DE3924771A1 - Kraftstoffeinspritz-regelsystem fuer eine zweitaktbrennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Kraftstoffeinspritz-Regelsystem für eine Zweitaktbrennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, wobei es sich um eine solche handelt, bei wel­ cher der Kraftstoff direkt eingespritzt wird.

Es gibt verschiedene Methoden, um Kraftstoff einer Zweitakt­ brennkraftmaschine zuzuführen. Man kann beispielsweise Kraft­ stoff mit Luft zur Bildung eines brennbaren Gemisches vermischen und das Gemisch dem Zylinder der Maschine zuführen. In diesem Falle entweicht ein Teil des Kraftstoffes aus dem Zylinder durch eine Auslaßöffnung beim Spülen des Zylinders. Um zu ver­ hindern, daß Kraftstoff aus der Auslaßöffnung entweicht wurde vorgeschlagen, lediglich Luft in den Zylinder einzuführen und den Kraftstoff direkt in den Zylinder durch einen Einspritzer einzuspritzen.

Aus der japanischen Patentanmeldung mit der Offenlegungsnummer 62-1 13 819 ist eine Zweitaktbrennkraftmaschine bekannt, die ei­ nen ersten und einen zweiten Spülkanal aufweist. Der erste Spülkanal ist mit einer ersten Drosselklappe versehen. Ein Kraftstoffeinspritzer ist vorgesehen, um den Zylinder der Brennkraftmaschine mit einem brennbaren Gemisch zu versorgen. Ein zweiter Spülkanal ist vorgesehen, um Luft zuzuführen. Die Menge an Kraftstoff wird in Übereinstimmung mit der Maschinen­ drehzahl und einem Signal von einem Luftströmungsmesser errech­ net. Der Zylinder wird durch Luft gespült und dann mit dem brennbaren Gemisch versorgt. Bei dem System muß Frischluft sehr schnell von den beiden Spülkanälen geliefert werden, um eine Spülung zu erreichen. Demzufolge werden der Aufbau und das Regelsystem für die Maschine kompliziert. Somit ist es von Vorteil, wenn man ein direkt einspritzendes System zum direk­ ten Einspritzen von Kraftstoff in den Zylinder vorsieht.

Weiterhin entweicht unvermeidbar ein Teil der Einlaßluft aus dem Zylinder beim Spülen, ohne bei der Bildung des brennbaren Gemisches mitzuwirken. Nachdem die Menge an Einlaßluft, die vom Luftströmungsmesser festgestellt wird, die entweichende Luft mit umfaßt, kann das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Ge­ misches nicht exakt geregelt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kraftstoffein­ spritz-Regelsystem für eine Zweitaktbrennkraftmaschine der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, daß die Menge an einzuspritzendem Kraftstoff exakt geregelt wird.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein System zum Regeln der Kraftstoffeinspritzmenge für eine Zweitaktbrennkraft­ maschine mit mindestens einem Zylinder vorgeschlagen, die eine Spülöffnung, eine Auslaßöffnung, einen Einlaßkanal, der mit der Spülöffnung kommuniziert, einen Kraftstoffeinspritzer zum direkten Einspritzen von Kraftstoff in den Zylinder und eine Spülpumpe aufweist, die im Einlaßkanal vorgesehen ist, um den Zylinder Luft zuzuführen.

Das System umfaßt einen Luftströmungsmesser im Einlaßkanal, um die Menge an Einlaßluft festzustellen und ein Einlaßluftmengen­ signal abzugeben. Eine Feststelleinrichtung ist vorgesehen, um die Maschinenbetriebsbedingungen festzustellen und ein Betriebs­ bedingungssignal abzugeben. In einer Tabelle ist eine Vielzahl von Raten für die entweichende Luft beim Spülen des Zylinders gespeichert. Es sind Einrichtungen zum Herleiten der Raten von entweichender Luft aus der Tabelle in Übereinstimmung mit dem Betriebsbedingungssignal vorgesehen. Erste Rechnereinrichtun­ gen sind vorgesehen, um die Menge an tatsächlich in den Zylin­ der eingeführter Luft basierend auf der hergeleiteten Rate von entweichender Luft und der Menge an Einlaßluft gemäß dem Ein­ laßluftmengensignal zu errechnen. Zweite Rechnereinrichtungen sind vorgesehen, um die Kraftstoffmenge basierend auf der Maschinendrehzahl und der Menge an in den Zylinder eingeführ­ ter Luft zu errechnen, die vom Einspritzer einzuspritzen ist.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfaßt die Feststelleinrichtung einen Maschinendrehzahlsensor und einen Sensor zum Feststellen des Betätigungsgrades eines Fahrpedals für die Maschine.

Weitere erfindungswesentliche Merkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung. Diese werden im folgenden an­ hand von Abbildungen näher erläutert. Hierbei zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Zweitaktbrennkraftmaschine;

Fig. 2 ein Blockdiagramm zur Erläuterung der Regeleinheit gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 3 ein Datenfeld bzw. eine Tabelle zur Erläuterung der Luftentweichraten in bezug auf den Betätigungsgrad des Fahrpedals und die Maschinendrehzahl; und

Fig. 4 ein Flußdiagramm zur Erläuterung der Wirkungsweise des Systems bzw. zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Ver­ fahrens.

Wie in Fig. 1 gezeigt, umfaßt eine Zweitaktbrennkraftmaschine 1 einen Zylinder 2, einen Kolben 3 im Zylinder 2, eine Pleuel­ stange 6, die den Kolben 3 mit einer Kurbelwelle 5 in einem Kurbelgehäuse 4 verbindet. Ein Gegengewicht 7 ist auf der Kur­ belwelle 5 angebracht, um das Massenträgheitsmoment des Kol­ bens 3, der im Zylinder 2 hin und her geht, bzw. dessen Wir­ kung zu reduzieren.

In einer Wand des Zylinders 2 sind eine Auslaßöffnung 11 und eine Spülöffnung 16 in einem Winkelabstand von 90° oder ein­ ander gegenüberliegend angeordnet. Die Öffnungen 11 und 16 sind so ausgebildet, daß sie zu vorgegebenen Zeitpunkten bezüg­ lich der Position des Kolbens 3 öffnen bzw. schließen.

Ein Kraftstoffeinspritzer 10 und eine Zündkerze 9 sind oben in einer Brennkammer 8 des Zylinders 2 angebracht. Der Ein­ spritzer 10 ist so ausgebildet, daß er eine vorbestimmte Kraft­ stoffmenge zusammen mit komprimierter Luft in Form eines Luft/ Kraftstoff-Gemisches einspritzt. Kraftstoff aus einem Kraft­ stofftank 23 wird dem Einspritzer 10 über eine Kraftstofflei­ tung 20 mit einem Filter 21, einer Pumpe 22 und einem Druck­ regler 24 zum Konstanthalten des Kraftstoffdruckes auf einen niedrigen Pegel zugeführt. Der Kraftstoff wird mit Luft ver­ mischt, die dem Einspritzer 10 aus einem Kompressor 28 über eine Luftleitung 25 mit einem Akkumulator bzw. Ausgleichs­ behälter 27 und einem Druckregler 26 zugeführt wird.

Der Maschine 1 wird Luft über einen Filter 34, eine Verdrän­ gungsspülpumpe 33, einen Zwischenkühler 32 zum Kühlen der Spülluft, und einen Einlaßkanal 30 zugeführt, der eine Spül­ kammer 31 aufweist, um Spüldruckwellen zu dämpfen, die dann auftreten, wenn die Spülöffnung 16 öffnet oder schließt. Die Spülpumpe 3 und der Zwischenkühler 32 sind über einen Bypass 35 überbrückt. Der Bypass 35 ist mit einem Steuerventil 36 versehen. Abgas der Maschine 1 wird durch eine Auslaßöffnung 11, ein Auslaßrohr 12 mit einem Katalysator 13, einer Auslaß­ kammer 14 und einen Schalldämpfer 15 abgeführt.

Die Spülpumpe 33 steht mit der Kurbelwelle 5 über eine Getrie­ beeinrichtung 37 in Verbindung, die einen endlosen Riemen um­ faßt, der über eine Kurbelwellenriemenscheibe und eine Pumpen­ riemenscheibe geführt ist. Die Spülpumpe 33 wird von der Kur­ belwelle 5 über die Getriebeeinrichtung 37 angetrieben, um so einen Spüldruck zu erzeugen.

Ein Fahrpedal 40 steht über eine Ventilsteuerung 41 mit einem Steuerventil 36 in Verbindung. Der Öffnungsgrad des Steuerven­ tils 36 wird von der Steuerung 41 so gesteuert, daß er um­ gekehrt proportional zum Betätigungsgrad des Fahrpedals 40 ist. Weiterhin sind ein Maschinendrehzahlsensor 42 und ein Fahr­ pedalsensor 43 zum Feststellen des Niederdrückens des Fahr­ pedals vorgesehen, welche die Maschinenbetriebsbedingungen feststellen. Ein Luftströmungsmesser 44 ist direkt stromab des Luftfilters 34 angebracht, um die Menge an Einlaßluft abzu­ tasten.

Ausgangssignale aus den Sensoren 42, 43 und 44 werden einer Regeleinheit 45 zugeführt, die ein Zündsignal, ein Luftein­ spritzpulssignal und ein Kraftstoffeinspritzpulssignal der Zündkerze 9 bzw. dem Einspritzer 10 zuführt.

Wie in Fig. 2 gezeigt, umfaßt die Regeleinheit 45 eine Maschi­ nenbetriebsbedingungs-Feststelleinrichtung 46, welcher die Maschinendrehzahl N und der Betätigungsgrad R des Fahrpedals zugeführt werden. Eine Entweichrateneinrichtung 47 ist vor­ gesehen, in welcher die Rate e an entweichender Luft beim Spü­ len aus einer Entweichratentabelle 48 in Übereinstimmung mit Maschinenbetriebsbedingungen ausgelesen wird, die in der Fest­ stelleinrichtung 46 festgestellt werden. Insbesondere handelt es sich hier um die Maschinendrehzahl N und den Betätigungs­ grad R des Fahrpedals. In der Tabelle 48 ist eine Vielzahl von Entweichraten gespeichert, die experimentell ermittelt wurden. Die Raten steigen mit dem Betätigungsgrad R des Fahrpedals an, wie dies in Fig. 3 gezeigt ist.

Die Entweichrate e und die Einlaßluftmenge Q, die vom Luftströmungsmesser 44 abgetastet wird, werden einem Luftmen­ genrechner 49 zugeführt, in welchem die tatsächliche Luftmenge Q′ im Zylinder 2 über die Gleichung Q′=e×Q errechnet wird. Die Luftmenge Q′ wird einem Kraftstoffeinspritzmengenrechner 50 zusammen mit der Maschinendrehzahl N zugeführt. Im Kraft­ stoffeinspritzmengenrechner 50 wird die Kraftstoffeinspritz­ menge Ti (bzw. eine entsprechende Ansteuerungszeit) aus der Gleichung

Ti = Q′/N × α

errechnet. Hierbei ist α ein Koeffizient, welcher einen Soll- Luft/Kraftstoff-Verhältnis entspricht. Mehrere Koeffizienten α sind in einer Luft/Kraftstoff-Verhältnistabelle 51 gespeichert und zwar in Übereinstimmung mit den Maschinenbetriebsbedingun­ gen. Ein Treiber 51 ist vorgesehen, der ein Kraftstoffeinspritz­ pulssignal entsprechend der Menge Ti dem Einspritzer 10 zuführt.

Im folgenden wird der Betrieb der Zweitaktbrennkraftmaschine beschrieben.

Luft wird aus der Spülpumpe 33 gefördert, im Zwischenkühler 32 gekühlt und der Einlaßseite der Spülpumpe 33 über den Bypass 35 zurückgeführt. Nachdem der Öffnungsgrad R des Steuerventils 36 umgekehrt proportional zum Betätigungsgrad R des Fahrpedals 40 eingestellt wird, ist bei niedrigem Betätigungsgrad R des Fahrpedals das Steuerventil 36 weit offen. Demzufolge wird ei­ ne große Menge an Luft der Einlaßseite der Spülpumpe 33 zurück­ geführt. Auf diese Weise gelangt eine geringe Menge an Luft entsprechend einer geringen Betätigung des Fahrpedals in den Zylinder 2, um diesen nur mit geringen Spülverlusten zu spü­ len. Wenn der Betätigungsgrad R ansteigt, so steigt auch die Menge an Frischluft, welche in den Zylinder 2 eingeführt wird durch Schließen des Steuerventils 36.

Wenn der Kolben 3 eine Position nahe des unteren Totpunktes einnimmt, wie dies in Fig. 1 gezeigt ist, so öffnen die Spül­ öffnung 16 und die Auslaßöffnung 11, so daß Einlaßluft, deren Menge von der Position des Fahrpedals 40 abhängt, durch die Spülpumpe 33 in den Zylinder 2 über den Zwischenkühler 32 und die Spülöffnung 16 eingeführt wird. Demzufolge wird verbrann­ tes Gas im Zylinder 2 ausgespült, so daß Frischluft in kurzer Zeit eintreten kann. Beim Kompressionshub, wenn der Kolben 3 ansteigt, schließen beide Öffnungen 11 und 16. Eine bestimmte Menge an Kraftstoff, die im Einspritzer 10 in Übereinstimmung mit dem Einspritzpulssignal aus der Regeleinheit 45 gespeichert wurde, wird über komprimierte Luft als Luft/Kraftstoff-Gemisch eingespritzt, wobei die Luft in Übereinstimmung mit dem Luft­ pulssignal zugeführt wird. Das Gemisch wird in der Brennkammer mit Spülluft verwirbelt und durch die Zündkerze 9 kurz vor dem oberen Totpunkt gezündet. Nach der Explosion steigt der Kolben 3 im Leistungshub ab. Demzufolge wird die Auslaßöffnung 11 geöffnet, so daß verbranntes Gas im Zylinder 2, das immer noch unter hohem Druck steht, entweicht. Wenn der Kolben 3 weiter absteigt, kehrt er zu der vorbeschriebenen Position und dem Einlaßhub zurück, in welchem der Zylinder 2 gespült wird.

Im folgenden wird die Betriebsweise des Systems bzw. wird das erfindungsgemäße Verfahren unter Bezug auf das Flußdiagramm nach Fig. 4 erläutert. Der Betätigungsgrad R des Fahrpedals, die Maschinendrehzahl N und die Einlaßluftmenge Q werden von den Sensoren 42, 43 und 44 im Schritt 1 ausgelesen. In einem Schritt S 2 wird die Luftentweichrate e aus der Tabelle 48 in Übereinstimmung mit den Maschinenbetriebsbedingungen ausge­ lesen. In einem Schritt S 3 wird die Menge Q′ an Luft im Zylin­ der basierend auf der Entweichrate e und der Einlaßluftmenge Q errechnet. In einem Schritt S 4 wird die Einspritzmenge Ti basierend auf der Menge Q′, der Maschinendrehzahl N und dem Koeffizienten a für das Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis er­ rechnet. Die der Menge Ti entsprechende Kraftstoffmenge wird durch den Einspritzer 10 im Schritt S 5 eingespritzt.

Demzufolge wird die Menge an Kraftstoff aus dem Kraftstoffein­ spritzer 10 in Abhängigkeit von den Maschinenbetriebsbedingun­ gen und in Übereinstimmung mit der Maschinendrehzahl N sowie dem Betätigungsgrad R des Fahrpedals eingestellt. Das Luft/ Kraftstoff-Verhältnis des Gemisches in der Brennkammer wird so im wesentlichen konstant. Die Leistung der Maschine wird durch Veränderung der Menge an eingespritztem Gemisch verändert, das ein gewünschtes Luft/Kraftstoff-Verhältnis in Übereinstim­ mung mit der auf die Maschine wirkenden Last aufweist.

Die Einlaßluftmenge, die vom Luftströmungsmesser abgetastet wird, kann als Faktor verwendet werden, um die Maschinen­ betriebsbedingungen festzustellen, anstatt des Fahrpedalbetäti­ gungsgrades. Zwar wird beim oben beschriebenen System die Kraft­ stoffeinspritzmenge durch eine Rechnung erhalten, jedoch ist es auch möglich, eine Tabelle vorzusehen, in welcher Kraftstoff­ einspritzmengen gespeichert sind, um die entsprechenden Mengen gemäß den Anforderungen auszulesen.

Aus obigem geht hervor, daß mit der vorliegenden Erfindung ein Kraftstoffeinspritz-Regelsystem für eine Zweitaktbrennkraft­ maschine aufgezeigt wird, bei welchem die Menge von Luft, die beim Spülen entweicht, mit in die Rechnung einbezogen wird, um so die im Zylinder vorliegende Luft genau zu errechnen und dadurch das Luft/Kraftstoff-Verhältnis präzis einzustellen. Dadurch wiederum wird erreicht, daß der Kraftstoffverbrauch, die Abgasemission und das Fahrverhalten verbessert werden. Nachdem die Rate an entweichender Luft vorgespeichert ist, kann die Einlaßluftmenge schnell und leicht errechnet werden.

Claims (2)

1. Kraftstoffeinspritz-Regelsystem für eine Zweitaktbrennkraft­ maschine mit mindestens einem Zylinder (2), einer Spülöffnung (16), einer Auslaßöffnung (11), einem Einlaßkanal (30), der mit der Spülöffnung (16) kommuniziert, einem Kraftstoffein­ spritzer (10) zum direkten Einspritzen von Kraftstoff in den Zylinder (2), und mit einer Spülpumpe (33) im Einlaßkanal (30), um den Zylinder (2) Luft zuzuführen, gekennzeichnet durch
einen Luftströmungsmesser (44) im Einlaßkanal (30), welches die Menge an Einlaßluft feststellt und ein Einlaßluftmengen­ signal (Q) abgibt,
eine Feststelleinrichtung (42, 43) zum Feststellen von Maschinenbetriebsbedingungen und zum Abgeben eines Betriebs­ bedingungssignals (N, R),
Einrichtungen (48) zum Speichern einer Vielzahl von Luft­ entweichraten (e), die jeweils eine Rate von Luft repräsen­ tieren, die beim Spülen des Zylinders (2) entweicht,
Einrichtungen (47) zum Auslesen der Entweichluftrate aus den Speichereinrichtungen (48) in Übereinstimmung mit dem Betriebsbedingungssignal (N, R),
erste Rechnereinrichtungen (49), die derart ausgebildet sind, daß diejenige Menge (Q′) an Luft, die tatsächlich in den Zylinder (2) eingeführt wird, basierend auf der aus­ gelesenen Entweichluftrate (e) und der Menge (Q) an Einlaß­ luft errechnet wird, die vom Einlaßluftmengensignal dar­ gestellt ist, und durch
zweite Rechnereinrichtungen (50), die derart ausgebildet sind, daß die Menge (Ti) an einzuspritzendem Kraftstoff, basierend auf der Maschinendrehzahl (N) und der Menge (Q′) an Luft errechnet wird, die in den Zylinder eingeführt wird.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Feststelleinrichtung einen Maschinendrehzahlsensor (42) und einen Sensor (43) zum Feststellen des Betätigungsgrades ei­ nes Fahrpedals (40) eines mit der Maschine ausgerüsteten Kraftfahrzeuges umfaßt.