordrehzahlen Ne und der Drosselventilöffnungsgrade als Parameter kann deshalb ein Steuerungsplan erhalten werden, der den entsprechend irgendeiner Kombination einzustellenden Auslaßöffnungsgrad angibt. Fig. 14 ist ein Beispiel eines derartigen Steuerungsplans.
• Gemäß einem derartigen Steuerungsplan sucht die CPU 47 nach dem für die Motordrehzahl Ne und den Drosselventilöffnungsgrad Θth geeigneten Auslaßöffnungsgrad Θe und steuert das Auslaßsteuerventil 15 über den Servomotor 38 an und stellt dasselbe derart ein, daß der erforderliche Auslaßöffnungsgrad Θe erhalten wird. In der Folge wird die relative Ladung und der Zylinderdruck beim Kolbenanstieg derart gesteuert, daß die optimale zeitliche Abstimmung der Zündung erhalten wird.
• Der obige Auslaßöffnungsgrad kann weitergehend durch das Einlaßleitungsdrucksignal Pi von dem Einlaßleitungsdrucksensor 53 und durch das Kühlwassertemperatursignal Tw von dem Wassertemperaturmeßgerät 54 korrigiert werden. Ferner können der zeitliche Ablauf einer Druckerzeugung gemäß einer Maximalanzeigeeinrichtung, ein zeitlicher Zündungsverlauf oder ein Kompressionsstartdruck Pec, die erfaßt werden durch die Anzeigeeinrichtung oder einen optischen Sensor 55 - vorgesehen benachbart zu der Verbrennungskammer 13 - zur Betriebssteuerung des obigen Auslaßsteuerventils 15 verwendet werden.
• Es wird nun auf Fig. 15 Bezug genommen und Erfordernisse für eine AR- Verbrennung, bei der die zeitliche Abstimmung der Selbstzündung bei einem fremdgezündeten Zweitaktmotor in beabsichtigter Weise gesteuert wird, erklärt.
• Falls der Kompressionsstartdruck PEC, der der Zylinderdruck beim Schließen der Auslaßöffnung 7 ist, geeignet eingestellt wird und die entsprechende Kompressionsstarttemperatur TEC im Zylinder vorgegeben ist, so ist die einzige Zündungszeit festgelegt, weil die Zündung stattfindet, wenn die Temperatur im Zylinder durch adiabatische Kompression erhöht wird und das Niveau erreicht, welches eine Selbstzündung bewirkt. Die Verbrennung endet, wenn nach der Zündung eine Zeit verstrichen ist, die für eine vorbestimmte Menge des Kraftstoffs im Zylinder zur Verbrennung notwendig ist, so daß die Zeit des Verbrennungsendes ebenfalls festgelegt ist. Die Zeit des Verbrennungsendes, ausgedrückt als Kurbelwinkel, bestimmt das Expansionsverhältnis, welches das Verhältnis des Volumens bei Verbrennungsende zu dem Volumen beim Auslaßbeginn ist, und auch die Expansionsendtemperatur TEE, welche die Kompressionsstarttemperatur TEC beeinflußt.
• Es sei angenommen, daß die dem Kompressionsstartdruck PEC entsprechende, relative Ladung Crel als Crel = Vg/Vh (wobei Vg = Vf + Vr: gesamte Gasmenge im Zylinder beim Start der Kompression, Vf: Menge von eingelassenem frischen Gemisch, Vr: restliches abgebranntes Gas im Zylinder beim Kompressionsstart, Vh: Zylinderhubvolumen) und das passende Lieferverhältnis als L = Vs/Vh (Vs: Einlaßgasvolumen) gegeben ist und L größer als ungefähr 5 % und kleiner als ungefähr 40 % ist. Falls der Spülgrad
• ηs = Vf/Vg beispielsweise einen Wert über ungefähr 20 % und unter ungefähr 70 % besitzt, dann werden mit L/Crel unter diesen Bedingungen das restliche Gas, welches ein Teil des Verbrennungsgases ist, das die Expansionsendtemperatur TEE wie oben erreicht hat, und frisches Gemisch passend gemischt und die Temperatur des gemischten Gases wird die vorbestimmte Kompressionsstarttemperatur TEC. Dies bildet ein AR-System. Bei dieser Ausführungsform kann der Spülgrad ηs verändert werden, indem der Auslaßöffnungsgrad durch das Auslaßsteuerventil 15 eingestellt wird.
• Wenn die Kompressionsstarttemperatur TEC aufgrund einer äußeren Störung kleiner wird, so verzögert sich die zeitliche Abstimmung der Zündung bei diesem AR-System, wobei auch die Verbrennungsendzeit verzögert wird. Dies bewirkt, daß die Expansionsperiode vor einer hinreichenden Expansion der Verbrennungsgase im Zylinder endet. Die Expansionsendtemperatur TEE steigt und die Kompressionsstarttemperatur TEC steigt entsprechend. Somit kann ein stabiles Steuerungssystem unterstützt werden.
• Der Steuerungsplan von Fig. 14 ist unten im besonderen beschrieben.
• Wie es in Fig. 16 gezeigt ist, bewirkt eine geeignete Steuerung des Auslaßsteuerventils 15 eine AR-Verbrennung, wobei ein hoher Pegel des effektiven mittleren Drucks (PME) für den Motor aufrechterhalten wird. Selbst wenn der Drosselventilöffnungsgrad Θth verringert wird, so verringert sich in der Folge die Drehzahl des Motors 1 nicht wie beabsichtigt. Um dies zu verhindern, wird - in dem Bereich, in dem der Drosselventilöffnungsgrad Θth nahe bei 0 ist - bei niedriger bis mittlerer Motordrehzahl Ne, wenn der Drosselventilöffnungsgrad Θth sich verringert - der Auslaßöffnungsgrad Θe temporär verringert. Mit anderen Worten, das Auslaßsteuerventil 15 wird in der Richtung zum Schließen betrieben, wenn der Drosselventilöffnungsgrad sinkt, und wieder geöffnet, um den Auslaßöffnungsgrad zu erhöhen. Durch Vorsehen einer derartigen Charakteristik kann die Ansteuerbarkeit des Motors 1 erreicht werden.
• Ferner ist es notwendig, das Auslaßsteuerventil 15 beim Start des Motors 1 stärker zu öffnen als für einen Leerlaufbetriebszustand durch eine AR- Verbrennung, um der Verbrennungskammer 13 mehr frisches Gemisch zuzuführen, wobei der Spülgrad gesteigert wird. Wenn in Fig. 14 die Motordrehzahl Ne 0 oder nahe bei 0 ist, so ist der Auslaßöffnungsgrad ee erhöht, wenn Ne erhöht wird und den Leerlaufbetriebsbereich erreicht, so wird der Auslaßöffnungsgrad Θe auf einen erforderlichen niedrigen Wert verringert, der dem Drosselventilöffnungsgrad Θth für eine AR-Verbrennung entspricht. Während die Motordrehzahl von dem Leerlaufbetriebsbereich aus ansteigt, wird der Drosselventilöffnungsgrad Θth mehr und mehr vergrößert. Mit dem Vorsehen einer derartigen Charakteristik können die Starteigenschaften des Motors verbessert werden.
• Einige Auslaßsysteme (beispielsweise ein Trägheitsauslaßsystem, das bei einem Motor mit einer relativ geringen Ausgangsleistung wie einem Rollermotor verwendet wird) sind ganz unempfindlich gegenüber dem Faktor Ne. In solchen Fällen kann der Faktor Ne zweckmäßigerweise weggelassen werden. Selbst mit einem kostengünstigen Ventil wie einem Klappenventil kann die Selbstzündung gesteuert werden. Ferner ist eine Rückkopplungssteuerung unter Verwendung eines Anzeigedrucksensors auch möglich. Deshalb ist diese Erfindung nicht auf die Plansteuerung beschränkt.
• Gemäß der vorliegenden Erfindung kann der Spülgrad ηs für eine AR- Verbrennung für einen Niedriglastbetriebsbereich eines fremdgezündeten Zweitaktmotors durch Ansteuern des Auslaßsteuerventils 15 auf den Auslaßöffnungsgrad Θe entsprechend der Motordrehzahl Ne und dem Drosselventilöffnungsgrad Θth derart eingestellt werden, daß die zu bewirkende Selbstzündung mit einer zeitlichen Abstimmung gesteuert ist, die zum Betrieb des Motors 1 optimal ist, was eine Verringerung des Kraftstoffverbrauchs und der Abgasemission ermöglicht und eine unregelmäßige Verbrennung wie ein Klopfen aufgrund einer Frühzündung verhindert.
• Außerdem beeinträchtigt die Installation des Auslaßsteuerventils der vorliegenden Erfindung nicht den Auslaßkanal, was eine Reduzierung der Ausgangsleistung aufgrund irgendeiner Veränderung der Kontur des Auslaßkanals verhindert. Ferner ermöglicht ihre Fähigkeit zum vertikalen Bewegen des Auslaßsteuerabschnitts des Auslaßsteuerventils an einer der Auslaßöffnung hinreichend nahen Position eine einwandfreie Steuerung der zeitlichen Abstimmung des Auslasses.

Claims (4)

1. Verbrennungssteuereinrichtung für einen fremd gezündeten Zweitaktmotor (1), umfassend:

ein Auslaßsteuerventil (15), welches in einem Auslaßkanal (27) vorgesehen ist; und

Betriebssteuermittel, die das Auslaßsteuerventil (15) betreiben, um einen vorbestimmten Auslaßöffnungsgrad abhängig von einem Drosselventilöffnungsgrad zu erzielen, wobei die Verbrennungssteuereinrichtung eine Verbrennung von frischem Gemisch in einer Verbrennungskammer (13) durch Selbstzündung wenigstens für einen Niedriglastbetrieb bewirkt,

und wobei das Auslaßsteuerventil (15) dazu geeignet ist, den Auslaßkanal (27) im wesentlichen vollständig zu schließen,

dadurch gekennzeichnet, daß

- um eine zeitliche Abstimmung der Selbstzündung zu steuern - das Auslaßsteuerventil (15) zum Steuern eines Drucks in einem Zylinder beim Aufwärtshub eines Kolbens betrieben ist, wobei der Auslaßöffnungsgrad ferner wenigstens von einer Motordrehzahl abhängt.

2. Verbrennungssteuereinrichtung für einen fremdgezündeten Zweitaktmotor (1) nach Anspruch 1, wobei die Betriebssteuermittel das Auslaß steuerventil (15) gemäß einem Steuerungsplan betreiben, der den Auslaßöffnungsgrad in Abhängigkeit von der Motordrehzahl und dem Drosselventilöffnungsgrad spezifiziert.

3. Verbrennungssteuereinrichtung für einen fremdgezündeten Zweitaktmotor (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei sich der Auslaßkanal (27) von einer Auslaßöffnung (7) erstreckt, die sich zu einer Innenumfangsfläche einer Zylinderbohrung (5) öffnet;

und wobei das Auslaßsteuerventil (15) eine sich in einem rechten Winkel zu einer Zylinderachse erstreckende Drehwelle (33) sowie einen an der Drehwelle (33) gelagerten Ventilkörper (20) umfaßt, um eine Höhe eines oberen Randes der Auslaßöffnung (7) zu variieren; wobei der Ventilkörper (20) als ein dünnes, schalenartiges Teil (20) ausgebildet ist, welches einen im wesentlichen längs einer Zylinderkrümmung an der Auslaßöffnung und breiter als eine gesamte Breite der Auslaßöffnung (7) vorgesehenen Auslaßsteuerabschnitt (35) sowie einen wenigstens eine Seite des Auslaßsteuerabschnitts (35) und die Drehwelle verbindenden Schwenkarmabschnitt (34) umfaßt; und wobei eine Aufnahmeaussparung zum Aufnehmen des Ventilkörpers (20) als ein ganzes in einem mit dem Auslaßkanal (27) ausgebildeten Zylinderblock (3) ausgebildet ist, wobei die Aufnahmeaussparung mit dem Auslaßkanal (27) nur in einer Arbeitszone des Auslaßsteuerabschnitts (35) in Verbindung steht und der Schwenkarmabschnitt (34) stets in der Aufnahmeaussparung untergebracht ist.

4. Verbrennungssteuereinrichtung für einen fremdgezündeten Zweitaktmotor (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Auslaßsteuerventil (15) zum fast vollständigen Schließen des Auslaßkanals (27) betrieben ist, wenn der Drosselventilöffnungsgrad sehr klein - mit Ausnahme von Null - ist und die Motordrehzahl niedrig bis mittel ist.