DE69332000T2

DE69332000T2 - Einlassluftanlage für Mehrzylinderbrennkraftmaschine

Info

Publication number: DE69332000T2
Application number: DE69332000T
Authority: DE
Inventors: Mamoru Fujieda; Shigeyuki Kemma; Nobuo Kurihara; Toshiharu Nogi; Minoru Ohsuga; Katsuta-Shi Ohyama Yoshishige; Katsuta-Shi Yamada Hiroyuki; Jun'ichi Yamaguchi
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1992-08-31
Filing date: 1993-08-12
Publication date: 2003-01-09
Anticipated expiration: 2013-08-13
Also published as: EP1186770A2; JPH0681719A; DE69334114D1; EP1186770B1; EP0801224B1; EP1103716A2; DE69333934T2; EP1186770A3; EP0586123A2; DE69334114T2; DE69327210T2; DE69332000D1; EP0801224A2; US5325828A; EP1103716B1; EP1103716A3; EP0801224A3; DE69333934D1; EP0586123B1; EP0586123A3

Description

Hintergrund der Erfindung

1. Technischer Bereich der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lufteinlaßanordnung für eine kompakte, leichte Mehrzylinder-Brennkraftmaschine mit einem verbesserten Drosselventilmechanismus.

2. Beschreibung verwandter Techniken

In der JP-A-62-48927(1987) ist beispielsweise eine herkömmliche Lufteinlaßanordnung zum Ausführen eines Betriebs mit einem mageren Luft-/Kraftstoffverhältnis beschrieben, wobei in einem Motor mit zwei Lufteinlaßventilen zwei getrennte, zu den jeweiligen Lufteinlaßventilen führende Kanäle vorgesehen sind. In einem der Kanäle ist ein Einlaßluftsteuerventil vorgesehen, so daß das Einlaßluftsteuerventil bei einer geringen Motorlast in einer geraden Öffnung geschlossen wird, um die Strömungsgeschwindigkeit der in die Brennkammer strömenden eingesaugten Luft zu steigern. In dem anderen Kanal ist eine in einem derartigen Zustand mit geringer Motorlast verwendete Wirbelöffnung oder spiralförmige Öffnung so gebogen, daß sie der inneren Wandfläche der Brennkammer folgt. Dadurch wird ein Wirbel in der Brennkammer verursacht, durch den die Verbrennungsgeschwindigkeit des Gasgemischs gesteigert und selbst bei einem mageren Kraftstoffgemisch eine stabile Verbrennung erzielt werden.
Während des Betriebs eines Motors im Leerlauf ist es normalerweise erforderlich, zur Realisierung eines gleichmäßigen Betriebs des Motors dem Motor mit einer guten Reaktion eine geringe Menge an Luft zuzuführen. Ferner ist die Maßnahme bekannt, die Luftmenge zur Kompensation eines durch Zusatzvorrichtungen verbrauchten Drehmoments zu steigern, um eine Schwankung des Betriebszustands des Motors zu verhindern, wenn Zusatzvorrichtungen, wie eine Klimaanlage, aktiviert sind. Zum Erzielen eines gleichmäßigen Betriebs des Motors ist es jedoch die Möglichkeit wünschenswert, Luft zur Steigerung des Drehmoments sofort zuzuführen, wenn die Zusatzvorrichtungen eingeschaltet werden und die Notwendigkeit einer Steigerung des Drehmoments auftritt. Es ist nämlich wünschenswert, daß die Luft für eine Steigerung des Drehmoments eine gute Reaktion zeigt.
Ist ferner ein sogenannter Betrieb mit Abgasrückführung beabsichtigt, der die Kraftstoffökonomie verbessert und das Abgas durch eine Verringerung der Verbrennungstemperatur durch die Abgasrückführung bei einer teilweisen Auslastung des Motors reinigt, ist das Einleiten von Abgas in einen Kollektor allgemein bekannt, der ein Einzugsabschnitt der Lufteinlaßleitungen ist. Ferner wird eine Abgasrückführung von ca. 0-20% Abgas als geeigneter Bereich für eine Verbesserung der Kraftstoffökonomie empfohlen, daher ist es vorzuziehen, eine Abgasrückführung mit einem möglichst hohen Prozentsatz an Abgas innerhalb des vorstehend genannten Rahmens auszuführen.
Bei der herkömmlichen Lufeinlaßanordnung, die derart konstruiert ist, daß sie einen Wirbel erzeugt, ist ein Einlaßluftsteuerventil in einem Hauptluftkanal in der Nähe eines Lufteinlaßventils angeordnet, daher tritt das Problem auf, daß das Einlaßluftsteuerventil der eingelassenen Luft bei einem Betrieb des Motors mit voller Last einen Widerstand bietet und die Wirkung einer Verringerung der Leistung des Motors hat.
Ferner lagert sich bei geschlossenem Lufteinlaßventil Kraftstoff auf dem Lufteinlaßventil ab und verursacht das Problem einer Verringerung der Reaktion der Kraftstoffzufuhr bei einer Beschleunigung.
Weiterhin wurden ein Kraftstoffeinspritzventil, der Montageabschnitt, die Kraftstoffleitungen und die Luftleitungen für die Kraftstoffzerstäubung durch das Kraftstoffeinspritzventil und die Lufteinlaßleitungen herkömmlicher Weise getrennt konstruiert und zusammengebaut, das Kraftstoffeinspritzventil war weit entfernt von der Mittelachse der Lufteinlaßleitung angeordnet, wodurch ein durch die Zerstäubungsachse des Kraftstoffeinspritzventils und die Mittelachse der Lufteinlaßleitung gebildeter Winkel vergrößert wurde, was selbst dann eine leichte Ablagerung des Kraftstoffs auf der Innenwand der Lufteinlaßleitungen ermöglicht, wenn das Lufteinlaßventil geöffnet ist, und das Problem einer Verringerung der Reaktion der Kraftstoffzufuhr bei einer Beschleunigung verursacht.
Da ferner die Richtung der eingelassenen Luft durch den Hauptluftkanal selbst bestimmt wird, ist es schwierig, effektiv einen Wirbel zu induzieren.
Überdies müssen bei dem Motor mit zwei Lufteinlaßventilen entweder minimale Abmessungen des Querschnitts des Strömungskanals der Verwirbelungsöffnung von ca. der Hälfte derer des Hauptkanals ausgewählt werden, oder die Verwirbelungsöffnung muß begrenzter als die gerade Öffnung sein. In beiden Fällen ist der Einstellbereich der Verwirbelungsstärke in Abhängigkeit von den Betriebszuständen des Motors begrenzt, und es tritt das Problem auf, daß ein erhaltener Wirbel in Abhängigkeit von der Drehzahl des Motors gelegentlich schwächer und gelegentlich stärker als der erforderliche ist. Andererseits wird bei geöffnetem Einlaßluftsteuerventil der Lufteinlaßkanal durch das Vorhandensein der Verwirbelungsöffnung verengt, und die Lufteinlaßeigenschaften des Kanals einschließlich der geraden Öffnung und der Verwirbelungsöffnung werden verschlechtert, wodurch das Problem einer Verringerung der maximalen Motorleistung verursacht wird.
Wenn im Leerlaufzustand des Motors und für eine Steigerung des Drehmoments Luft in den Kollektor eingeleitet wird, der ein Sammelabschnitt der Lufteinlaßleitungen ist, tritt ferner aufgrund des großen Volumens des Kollektors das Problem einer Verschlechterung der Reaktionseigenschaften der eingelassenen Luft auf.
Normalerweise beeinträchtigt bei einer Abgasrückführung in den Kollektor das zurückgeführte Abgas die Verbrennung. Insbesondere wenn eine Beschleunigung der Verbrennung mittels eines Wirbels erforderlich ist, ist ein gleichmäßiges Einleiten des zurückgeführten Abgases in die jeweiligen Zylinder des Motors schwierig. Ferner wird bei einem Übergangsbetrieb des Motors die Reaktion der Zufuhr des zurückgeführten Abgases verzögert, und die Verbrennung des Gasgemischs wird abhängig von dem Betriebszustand des Motors extrem beeinträchtigt, wodurch das Problem auftritt, daß die Rückführung einer großen Menge an Abgas verhindert wird.
In der EP 0 523 027 A2 ist ein System für Brennkraftmaschinen gezeigt, das ein Filtergehäuse mit einer Lufteinlaßöffnung, einem Filterelement und mindestens einem Luftauslaßrohr enthält, das mit dem Motoreinlaßverteiler verbunden ist. Der Obere Teil des Einlaßverteilers ist so konstruiert, daß er die unterste Grenze des Filtergehäuses bildet und als Halterung für das Filterelement dient. Die EP 0 523 027 A2 ist lediglich gemäß § 54(3) EPG relevant.
In der Druckschrift EP 0 384 359 A2 ist ein integriertes, eingestelltes Induktionssystem gezeigt, das eine Luftverteilerhalterung umfaßt, die von Zufuhrleitungen umgeben ist, die spiralförmig um die Luftverteilerhalterung und umeinander zu den Einlässen der Motorzylinder verlaufen. Die Umfangsausdehnung jeder Zufuhrleitung übersteigt 360º um die Längsachse der Luftverteilerhalterung.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein kompaktes, leichtes Lufteinlaßsystem mit einem verbesserten Drosselventilmechanismus zu schaffen.
Die Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Die abhängigen Ansprüche zeigen vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist ein schematisches Diagramm des Fluidsystems eines Beispiels von Lufteinlaßanordnungen für eine Brennkraftmaschine;
die Fig. 2(a) und 2(b) sind Beispiele von zur Steuerung der Lufteinlaßanordnungen für eine Brennkraftmaschine verwendeten Masken, wobei Fig. 2(a) eine Maske zur Bestimmung eines Luft- /Kraftstoffverhältnisses und einer Menge des zurückgeführten Abgases für einen Motor auf der Grundlage eines durch eine Motordrehzahl und eine Motorlast repräsentierten Betriebszustands des Motors ist und Fig. 2(b) eine Maske zur Bestimmung eines Öffnungsgrads eines Einlaßluftsteuerventils in den Betriebsbereichen I und II des Motors gemäß Fig. 2(a) auf der Grundlage eines durch eine Motordrehzahl und eine Motorlast repräsentierten Betriebszustands des Motors ist;
Fig. 3 ist das in Fig. 1 gezeigte schematische Diagramm des Fluidsystems zur Erläuterung seines Betriebszustands im Betriebsbereich I des Motors gemäß Fig. 2(a);
Fig. 4 ist das in Fig. 1 gezeigte schematische Diagramm des Fluidsystems zur Erläuterung seines Betriebszustands in dem Betriebsbereich II des Motors gemäß Fig. 2(a);
Fig. 5 ist das in Fig. 1 gezeigte schematische Diagramm des Fluidsystems zur Erläuterung seines Betriebszustands in dem Betriebsbereich III des Motors gemäß Fig. 2(a);
Fig. 6 ist das in Fig. 1 gezeigte schematische Diagramm des Fluidsystems zur Erläuterung seines Betriebszustands in dem Betriebsbereich IV bzw. V des Motors gemäß Fig. 2 (a);
Fig. 7 ist ein schematisches strukturelles Beispiel einer in der Nähe eines Gaseinlaßventils für einen Zylinder eines Motors in einen Hauptluftkanal mündenden Auslaßöffnung eines zusätzlichen Gaskanals, der in den erfindungsgemäßen Lufteinlaßanordnungen enthalten ist;
Fig. 8 ist ein weiteres schematisches strukturelles Beispiel einer in der Nähe eines Gaseinlaßventils für einen Zylinder eines Motors in einen Hauptluftkanal mündenden Auslaßöffnung eines zusätzlichen Gaskanals, der in den erfindungsgemäßen Lufteinlaßanordnungen enthalten ist;
Fig. 9 ist ein weiteres schematisches strukturelles Beispiel einer in der Nähe eines Gaseinlaßventils für einen Zylinder eines Motors in einen Hauptluftkanal mündenden Auslaßöffnung eines zusätzlichen Gaskanals, der in den erfindungsgemäßen Lufteinlaßanordnungen enthalten ist;
Fig. 10 ist ein weiteres schematisches strukturelles Beispiel einer in der Nähe eines Gaseinlaßventils für einen Zylinder eines Motors in einen Hauptluftkanal mündenden Auslaßöffnung eines zusätzlichen Gaskanals, der in den erfindungsgemäßen Lufteinlaßanordnungen enthalten ist;
Fig. 11 ist ein schematisches Diagramm des Fluidsystems der Lufteinlaßanordnungen für eine Brennkraftmaschine;
Fig. 12 ist ein schematisches Diagramm des Fluidsystems der Lufteinlaßanordnungen für eine Brennkraftmaschine;
Fig. 13 ist ein schematisches Diagramm des Fluidsystems der erfindungsgemäßen Lufteinlaßanordnungen für eine Brennkraftmaschine;
Fig. 14 ist eine strukturelle Ausführungsform eines Hauptluftkanals an einem Abschnitt, an dem ein in den Lufteinlaßanordnungen enthaltenes Kraftstoffeinspritzventil montiert ist;
Fig. 15 ist ein dem in Fig. 1 dargestellten ersten Beispiel ähnliches schematisches Diagramm des Fluidsystems bei der Anwendung für eine Brennkraftmaschine mit vier Zylindern;
Fig. 16(a) ist ein dem in Fig. 12 gezeigten Beispiel ähnliches schematisches Diagramm des Fluidsystems bei der Anwendung für eine Brennkraftmaschine mit vier Zylindern;
Fig. 16(b) ist ein Diagramm, das eine Veränderung der in einen Zylinder des Motors eingelassenen Luft und der Öffnungsgrade eines Zusatzeinlaßluftsteuerventils 313 und eines Drosselventils 314 gemäß Fig. 16(a) in Abhängigkeit vom Öffnungsgrad des Gaspedals zeigt;
Fig. 17 ist ein schematisches Diagramm des Fluidsystems der Lufteinlaßanordnungen für eine Brennkraftmaschine;
Fig. 18 (a) stellt eine Veränderung des Betriebszustands des Motors aus dem Bereich III in den Bereich II gemäß der in Fig. 2(a) gezeigten Maske dar;
Fig. 18(b) zeigt Veränderungen des Winkels des Gaspedals, der Menge des eingespritzten Kraftstoffs, der Menge der über den Hauptluftkanal zugeführten Luft und der Menge der über den Zusatzgaskanal zugeführten Luft in bezug auf die Zeit bei einem der Beispiele der Lufteinlaßanordnungen als Reaktion auf die in Fig. 18(a) dargestellte Änderung;
Fig. 19(a) ist ein Ablaufdiagramm, das eine bei einem der Beispiele der Lufteinlaßanordnungen unmittelbar nach der Erfassung der in Fig. 18(a) dargestellten Veränderung ausgeführte Steuerungssequenz darstellt;
Fig. 19(b) ist ein Ablaufdiagramm, das eine bei einem der Beispiele der Lufteinlaßanordnungen nach der Beendigung der in Fig. 19(a) gezeigten Steuerungssequenz ausgeführte Steuerungssequenz darstellt;
Fig. 20 ist ein Ablaufdiagramm, das eine modifizierte Version der in Fig. 19(b) dargestellten Steuerungssequenz zeigt;
Fig. 21 ist ein Ablaufdiagramm, das eine weitere modifizierte Version der in Fig. 19(b) dargestellten Steuerungssequenz zeigt, bei der ein Motorrauhigkeitssignal verwendet wird;
Fig. 22 ist ein Ablaufdiagramm, das eine modifizierte Version der in Fig. 21 gezeigten Steuerungssequenz darstellt, die eine Lernfunktion für den Öffnungsgrad eines elektromagnetischen Ventils zur Erzeugung eines Wirbels enthält;
Fig. 23(a) stellt eine Verschiebung des Betriebszustands eines Motors aus dem Bereich II der in Fig. 2(a) gezeigten Maske dar;
Fig. 23(b) stellt Veränderungen des Winkels des Gaspedals, der Menge des eingespritzten Kraftstoffs, der Menge der über den Hauptluftkanal zugeführten Luft und der Menge der über den zusätzlichen Gaskanal zugeführten Luft in Bezug auf die Zeit bei einem der Beispiele der Lufteinlaßanordnungen als Reaktion auf die in Fig. 23(a) gezeigte Veränderung dar;
Fig. 24 ist ein Ablaufdiagramm, das eine bei einem der Beispiele der Lufteinlaßanordnungen unmittelbar nach der Erfassung der in Fig. 23(a) dargestellten Veränderung ausgeführte Steuerungssequenz darstellt;
Fig. 25(a) zeigt eine Verschiebung des Betriebszustands eines Motors aus dem Bereich II in den Bereich II der in Fig. 2(a) gezeigten Übersicht;
Fig. 25(b) zeigt Veränderungen des Winkels des Gaspedals, der Menge des eingespritzten Kraftstoffs, der Menge der über den Hauptluftkanal zugeführten Luft und der Menge der über den Zusatzgaskanal zugeführten Luft in bezug auf die Zeit bei einem der Beispiele der Lufteinlaßanordnungen als Reaktion auf die in Fig. 25(a) dargestellte Veränderung;
Fig. 26 ist ein Ablaufdiagram, das eine bei einem der Beispiele der Lufteinlaßanordnungen unmittelbar nach der Erfassung der in Fig. 25(a) dargestellten Veränderung ausgeführte Steuerungssequenz darstellt;
Fig. 27 ist eine Draufsicht einer strukturellen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lufteinlaßanordnungen von oben, die auf der Grundlage einer der durch die schematischen Diagramme des Fluidsystems gemäß den Fig. 1, 11, 12, 13, 15, 16(a) und 17 dargestellten Ausführungsformen realisiert wurde;
Fig. 28 ist eine Schnittansicht entlang der Linie A-A in Fig. 27;
Fig. 29 ist eine Schnittansicht entlang der Linie B-B in Fig. 27;
Fig. 30 ist eine Schnittansicht entlang der Linie C-C in Fig. 27;
Fig. 31 ist eine Draufsicht einer weiteren, auf der Grundlage einer der durch die schematischen Diagramme des Fluidsystems gemäß den Fig. 1, 11, 12, 13 und 15, 16(a) und 17 dargestellten Ausführungsformen realisierten strukturellen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lufteinlaßanordnungen von oben;
Fig. 32 ist eine Schnittansicht entlang der Linie A-A in Fig. 31;
Fig. 33 ist eine Schnittansicht entlang der Linie B-B in Fig. 31; und
Fig. 34 ist eine Schnittansicht entlang der Linie C-C in Fig. 31.

Genaue Beschreibung der Ausführungsformen

Fig. 1 zeigt, daß eingelassene Luft von einem Luftreiniger 201 eingeleitet und ihre Strömungsgeschwindigkeit von einem Luftströmungsmesser 208 gemessen wird. Die Menge der durch einen Hauptkanal 202 strömenden Luft wird von einer Drosselklappe 203 eingestellt, dann von einem Kollektor 204 auf jeweilige Zylinder des Motors verteilt und anschließend über jeweilige unabhängige Lufteinlaßleitungen 205 in einen Motor 206 eingeleitet. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist parallel zu den jeweiligen unabhängigen Lufteinlaßleitungen 205 ein zusätzlicher Gaskanal 210 vorgesehen. Die Strömungsmenge der durch den zusätzlichen Gaskanal 210 strömenden Luft wird auf der Grundlage eines Signals von einer Einrichtung 221 zur Erfassung des Öffnungsgrads eines Gaspedals, eines Ein-/Aussignals von Zusatzeinrichtungen 220 des Motors, eines Signals von einer Einrichtung 223 zur Erfassung der Drehzahl des Motors und eines Signals bezüglich der Menge der eingelassenen Luft von dem Luftströmungsmesser 208 von einem Computer 222 durch die Steuerung eines Einlaßluftsteuerventils 211 eingestellt. Zusätzlich zu Vorstehendem wird dem zusätzlichen Gaskanal 210 über eine Abgasrückführleitung 214 und ein Abgasrückführventil 212 zurückgeführtes Abgas aus einer Abgasleitung 207 des Motors zugeführt. Eine Auslaßöffnung 213 des zusätzlichen Gaskanals 210 mündet in der Nähe eines (nicht dargestellten) Lufteinlaßventils des Motors 206 in die unabhängige Lufteinlaßleitung 205. In diesem Moment wird die Strömungsgeschwindigkeit der in den Motor 206 strömenden eingelassenen Luft auf der Grundlage der Strömungsmenge der zusätzlichen Luft und dem Querschnittsbereich der Öffnung der Auslaßöffnung 213 des zusätzlichen Gaskanals bestimmt. Wenn der Querschnittsbereich der Öffnung der Auslaßöffnung 213 des zusätzlichen Gaskanals kleiner als der der unabhängigen Lufteinlaßleitung 205 festgesetzt ist, wird die Strömungsgeschwindigkeit der eingelassenen Luft erhöht, und ferner kann, wenn die Auslaßöffnung 213 in bezug auf den Umfang der Lufteinlaßleitung 205 exzentrisch angeordnet ist, in einer (nicht dargestellten) Brennkammer des Motors 206 ein Wirbel induziert werden.
Die Fig. 3 bis 6 zeigen Diagramme zur Erläuterung der Betriebszustände des Beispiels gemäß Fig. 1 in Abhängigkeit von den in Fig. 2(a) dargestellten Betriebsbereichen des Motors.
Die Fig. 2(a) und 2(b) sind Beispiele von zur Steuerung der erfindungsgemäßen Lufteinlaßanordnungen für eine Brennkraftmaschine verwendeten Masken, wobei Fig. 2(a) eine Maske zur Bestimmung eines Luft-/Kraftstoffverhältnisses und einer Menge des zurückgeführten Abgases für einen Motor auf der Grundlage eines durch die Drehzahl des Motors und die Motorlast repräsentierten Betriebszustands und Fig. 2(b) eine Maske zur Bestimmung eines Öffnungsgrads eines Einlaßluftsteuerventils in den Betriebsbereichen I und II des Motors gemäß Fig. 2 (a) auf der Grundlage eines durch die Drehzahl des Motors und die Motorlast repräsentierten Betriebszustands eines Motors sind.
Eine Bestimmung, in welchen Bereich gemäß Fig. 2(a) der vorliegende Betriebszustand des Motors fällt, erfolgt auf der Grundlage eines Signals von dem Sensor 223 zur Erfassung der Drehzahl des Motors und eines Signals von dem Sensor 221 zur Erfassung des Öffnungsgrads des Gaspedals durch den Computer 222. Abhängig von der Bestimmung werden das Einlaßgassteuerventil 211 und das Abgasrückführventil 212 so gesteuert, daß sie eine den jeweiligen Betriebsbereichen angemessene Steuerung ausführen.
Den jeweiligen Betriebsbereichen entsprechende Steuerungen sind in den Fig. 3 bis 6 dargestellt.
Fig. 3 zeigt einen Betriebszustand in dem Bereich I, in dem die Drehzahl des Motors niedrig ist und keine wesentliche Last aufgebracht wird. Die Drosselklappe 203 und das Abgasrückführventil 212 sind geschlossen, und der Lufteinlaß wird durch das Einlaßluftsteuerventil 211 eingestellt. Die Luft 231 wird nämlich über den zusätzlichen Gaskanal 210 so zugeführt, daß Luft-/Kraftstoffverhältnis auf dem stöchiometrischen Luft-/Kraftstoffverhältnis gehalten wird. Wenn in diesem Zustand die Motorlast aufgrund eines Einschaltens oder Ausschaltens der Zusatzeinrichtungen 220 des Motors verändert wird oder wenn sich die Drehzahl des Motors aufgrund einer kleinen Veränderung des internen Zustands des Motors 206 verändert, muß als Reaktion auf diese Veränderungen sofort eine geeignete Menge an eingelassener Luft zugeführt werden, um einen gleichmäßigen Betrieb des Motors aufrecht zu erhalten. Bei dem vorliegenden Beispiel wird das gesamte innere Volumen des zusätzlichen Gaskanals 210 derart bestimmt, daß es kleiner als das gesamte Volumen des Hauptkanals 202 einschließlich des Kollektors 204 und der unabhängigen Gaseinlaßleitungen 205 für die jeweiligen Zylinder des Motors ist und beispielsweise 80% des gesamten Volumens beträgt, wobei die Reaktionseigenschaften in bezug auf eine erforderliche Veränderung der Luftmenge im Vergleich zu der herkömmlichen Anordnung verbessert wird und die Zufuhr der eingelassenen Luft über den Hauptkanal 202 erfolgt. Dementsprechend kann bei dem vorliegenden Beispiel die Luft für den Leerlaufbetrieb bei guten Reaktionseigenschaften zur Bewältigung einer Veränderung der Drehzahl des Motors zugeführt werden, und die Stabilität der Drehzahl des Motors wird verbessert.
Fig. 4 zeigt einen Betriebszustand im Bereich II, in dem die Drehzahl des Motors höher als im Bereich I ist und sich die Motorlast von einem niedrigen Bereich zu einem Zwischenbereich erstreckt. Die Drosselklappe 203 wird in Abhängigkeit von Motorlast und Drehzahl des Motors leicht geöffnet. Das Abgasrückführventil 212 verbleibt in einem geschlossenen Zustand. Im Bereich II wird das Luft- /Kraftstoffverhältnis auf ein mageres Luft-/Kraftstoffverhältnis von beispielsweise 22-23 gesteuert, so daß bei einer Verschiebung des Betriebszustands des Motors in andere Bereiche eine Einstellung des Luft-/Kraftstoffverhältnisses erforderlich wird. Wenn bei dem vorliegenden Beispiel der Betriebszustand des Motors in den Bereich II verschoben wird, wird das Einlaßluftsteuerventil 211 zur Steigerung der Menge der eingelassenen Luft weiter als in den anderen Bereichen geöffnet. Zudem wird die Strömungsmenge der über die Einlaßöffnung 213 des zusätzlichen Gaskanals in den Motor 206 strömenden Luft 231 gesteigert, und die Strömungsgeschwindigkeit des eingelassenen Gases wird erhöht, so daß ein Wirbel in der (nicht dargestellten) Brennkammer des Motors induziert und die Verbrennungsgeschwindigkeit des Gasgemischs gesteigert werden, wodurch selbst bei einem mageren Gasgemisch eine wünschenswerte Verbrennung erzielt wird. In diesem Fall wird durch Bestimmung eines geeigneten Querschnittsbereichs der Auslaßöffnung 213 des zusätzlichen Gaskanals die Stärke des Wirbels optimiert. Wenn nämlich eine Steigerung der Stärke des Wirbels erforderlich ist, wird der Querschnittsbereich der Ausgangsöffnung 213 des Kanals klein eingestellt; wenn andererseits eine Verringerung der Stärke erforderlich ist, wird ihr Querschnittsbereich groß eingestellt. Ferner kann für die Steuerung des Luft-/Kraftstoffverhältnisses parallel eine Maßnahme zur Veränderung der dem Motor 206 von dem (nicht dargestellten) Kraftstoffeinspritzventil zugeführten Kraftstoffmenge verwendet werden. Bei dem vorliegenden Beispiel kann sowohl in dem Fall, in dem der Betriebszustand des Motors aus einem der angrenzenden Bereiche in den Bereich II verschoben wird, als auch in dem, in dem der Betriebszustand des Motors aus dem Bereich II in einen angrenzenden anderen Bereich verschoben wird, die Menge der eingelassenen Luft 231 mit einer guten Reaktion gesteigert oder verringert werden.
Fig. 5 zeigt einen Betriebszustand im Bereich III, in dem entweder die Drehzahl des Motors extrem niedrig und die Motorlast größer als im Leerlaufzustand oder die Motorlast höher als im Bereich II oder die Drehzahl des Motors höher als im Bereich II ist. In diesem Bereich wird das Luft- / Kraftstoffverhältnis zum Erzielen eines höheren Drehmoments auf das stöchiometrische Luft-/Kraftstoffverhältnis eingestellt. Die Drosselklappe 203 wird als Reaktion auf die Motorlast oder die Drehzahl des Motors geöffnet. Die Menge des zurückgeführten Abgases wird von dem Abgasrückführventil 212 abhängig von dem Betriebszustand des Motors eingestellt, wodurch die Verbrennungstemperatur verringert und die Kraftstoffökonomie durch eine Verringerung des Pumpverlusts verbessert werden. Das Einlaßluftsteuerventil 211 ist zu diesem Zeitpunkt geschlossen, um einen Rückstrom des zurückgeführten Abgases zu verhindern. Zu diesem Zeitpunkt wird das zurückgeführte Abgas 232 von der Auslaßöffnung 213 des zusätzlichen Gaskanals mit einer hohen Geschwindigkeit zugeführt und gleichmäßig mit der durch den Hauptkanal 202 strömenden Luft 231 gemischt, wodurch die Verteilung des zurückgeführten Abgases auf die jeweiligen Zylinder des Motors im Vergleich zu der herkömmlichen Anordnung verbessert wird, bei der das zurückgeführte Abgas dem Kollektorabschnitt 204 zugeführt wird, wodurch die Grenze der Menge an zurückgeführtem Abgas erweitert werden kann. Ferner wird durch Ausrichtung der Auslaßöffnung 213 des zusätzlichen Gaskanals zur Richtung längs der Wandfläche der (nicht dargestellten) Brennkammer des Motors ein Wirbel in der Brennkammer induziert, wodurch die Verbrennung verbessert sowie eine Schicht des zurückgeführten Abgases 232 in der Nähe der ihrer Wandfläche erzeugt werden, die einen Wärmeverlust durch die Wandfläche verringert und eine Verbesserung der Kraftstoffökonomie bewirkt. Wenn ferner das innere Volumen des Abgasrückführkanals 214 derart festgelegt wird, daß es kleiner als das summierte Volumen des Hauptkanals 202 einschließlich des Kollektors 204 und der unabhängigen Gaseinlaßleitungen 205 für die jeweiligen Zylinder des Motors ist, kann das zurückgeführte Abgas dem Motor mit einer guten Reaktion zugeführt werden.
Fig. 6 zeigt einen Betriebszustand im Bereich IV und im Bereich V, in dem die Drehzahl des Motors noch höher als im Bereich III oder die Motorlast noch größer als im Bereich III ist. In diesen Bereichen ist das Luft-/Kraftstoffverhältnis auf das stöchiometrische Luft- /Kraftstoffverhältnis oder auf ein fettes Luft-/Kraftstoffverhältnis eingestellt, wobei zum Erreichen eines erforderlichen Drehmoments einem Betrieb des Motors Bedeutung beigemessen wird. Das Abgasrückführventil 212 ist geschlossen, das Einlaßluftsteuerventil 211 kann jedoch beide Zustände annehmen, d. h. sowohl einen geöffneten als auch einen geschlossenen Zustand. Die Drosselklappe 203 in dem Hauptkanal 202 wird bei einer hohen Motorlast vollständig geöffnet, und bei einer hohen Drehzahl des Motors wird der Öffnungsgrad der Drosselklappe 203 in Abhängigkeit von dem erforderlichen Drehmoment gesteuert. Hierbei werden, anders als bei der herkömmlichen Anordnung, die Elemente in den unabhängigen Gaseinlaßleitungen 205, die einen Widerstand für die eingelassene Luft bilden, wie ein Einlaßluftsteuerventil und eine Drossel für die Lufteinlaßleitungen, weggelassen, wodurch eine Verringerung der Leistung des Motors verhindert wird.
Die Fig. 7 bis 10 zeigen strukturelle Beispiele der erfindungsgemäßen Ausgangsöffnungen 213 der zusätzlichen Gaskanäle.
Fig. 7 zeigt ein Beispiel, bei dem die Auslaßöffnung 213 des zusätzlichen Gaskanals in bezug auf die rechte oder die linke Seite der unabhängigen Gaseinlaßleitung 205 exzentrisch angeordnet ist. Bei diesem Aufbau strömt das zusätzliche Gas durch das Lufteinlaßventil 241 und den Umfang einer Zylinderwand des Motors entlang, wodurch in einer zur Ebene der Oberseite des Kolbens parallelen Ebene ein starker Wirbel induziert wird. Wenn als zusätzliches Gas Luft eingeleitet wird, wird in Bezug auf den Kraftstoff überschüssige Luft zugeführt, und es wird ein Zustand mit einem mageren Luft- /Kraftstoffverhältnis erzeugt, durch das Induzieren des Wirbels werden jedoch die Verbrennungsgeschwindigkeit gesteigert und eine gewünschte Verbrennung realisiert. Ferner wird beim Einleiten von zurückgeführtem Abgas als zusätzlichem Gas durch die Nutzung des Wirbels ein gleichmäßiges Gemisch des zurückgeführten Abgases und der Luft erzeugt, wodurch die Verbrennungstemperatur und ein über die Zylinderwand des Motors verursachter Wärmeverlust verringert sowie der Ausstoß von Stickoxiden unterdrückt werden.
Ferner wird durch das Leiten von Luft oder zurückgeführtem Abgas aus der Ausgangsöffnung 213 des zusätzlichen Gaskanals zu der Wandfläche 242 des Zylinders des Motors eine Schicht aus Luft oder zurückgeführtem Abgas längs dem Umfang erzeugt, und es wird eine Verbrennung in der Nähe des mittleren Abschnitts der Brennkammer 244 veranlaßt, wo eine Zündkerze 243 angeordnet ist, wodurch ein Wärmeverlust über die Wandfläche 242 des Zylinders des Motors durch eine adiabatische Wirkung der Luft bzw. des zurückgeführten Abgases verringert wird.
Fig. 8 zeigt ein weiteres Beispiel, bei dem die Auslaßöffnung 213 des zusätzlichen Gaskanals in bezug auf die Oberseite der unabhängigen Lufteinlaßleitung 205 exzentrisch angeordnet ist. Bei diesem Aufbau strömt das zusätzliche Gas durch das Lufteinlaßventil 241 und induziert einen vertikalen Wirbel (eine Umwälzung). Hierbei wird beim Einspritzen von Kraftstoff durch ein (nicht dargestelltes) Kraftstoffeinspritzventil zu nur einem der beiden Lufteinlaßventile 241 nur in einem von dem einen, auf einer Seite angeordneten Lufteinlaßventil 241 abgedeckten Teilbereich der Brennkammer 244 ein Gasgemisch erzeugt. Dadurch wird eine Schichtenbildung des Gasgemischs in der Brennkammer 244 erzielt, und ein hinreichend brennbares mageres Gasgemisch wird erhalten. Ferner kollabieren die Wirbel beim Verdichtungshub des Motors, und es werden mehrere kleine Turbulenzen erzeugt, so daß die Verbrennungsgeschwindigkeit selbst bei einem mageren Gasgemisch verbessert wird.
Fig. 9 zeigt ein weiteres Beispiel, bei dem die Auslaßöffnung 213 des zusätzlichen Gaskanals in bezug auf die Unterseite der unabhängigen Lufteinlaßleitung 205 exzentrisch angeordnet ist. Bei diesem Aufbau strömt das zusätzliche Gas durch das Lufteinlaßventil 241 und induziert einen Wirbel, der sich in der der in Fig. 8 gezeigten entgegengesetzten Richtung bewegt. Wenn hierbei von einem (nicht dargestellten) Kraftstoffeinspritzventil Kraftstoff zu nur einem der beiden Lufteinlaßventile 241 eingespritzt wird, wird nur in einem von dem einen, auf einer Seite angeordneten Lufteinlaßventil 241 abgedeckten Teilbereich der Brennkammer 244 ein Gasgemisch erzeugt. Dadurch wird eine Schichtenbildung des Gasgemischs in der Brennkammer 244 erzielt, und es wird ein hinreichend brennbares mageres Gasgemisch erhalten. Ferner kollabieren beim Verdichtungshub des Motors die Wirbel, und mehrere kleine Turbulenzen werden erzeugt, so daß die Verbrennungsgeschwindigkeit selbst bei einem mageren Gasgemisch verbessert wird.
Fig. 10 zeigt ein weiteres Beispiel, bei dem auf der rechten und auf der linken Seite der unabhängigen Gaseinlaßleitung 205 in der Nähe von deren Ende zwei Auslaßöffnungen 213 des zusätzlichen Gaskanals vorgesehen sind. Die jeweiligen Auslaßöffnungen 213 des Kanals sind zur Mitte der Brennkammer 244 gerichtet. Ferner ist der zerstäubte Kraftstoff von dem Kraftstoffeinspritzventil 245 derart eingestellt, daß er mit dem Gasstrom von den Auslaßöffnungen 213 des zusätzlichen Gaskanals kollidiert. Bei diesem Aufbau wird im mittleren Abschnitt der Brennkammer 244 ein leicht entzündliches fettes Gasgemisch erzeugt; daher wird, wenn die Zündkerze 243 in diesem Bereich angeordnet ist, selbst dann eine wünschenswerte Zündung und Verbrennung erzielt, wenn ein Gasgemisch mit einem insgesamt mageren Luft-/Kraftstoffverhältnis in die Brennkammer 244 gefüllt wird. Ferner müssen, wenn der zerstäubte Kraftstoff 246 von dem Kraftstoffeinspritzventil 245 in der Mitte der Brennkammer 244 konzentriert werden kann, die Auslaßöffnungen 213 des zusätzlichen Gaskanals nicht notwendigerweise auf beiden Seiten der unabhängigen Lufteinlaßleitung 205 vorgesehen sein, statt dessen kann zum Erhalt von im wesentlichen den gleichen Vorteilen wie vorstehend beschrieben nur eine einzige Auslaßöffnung 213 des zusätzlichen Gaskanals exzentrisch zur Oberseite oder Unterseite der unabhängigen Lufteinlaßleitung 205 angeordnet sein.
Die Fig. 11 bis 13 zeigen weitere Beispiele mit einem modifizierten Aufbau des zusätzlichen Gaskanals.
Bei dem Beispiel gemäß Fig. 11 wird eingelassene Luft durch einen Luftreiniger 201 geleitet, nach einer Messung ihrer Strömungsmenge durch einen Luftstrommesser 208 wird die Menge der eingelassenen Luft durch eine Drosselklappe 203 eingestellt, und das Teilungsverhältnis der eingelassenen Luft für einen Hauptkanal 202 und einen zusätzlichen Gaskanal 210 wird durch ein Einlaßluftsteuerventil 251 eingestellt. Das Einlaßluftsteuerventil 251 ist entweder derart konstruiert, daß es sich synchron mit der Drosselklappe 203, jedoch mit einer vorgegebenen Verzögerung, oder dann öffnet, wenn der negative Druck der eingelassenen Luft einen vorgegebenen Wert nahe dem Atmosphärendruck erreicht, wodurch eine Wirbelstärke eingestellt wird. Bei einem derartigen Aufbau kann die Menge der durch ein zusätzliches Luftsteuerventil 252 strömenden Luft bei einem Leerlaufbetrieb und bei einer Steigerung des Drehmoments zum Antreiben von Zusatzeinrichtungen des Motors verringert werden, wodurch die Herstellungskosten der Anordnung verringert werden. Ferner ist es nicht erforderlich, entsprechend der Anzahl der Zylinder des Motors mehrere Einlaßluftsteuerventile vorzusehen, wie bei der herkömmlichen Anordnung, sondern nur ein Lufteinlaßsteuerventil 251 ist ausreichend, da das Einlaßluftsteuerventil 251 stromaufseitig des Kollektors 204 angeordnet ist. Dementsprechend werden die Herstellungskosten der Anordnung weiter verringert. Da bei der vorliegenden Ausführungsform das innere Volumen des zusätzlichen Gaskanals 210 ebenso im Vergleich zu dem Gesamtvolumen des Hauptgaskanals 202 einschließlich des Kollektors 204 und der unabhängigen Gaseinlaßleitungen für die jeweiligen Zylinder des Motors klein konstruiert ist, werden selbstverständlich eine Verbesserung der Reaktionseigenschaften des zusätzlichen Gases und ein Induzieren eines Gaswirbels mit einer erforderlichen Stärke erzielt.
Fig. 12 zeigt ein Beispiel, bei dem eine zusätzliche Drosselklappe 253 derart in dem zusätzlichen Gaskanal 210 vorgesehen ist, daß das Einlaßluftsteuerventil 211 umgangen wird. Bei dem vorliegenden Beispiel wird das Einlaßluftsteuerventil 211 zur Steuerung der Luftmenge für einen Leerlaufbetrieb und für eine Steigerung des Drehmoments verwendet, und die zusätzliche Drosselklappe 253 wird in einem Betriebsbereich mit einem mageren Luft-/Kraftstoffverhältnis zum Einstellen der Strömungsmenge der zum Induzieren eines Gaswirbels verwendeten Luft verwendet, wodurch die Kapazität des Einlaßluftsteuerventils 211 reduziert werden kann und die Herstellungskosten der Anordnung verringert werden. Ebenso können bei dem vorliegenden Aufbau auch eine Verbesserung der Reaktionseigenschaften und ein Induzieren eines Gaswirbels mit einer erforderlichen Stärke erzielt werden.
Fig. 13 ist ein Beispiel, bei dem eine Drosseldüse 254 an der Auslaßöffnung 213 des zusätzlichen Gaskanals vorgesehen ist und deren grundlegender Aufbau und Funktionsweise im wesentlichen mit den im Zusammenhang mit den Fig. 1 bis 6 erläuterten übereinstimmen. Wenn bei dem vorliegenden Beispiel der Öffnungsgrad der Drosselklappe 203 gering und die Strömungsmenge der zusätzlichen Luft klein sind, wie im Leerlaufbereich, wird die Ausgangsöffnung 213 des zusätzlichen Gaskanals von der Drosseldüse 254 begrenzt, wodurch die Strömungsgeschwindigkeit der zusätzlichen Luft gesteigert und die Stärke des Gaswirbels vergrößert werden, wodurch selbst dann eine stabile Verbrennung erzielt wird, wenn die Verbrennung bei einem Gasgemisch mit einem mageren Luft- /Kraftstoffverhältnis erfolgt. Ebenso werden bei dem vorliegenden Beispiel selbstverständlich verbesserte Reaktionseigenschaften des zusätzlichen Gases erzielt, da das innere Volumen des zusätzlichen Gaskanals 210 derart festgelegt ist, daß es kleiner als das Gesamtvolumen des Hauptluftkanals 202 einschließlich des Kollektors 204 und der unabhängigen Lufteinlaßleitungen 205 für die jeweiligen Zylinder des Motors ist.
Fig. 14 zeigt ein strukturelles Beispiel der unabhängigen Lufteinlaßleitung 205 mit einer integrierten Anordnung zum Einpassen eines Kraftstoffeinspritzventils.
Sowohl ein Montageabschnitt 262 als auch Kraftstoffleitungen 263 und Luftleitungen 264 zur Kraftstoffzerstäubung durch das Kraftstoffeinspritzventil sind strukturell in die unabhängige Lufteinlaßleitung 205 integriert. Das Kraftstoffeinspritzventil 261 ist durch ein Anschlagelement 262 in der unabhängigen Lufteinlaßleitung 205 gesichert. Durch die Integration des Montageabschnitts 262, der Kraftstoffleitungen 263 und der Luftleitungen 264 zur Kraftstoffzerstäubung durch das Kraftstoffeinspritzventil in der unabhängigen Lufteinlaßleitung 205 kann das Kraftstoffeinspritzventil 261 im Vergleich zu der herkömmlichen Anordnung, bei der die vier Teile getrennt hergestellt werden, in der Nähe der Mittelachse der Lufteinlaßleitung 205 angeordnet sein, so daß ein von der Kraftstoffzerstäubungsachse und der Mittelachse der Lufteinlaßleitung 205 gebildeter Winkel a verringert werden kann. Ferner kann die Lufteinlaßleitung 205 optimal konstruiert werden, so daß sie einer sich ausbreitenden Konfiguration des zerstäubten Kraftstoffs entspricht und die an der Innenwand der Lufteinlaßleitung 205 abgelagerte Menge des von dem Kraftstoffeinspritzventil 261 eingespritzten zerstäubten Kraftstoffs verringert wird. Dadurch wird die Kraftstoffablagerung in der Lufteinlaßleitung 205 verringert.
Fig. 15 zeigt ein weiters, dem Beispiel gemäß Fig. 1 ähnliches Beispiel. Die Luft wird über einen Luftreiniger 301, einen Sensor 302 für die Luftströmungsmenge und eine Drosselklappe 303 in einen Kollektor 304 eingesaugt, ferner strömt die Luft durch unabhängige Lufteinlaßleitungen 305 für die jeweiligen Zylinder des Motors und wird über Lufteinlaßventile 306 in die jeweiligen Brennkammern des Motors 307 aufgenommen. Ein Kanal 308 ist vorgesehen, der die Drosselklappe 303 umgeht und durch den einer Gaseinlaßöffnung 309 der jeweiligen unabhängigen Lufteinlaßleitungen 305 Luft zugeführt wird. Die Strömungsgeschwindigkeit der die Drosselklappe 303 umgehenden Luft ist höher als die der durch die unabhängigen Lufteinlaßleitungen 305 strömenden Hauptluft. Der Auslaß des Umgehungskanals 308 wird geöffnet, um einen Zug für den Luftstrom in der Gaseinlaßöffnung 309 zu erzeugen. Der stromaufseitige Einlaß des Umgehungskanals 308 öffnet sich an der Stromaufseite der Drosselklappe 303. Ferner ist ein weiterer von dem Umgehungskanal 308 abzweigender Umgehungskanal 310 vorgesehen. Der Kanal 310 wird zur Zufuhr von Luft zur Kraftstoffzerstäubung zu einem Kraftstoffeinspritzabschnitt 312 eines Kraftstoffeinspritzventils 311 verwendet. Die Auslässe des Umgehungskanals 308 öffnen sich zu den unabhängigen Gaseinlaßöffnungen 309 für die jeweiligen Zylinder des Motors. In den Umgehungskanälen 308 und 310 ist ein Ventil 313 zur Steuerung der Strömungsmenge vorgesehen, das derart beschaffen ist, daß es die Menge der durch es strömenden Luft in Abhängigkeit von dem Betriebszustand des Motors steuert. Das Ventil 313 zur Steuerung der Strömungsmenge wird durch ein elektrisches Signal aktiviert. Wie vorstehend angegeben, wird eine Sogströmung in dem Luftstrom verursacht, da der Auslaßabschnitt des Umgehungskanals 308 in bezug auf die Gaseinlaßöffnung 309 exzentrisch angeordnet ist. Dadurch wird ein Gaswirbel in der Brennkammer erzeugt, und die Verbrennung wird bei einem Betrieb mit einem mageren Luft- /Kraftstoffverhältnis stabilisiert. Da ferner die Luft für eine Steuerung der Drehzahl im Leerlauf und für einen schnellen Leerlauf ebenso über das Steuerventil 313 zugeführt wird, wird die Verbrennung im Leerlaufbetrieb und im Anlaßbetrieb verbessert, und die emittierte Menge an nicht verbranntem Kohlenwasserstoff wird verringert. Überdies kann das Luft-/Kraftstoffverhältnis im Leerlaufbetrieb und im Anlaßbetrieb auf ein mageres Luft-/Kraftstoffverhältnis eingestellt werden, wobei dies zur Verringerung der Kraftstoffkosten und zur Verringerung der Emission von nicht verbranntem Kohlenwasserstoff wirkungsvoll ist.
Fig. 16(a) zeigt ein weiteres, dem Beispiel gemäß Fig. 12 ähnliches Beispiel, bei dem zwei Drosselventile 313 und 314 vorgesehen sind, die jeweils der Zufuhr von Luft zu dem Umgehungskanal 308, der so beschaffen ist, daß er der Gaseinlaßöffnung 309 Luft zuführt, und dem Umgehungskanal 310 dienen, der so beschaffen ist, daß er Luft zur Zerstäubung von durch das Kraftstoffeinspritzventil 311 eingespritzten Kraftstoff zuführt. Die Einlaßöffnung des Umgehungskanals mündet stromaufseitig der Drosselklappe 314. Die jeweiligen Drosselklappen 313 und 314 sind mechanisch mit einem Gaspedal 315 gekoppelt. Die Drosselklappe 313 wird zunächst als Reaktion auf ein Niederdrücken des Gaspedals 315 geöffnet. Nach dem vollständigen Öffnen der Drosselklappe 313 beginnt die Drosselklappe 314, sich zu öffnen, wobei diese Operationssequenz in Fig. 16(b) dargestellt ist, in der eine Kurve a einen Öffnungsgrad der Drosselklappe 313 und eine Kurve b einen Öffnungsgrad der Drosselklappe 314 zeigen. Während des Betriebs mit einem mageren Luft- /Kraftstoffverhältnis wird über die Drosselklappe 313 und den Umgehungskanal 308 Luft eingesaugt. Dementsprechend werden ein Wirbel in dem eingelassenen Gas induziert und die Verbrennung stabilisiert. Wenn das Gaspedal 315 über einen vorgegebenen Grad hinaus niedergedrückt wird, wird auch die durch die Drosselklappe 314 strömende Luft eingesaugt. Auch in diesem Zustand ist eine Verbrennung bei einem mageren Luft-/Kraftstoffgemisch möglich, da über den Umgehungskanal 308 mit hoher Geschwindigkeit strömende Luft zugeführt wird. Als Reaktion auf das Öffnen der Drosselklappe 314 kann der Betrieb mit einem mageren Luft-/Kraftstoffverhältnis jedoch in den Betrieb mit einem normalen Luft-/Kraftstoffverhältnis zurückgeführt werden. Bei dem vorliegenden Beispiel wird die Zufuhr eines Gases mit hoher Geschwindigkeit über einen mechanischen Ansteuervorgang gesteuert. Ein Steuerventil 316 zur Steuerung der Drehzahl im Leerlauf ist so angeordnet, daß es das Drosselventil 313 oder 314 umgeht. Zur Verbesserung der Verbrennung während des Leerlaufbetriebs ist das Steuerventil 316 zur Steuerung der Drehzahl im Leerlauf jedoch so angeordnet, daß das Drosselventil 313 umgangen wird. Ferner ist vorzugsweise auch ein Steuerventil 317 für die Steuerung eines schnellen Leerlaufs so vorgesehen, daß es das Drosselventil 313 umgeht. Durch eine derart aufgebaute Anordnung werden die Verbrennung während des Anlaß- und Leerlaufbetriebs verbessert und die ausgestoßene Menge des unverbrannten Kohlenwasserstoffs verringert. Gemäß dem vorliegenden Beispiel ist ein Betrieb bei einem mageren Luft-/Kraftstoffverhältnis möglich, da Luft durch den Kanal 308 strömt, bis ein Öffnungsgrad des Gaspedals 315 den vorgegebenen Grad erreicht.
Fig. 17 zeigt ein weiteres Beispiel, bei dem ein Kollektor 318, dessen Durchlaßabmessungen größer als die des Umgehungskanals 308 sind, in dem mit der Drosselklappe 313 verbundenen Umgehungskanal 308 vorgesehen ist. Bei einem derartigen Aufbau werden ein Trägheitseffekt der eingelassenen Luft in dem Umgehungskanal 308 induziert und das Drehmoment bei einer niedrigen Drehzahl des Motors erhöht. Ferner wird die durch die Drosselklappe 314 strömende Luft in einen herkömmlichen Kollektor 319 geleitet. In der die Drosselklappe 314 strömende Luft wird ebenso mittels des Kollektors 319 ein Einlaßluft-Trägheitseffekt induziert.
Das in Fig. 2(a) gezeigte, Einstellungen des Luft- /Kraftstoffverhältnisses darstellende Diagramm wird erneut erläutert. Im Leerlaufbetrieb im Bereich I ist ein Luft-/Kraftstoffverhältnis, nämlich das Verhältnis λ der überschüssigen Luft, in der Nähe von 1 eingestellt. Ferner ist in einem Zustand mit geringer Last im Bereich II die Menge der überschüssigen Luft auf λ > 1,0, d. h. auf ein mageres Luft-/Kraftstoffverhältnis eingestellt. Außerhalb dieses Bereichs ist das Luft-/Kraftstoffverhältnis auf λ = 1, d. h. auf das stöchiometrische Luft-/Kraftstoffverhältnis, eingestellt, da auf die Leistung des Motors Wert gelegt wird. Ein weiterer äußerer Bereich bildet einen Leistungsbereich, in dem das Luft-/ Kraftstoffverhältnis auf λ < 1,0, d. h. auf ein fettes Luft-/Kraftstoffverhältnis, eingestellt ist. Luft zum Induzieren eines Gaswirbels in der Brennkammer wird in einem Betriebszustand im Bereich II eingeleitet, in dem das Luft- /Kraftstoffverhältnis auf λ > 1,0, d. h. auf ein mageres Luft- /Kraftstoffverhältnis, eingestellt ist. Wie vorstehend angegeben, wird die Verbrennung im Anlaßbetrieb und im Leerlaufbetrieb verbessert, da selbst im Leerlaufbetrieb die Drosselklappe umgehende Luft zur Verwendung für die Steuerung der Leerlaufdrehzahl (ISC) in die Gaseinlaßöffnung eingeleitet wird. Gemäß Fig. 2(a) ist das Luft- /Kraftstoffverhältnis in dem einem Leerlaufbetrieb entsprechenden Bereich I auf λ = 1 eingestellt, mittels der vorstehend beschriebenen Wirkung der Verbesserung der Verbrennung kann das Luft- /Kraftstoffverhältnis jedoch auf λ > 1,0, d. h. auf ein mageres Luft- /Kraftstoffverhältnis, eingestellt werden. Fig. 2(b) zeigt ein Beispiel von Diagrammen des Öffnungsgrads der Steuerventile für die Umghungsluft in den Bereichen I und II. Im Bereich I für den Leerlaufbetrieb wird die Menge der Luft unter Verwendung eines Steuerventils zur Steuerung der Leerlaufdrehzahl gesteuert. Ferner wird im Bereich II für einen Betrieb mit einer geringen Last die Menge der Umgehungsluft unter Verwendung eines separaten Luftsteuerventils gesteuert, wobei der Öffnungsgrad des Steuerventils in Abhängigkeit von einer von dem Motor benötigten Luftmenge verändert wird.
Ebenso zeigt das Diagramm gemäß Fig. 2(b) die Verwendung der separaten Steuerventile für den Bereich I und den Bereich II, wobei für die beiden Bereiche I und II ein gemeinsames Steuerventil verwendet werden kann, wie für das Beispiel gemäß Fig. 1 dargestellt.
Die Fig. 18(a) und 18(b) sind Ansichten zur Erläuterung des Betriebs des Steuerventils 313. Fig. 18(a) ist ein Diagramm, das eine Verschiebung des Betriebszustands des Motors von einem Punkt A zu einem Punkt B darstellt, wobei das Gaspedal heruntergedrückt und der Betriebsbereich des Motors in den einem mageren Luft- /Kraftstoffverhältnis entsprechenden Bereich II verschoben werden. Fig. 18(b) zeigt Veränderungen der Steuerungsvariablen in bezug auf die Zeit als Reaktion auf die Veränderung des Betriebszustands des Motors. θac bezeichnet einen Senkungswinkel des Gaspedals, und in der Zeichnung wird der Senkungswinkel gesteigert, wobei dies einen Beschleunigungszustand repräsentiert. Unmittelbar nach der Verschiebung des Betriebszustands in den Bereich II, in dem mit einem mageren Luft-/Kraftstoffverhältnis gearbeitet wird, wird die Grundmenge an eingespritztem Kraftstoff auf den vorhergehenden Wert festgelegt. Da jedoch das Luft-/Kraftstoffverhältnis auf ein mageres Luft-/Kraftstoffverhältnis eingestellt ist, wird die Menge der Umgehungsluft gesteigert, um das eingestellte Luft-/Kraftstoffverhältnis festzulegen. In der Zeichnung bezeichnen Qm und Qs jeweils die zu diesem Zeitpunkt durch die jeweiligen Einlaßkanäle strömende Hauptmenge der Luft und die Menge der umgehenden Luft. Unmittelbar nach der Verschiebung des Betriebszustands des Motors in den Bereich II mit einem mageren Luft-/Kraftstoffverhältnis wird die Menge Qs der umgehenden Luft gesteigert, um das Luft- /Kraftstoffverhältnis zu einem mageren Luft-/Kraftstoffverhältnis zu verschieben. Die Hauptmenge Qm der Luft wird als Reaktion auf den Senkungswinkel des Gaspedals gesteigert. Die umgehende Luftmenge Qs kann als die zur Verschiebung des Luft-/Kraftstoffverhältnisses zu einem mageren Luft-/Kraftstoffverhältnis erforderliche Luftmenge betrachtet werden. Wird davon ausgegangen, daß Qf eine Kraftstoffmenge bezeichnet, mit der sich in bezug auf die Luftmenge unmittelbar vor dem Herunterdrücken des Gaspedals das stöchiometrische Luft-/Kraftstoffverhältnis ergibt, entspricht der Betrag der Steigerung von Qs einer zur Verschiebung des Luft-/Kraftstoffverhältnisses aus dem stöchiometrischen Luft-/Kraftstoffverhältnis in das magere Luft- /Kraftstoffverhältnis verwendeten Luftmenge. Durch eine derartige Maßnahme erfolgt eine gleichmäßige Verschiebung des Betriebszustands des Motors aus dem Betrieb mit dem stöchiometrischen Luft- /Kraftstoffverhältnis in den Betrieb mit einem mageren Luft- /Kraftstoffverhältnis.
Fig. 19(a) zeigt eine Steuerungsablaufübersicht der vorstehend erläuterten Steuerungssequenz. Zunächst wird festgestellt, ob der Betriebszustand des Motors in einen Bereich mit einem mageren Luft-/Kraftstoffverhältnis verschoben wurde. Wird festgestellt, daß Zustand in einen Bereich verschoben wurde, der einen Betrieb mit einem mageren Luft-/Kraftstoffverhältnis zuläßt, wird die Kraftstoffmenge vorübergehend unverändert beibehalten. Anschließend wird der Öffnungsgrad des (nachstehend als elektromagnetisches Ventil zur Erzeugung eines Wirbels bezeichneten) Steuerventils 313 in einer Maske eingesehen, das elektromagnetische Ventil zur Erzeugung eines Wirbels wird entsprechend dem der Maske entnommenen Öffnungsgrad betätigt, und nach Abschluß des vorstehend beschriebenen Vorgangs wird das Halten der Kraftstoffmenge beendet. Anschließend bewegt sich der Prozeß zu einem weiteren Betriebsablauf in einem Betriebsbereich mit einem mageren Luft- /Kraftstoffverhältnis, wie in Fig. 19(b) dargestellt, wobei zunächst festgestellt wird, ob der Betriebszustand nach wie vor in dem Betriebsbereich mit dem mageren Luft-/Kraftstoffverhältnis bleibt, und wenn festgestellt wird, daß der Zustand in dem Betriebsbereich mit einem mageren Luft-/Kraftstoffverhältnis bleibt, wird die Maske für den Öffnungsgrad des elektromagnetischen Ventils zur Erzeugung eines Wirbels eingesehen, und der erhaltene Wert wird ausgegeben. Anschließend wird festgestellt, ob das Luft-/Kraftstoffverhältnis ein Soll-Luft-/Kraftstoffverhältnis erreicht hat, und wenn das tatsächliche Luft-/Kraftstoffverhältnis in bezug auf das Soll-Luft- /Kraftstoffverhältnis mager ist, wird die Kraftstoffmenge erhöht, und wenn das tatsächliche Luft-/Kraftstoffverhältnis in bezug auf das Soll-Luft-/Kraftstoffverhälthis fett ist, wird die Kraftstoffmenge verringert. Nach dem Öffnen des elektromagnetischen Ventils zur Erzeugung eines Wirbels auf einen Sollöffnungsgrad wird nämlich die Steuerung des Luft-/Kraftstoffverhältnisses durch Steigern oder Verringern der Kraftstoffmenge ausgeführt.
Fig. 20 zeigt eine in bezug auf die in Fig. 19(b) dargestellte modifizierte Steuersequenz des Luft-/Kraftstoffverhältnisses. Wird festgestellt, daß sich der Betriebszustand in einem Betriebsbereich mit einem mageren Luft-/Kraftstoffverhältnis befindet, wird die Menge des eingespritzten Kraftstoffs einer Maske entnommen, und die der Maske entnommene Kraftstoffmenge wird von dem Kraftstoffeinspritzventil eingespritzt. Anschließend wird festgestellt, ob das tatsächliche Luft-/Kraftstoffverhältnis ein Soll-Luft-/Kraftstoffverhältnis erreicht hat, und wenn festgestellt wird, daß das tatsächliche Luft- /Kraftstoffverhältnis in bezug auf das Soll-Luft-/Kraftstoffverhältnis mager ist, wird das elektromagnetische Ventil zur Erzeugung eines Wirbels geschlossen, um das Luft-/Kraftstoffverhältnis in einen fetten Bereich zu verschieben, und ferner wird das elektromagnetische Ventil zur Erzeugung eines Wirbels geöffnet, um das Luft- /Kraftstoffverhältnis in einen mageren Bereich zu verschieben, wenn festgestellt wird, daß das tatsächliche Luft-/Kraftstoffverhältnis im Vergleich zu dem Soll-Luft-/Kraftstoffverhältnis fett ist. Bei dem vorliegenden Steuerverfahren wird das Luft-/Kraftstoffverhältnis nämlich über die Steuerung des Öffnungsgrads des elektromagnetischen Ventils zur Erzeugung eines Wirbels durch Verändern der Luftmenge eingestellt. Ein Beispiel der bei den in den Fig. 19(b) und 20 beispielhaft dargestellten Verfahren verwendeten Verfahren zur Feststellung, ob das tatsächliche Luft-/Kraftstoffverhältnis das Soll-Luft- /Kraftstoffverhältnis erreicht hat, ist eines, bei dem die Feststellung auf der Grundlage eines erfaßten Werts von einem das Abgas erfassenden Sensor für das Luft-/Kraftstoffverhältnis erfolgt.
Anstelle des das Abgas erfassenden Sensors für das Luft- /Kraftstoffverhältnis kann ein Sensor zur Erfassung der Rauhigkeit des Motors zur Bestimmung des Luft-/Kraftstoffverhältnisses verwendet werden.
Die Rauhigkeit des Motors kann entweder auf der Grundlage einer von einem an der Brennkammer befestigten Verbrennungsdrucksensor erfaßten Veränderung des Verbrennungsdrucks, auf der Grundlage einer beispielsweise von einem an der Nockenwelle befestigten Kurbelwinkelsensor bzw. einem Zahnradsensor erfaßten Veränderung der Drehzahl des Motors oder auf der Grundlage einer von einem am Motorblock befestigten Klopfsensor erfaßten Klopfgröße bestimmt werden.
Fig. 21 zeigt eine weitere Sequenz zur Steuerung des Luft- /Kraftstoffverhältnisses, bei dem ein Motorrauhigkeitssensor verwendet wird. Wird festgestellt, daß der Betriebszustand des Motors in einem Betriebsbereich mit einem mageren Luft-/Kraftstoffverhältnis liegt, wird ein erfaßter Wert der Motorrauhigkeit gelesen. Die Motorrauhigkeit wird unter Verwendung eines der vorstehend beschriebenen Verfahren bestimmt, und wenn die erfaßte Motorrauhigkeit größer als ein Sollwert ist, wird festgestellt, daß das gegenwärtige Luft- /Kraftstoffverhältnis eine Grenze des mageren Luft- /Kraftstoffverhältnisses erreicht hat, das elektromagnetische Ventil zur Erzeugung eines Wirbels wird geschlossen, und das Luft- /Kraftstoffverhältnis wird in einen fetten Bereich verschoben. Umgekehrt wird das elektromagnetische Ventil zur Erzeugung eines Wirbels geöffnet, und das Luft-/Kraftstoffverhältnis wird in einem mageren Bereich verschoben, wenn die erfaßte Rauhigkeit des Motors kleiner als der Sollwert ist. Daher ist bei einer Betätigung des elektromagnetischen Ventils zur Erzeugung eines Wirbels in Abhängigkeit von der Rauhigkeit des Motors ein ständiger Betrieb des Motors an der mageren Grenze des Luft-/Kraftstoffverhältnisses zulässig.
Fig. 22 zeigt eine weitere modifizierte Sequenz zur Steuerung des Luft-/Kraftstoffverhältnisses mit einer den Öffnungsgrad des elektromagnetischen Ventils zur Erzeugung eines Wirbels betreffenden Lernfunktion. Nach der Erfassung der Rauhigkeit des Motors wird festgestellt, daß die erfaßte Rauhigkeit des Motors kleiner als ein Sollwert ist, der Öffnungsgrad des elektromagnetischen Ventils zur Erzeugung eines Wirbels wird gesteigert, und die Rauhigkeit des Motors wird erneut bewertet. Übersteigt zu diesem Zeitpunkt die erfaßte Rauhigkeit des Motors den Sollwert, wird der Öffnungsgrad des elektromagnetischen Ventils zur Erzeugung eines Wirbels leicht verringert, und der Öffnungsgrad des elektromagnetischen Ventils zur Erzeugung eines Wirbels zu diesem Zeitpunkt wird in eine Maske eingeschrieben und gespeichert. Der neu gespeicherte Öffnungsgrad des elektromagnetischen Ventils zur Erzeugung eines Wirbels repräsentiert nämlich ein Luft-/Kraftstoffverhältnis in der Nähe der mageren Grenze des Luft-/Kraftstoffverhältnisses zu diesem Zeitpunkt. Bei diesem Verfahren wird die Maske stets auf einem Stand gehalten, auf dem sie selbst dann eine Grenze des Öffnungsgrads repräsentiert, wenn Komponenten des Kraftfahrzeugs, wie der Motor, einer säkulären Veränderung unterliegen.
Fig. 23(a) zeigt ein Diagramm, das eine Verschiebung des Betriebsbereichs des Motors von einem Punkt C zu einem Punkt D bei einem Herunterdrücken des Gaspedals in einem Betriebszustand des Motors im Betriebsbereich II mit einem mageren Luft- /Kraftstoffverhältnis darstellt. Zu diesem Zeitpunkt wird auch die Kraftstoffmenge Qf entsprechend einer Steigerung des Winkels Bac des Gaspedals gesteigert, wie in Fig. 23(b) dargestellt. Die Tendenz zur Steigerung der Luftmenge zu diesem Zeitpunkt ist ebenfalls in Fig. 23(b) durch die Luftmenge Qm des Hauptgaseinlaßkanals und die Luftmenge Qs des zusätzlichen Gaskanals 308 dargestellt. Die beiden Luftmengen Qm und Qs sind derart eingestellt, daß sie entsprechend der Steigerung des Winkels θac des Gaspedals mit einer vorgegebenen Rate gesteigert werden. Durch eine derartige Steuerung wird stets ein Gaswirbel mit einer vorgegebenen Stärke erzielt. Alternativ können die Strömungsmengen Qm und Qs abhängig von der Drehzahl des Motors verändert werden. In beiden Fällen kann die Steuerung durch Speichern der optimalen Öffnungsgrade des elektromagnetischen Ventils zur Erzeugung eines Wirbels in der Maske mit Parametern der Drehzahl des Motors und der Motorlast erfolgen, wie in Fig. 2(b) dargestellt.
Fig. 24 zeigt ein Ablaufdiagramm der vorstehend erläuterten Steuersequenz. Zunächst wird festgestellt, ob der Motor in einem Betriebsbereich mit einem mageren Luft-/Kraftstoffverhältnis beschleunigt wird, und wenn die Antwort ja ist, wird die Maske für die Öffnungsgrade des elektromagnetischen Ventils zur Erzeugung eines Wirbels abgerufen, das elektromagnetische Ventil zur Erzeugung eines Wirbels wird auf der Grundlage des abgerufenen Öffnungsgrads geöffnet, und die der Summe von Qm und Qs entsprechende Menge an Kraftstoff wird eingespritzt, in diesem Moment wird jedoch das Luft-/Kraftstoffverhältnis auf einen mageren Bereich eingestellt, wobei die Menge des eingespritzten Kraftstoffs der bei dem eingestellten mageren Luft-/Kraftstoffverhältnis entspricht.
Fig. 25(a) zeigt ein Diagramm, das eine Verschiebung des Betriebszustands des Motors von einem Punkt E zu einem Punkt F darstellt, wobei hier eine Veränderung des Betriebszustands des Motors aus einem Betriebsbereich mit einem mageren Luft- /Kraftstoffverhältnis zu einem Betriebsbereich mit einem anderen Luft-/Kraftstoffverhältnis erfolgt. Wie in Fig. 25(b) dargestellt, wird unmittelbar nach der Verschiebung des Betriebszustands des Motors aus einem Betriebsbereich mit einem mageren Luft- /Kraftstoffverhältnis als Reaktion auf eine Steigerung des Winkels θac des Gaspedals die Kraftstoffmenge Qf unverändert beibehalten. Zu diesem Zeitpunkt erfolgt eine Veränderung des Luft- /Kraftstoffverhältnisses durch eine Veränderung der durch den Luftkanal 308 strömenden Luftmenge. Das Luft-/Kraftstoffverhältnis wird nämlich durch Verändern von Qs gesteuert, wobei Qm im wesentlichen konstant gehalten wird.
Ein Ablaufdiagramm der Steuerungssequenz zu diesem Zeitpunkt ist in Fig. 26 dargestellt. Zunächst wird festgestellt, ob der Betriebszustand des Motors aus dem Betriebsbereich II mit einem mageren Luft-/Kraftstoffverhältnis verschoben wurde, und wenn die Antwort ja ist, wird die Menge des eingespritzten Kraftstoffs vorübergehend unverändert beibehalten. Anschließend wird der Öffnungsgrad des elektromagnetischen Ventils zur Erzeugung eines Wirbels verringert. Nach Abschluß des vorstehend beschriebenen Vorgangs wird das Beibehalten der Kraftstoffmenge beendet. Daher erfolgt die Steuerung lediglich durch Verändern der Luftmenge ohne eine Veränderung der Kraftstoffmenge, wodurch ein Drehmomentstoß verringert wird, der beim Übergang zu einem Betriebszustand mit einem anderen Luft-/Kraftstoffverhältnis verursacht werden kann.
Fig. 27 ist eine Draufsicht, die eine strukturelle Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. Fig. 28 ist eine Schnittansicht entlang der Linie A-A in Fig. 27, Fig. 29 ist eine weitere Schnittansicht entlang der Linie B-B in Fig. 27, und Fig. 30 ist eine weitere Schnittansicht längs der Linie C-C in Fig. 27. In diesen Zeichnungen bezeichnen das Bezugszeichen 101 einen Luftreiniger, 102 einen Abschnitt zum Messen der Strömungsmenge der eingelassenen Luft, 103 eine Drosselklappe, 104 einen Pumpbehälter bzw. eine Hauptkollektorkammer, 105 unabhängige, abzweigende Lufteinlaßleitungen, 106 eine Steuereinheit, 107 Kraftstoffeinspritzeinrichtungen, 108 einen Druckregler, 109 ein zusätzliches Luftsteuerventil, 110 ein Abgasrückführventil, 111 eine Lufteinlaßventil zur Veränderung der Kanallänge (wobei die geöffnete Stellung des Ventils durch die durchgehende Linie und die geschlossene Stellung des Ventils durch die gestrichelte Linie dargestellt ist), 112 ein Stellglied zum Öffnen und Schließen des Lufteinlaßventils zur Veränderung der Kanallänge, 113 einen zusätzlichen Lufteinlaßkanal und 150 einen Hauptkörper des Motors. Ferner zeigen die Pfeile in den Zeichnungen die Strömungsrichtung der eingelassenen Luft in der Anordnung, und die durch gestrichelte Linien dargestellten Pfeile zeigen die Strömungsrichtung der eingelassenen Luft bei geschlossenem Lufteinlaßventil 111 zur Veränderung der Kanallänge. Die in den Motor einzulassende Luft wird über dessen Einlaßöffnung in den Luftreiniger 101 eingeleitet, über ein darin vorgesehenes Luftfilter 101a gefiltert und über den Abschnitt 102 zum Messen der Strömungsmenge der Luft zu der Drosselklappe 103 geleitet, die derart betätigt wird, daß sie sich entsprechend den Absichten des Fahrers des Kraftfahrzeugs öffnet bzw. schließt. Der Strom der eingelassenen Luft wird durch einen durch die Drosselklappe 103 bestimmten Öffnungsbereich gesteuert. Die durch die Drosselklappe 103 strömende Luft wird über die unabhängigen, abzweigenden Lufteinlaßleitungen 105 aus dem Pumpbehälter 104 auf die jeweiligen Zylinder des Motors verteilt. In den jeweiligen unabhängigen abzweigenden Lufteinlaßleitungen 105 ist das Lufteinlaßventil 111 zur Veränderung der Kanallänge vorgesehen, dessen Öffnungs- und Schließvorgänge von dem Stellglied 112 gesteuert werden. Außer über den vorstehend beschriebenen Luftkanal wird dem Motor ferner nach der Steuerung der Menge der eingelassenen Luft durch das zusätzliche Luftsteuerventil 109 stromabseitig des Abschnitts 102 zur Messung der Strömungsmenge der Luft über den zusätzlichen Lufteinlaßkanal 113 die Drosselklappe 103 umgehende eingelassene Luft zugeführt.
Der dem Motor zuzuführende Kraftstoff, dessen Druck in den Kraftstoffleitungen durch den Druckregler 108 konstant gehalten wird, wird von den auf der Grundlage eines in der Steuereinheit 106 unter Verwendung von Signalen beispielsweise von dem Abschnitt 102 zur Messung der Luft berechneten Signalwerts betätigten Einrichtungen 107 zum Einspritzen des Kraftstoffs in die jeweiligen Zylinder des Motors eingespritzt.
Bei der vorliegenden Ausführungsform sind die vorstehend genannten Elemente sowie das Abgasrückführventil 112 zur Zufuhr eines Teils des Abgases zu dem Motor als einstückiger Körper aufgebaut. Einige der Elemente können gegebenenfalls aus dem integrierten Körper entfernt und zusätzliche Elemente hinzugefügt werden, die in den einstückigen Körper integrierten Elemente sind nicht auf die vorstehend genannten begrenzt.
Bei dem vorstehend beschriebenen Aufbau wird ein bei einer herkömmlichen Lufteinlaßanordnung vorgesehener, den Luftreiniger bzw. den Abschnitt zur Aufnahme des Einlaßluftstömungsmessers mit dem Abschnitt zur Aufnahme der Drosselklappe verbindender Kanal weggelassen, und der Luftreiniger und der Abschnitt zur Aufnahme des Luftströmungsmessers können an dem Motorabschnitt montiert werden. Da bei der vorliegenden Ausführungsform die Drosselklappe 103 zwischen den unabhängigen abzweigenden Lufteinlaßleitungen 105 angeordnet ist, kann ferner das Volumen des Pumpbehälters 104 gesteigert werden, wobei die Länge der unabhängigen, abzweigenden Lufteinlaßleitungen 105 für die mehreren Zylinder in dem begrenzten Raum im wesentlichen identisch gehalten wird. Dementsprechend kann der Raum für die Lufteinlaßanordnung verringert werden, und die gesamte Lufteinlaßanordnung kann als einheitlicher Körper behandelt werden, wodurch ihre Anordnung in einem Motorraum eines Kraftfahrzeugs erleichtert und ihre Standardisierung ermöglicht werden. Ferner wird die Anzahl der Schritte für ihren Zusammenbau verringert, und eine Motorleistungsprüfung an den jeweiligen tatsächlichen Erzeugnissen in einer Fertigungsstraße für die Motoren wird ermöglicht. Da die Lufteinlaßanordnung selbst darüber hinaus als einstückiger Körper ausgebildet ist, wird eine Leistungsprüfung an den jeweiligen tatsächlichen Erzeugnissen ermöglicht, wodurch die Leistung der gesamten Lufteinlaßanordnung zum Zeitpunkt ihrer Herstellung überprüft werden kann. Darüber hinaus besteht die allgemeine Tendenz eines Schwankens des Ausgangssignals des Luftströmungsmessers aufgrund von Kräuselwellen in der in den Motor eingelassenen Luft, und die Schwingung wird maximiert, wenn die Drehzahl des Motors mit der Eigenschwingungsfrequenz in der Lufteinlaßleitung übereinstimmt. Da die Länge des Kanalabschnitts, in dem der Luftströmungsmesser angeordnet ist, im wesentlichen dem Abstand zwischen dem Luftreiniger und dem Pumpbehälter entspricht, war bei der herkömmlichen Anordnung, bei der die Kanallänge aufgrund der Anordnung des Kanals verlängert war, die Eigenschwingungsfrequenz des Kanals eine Frequenz in einem niederfrequenten Bereich, wodurch die Wahrscheinlichkeit bestand, daß bei dessen tatsächlicher Verwendung eine Störung des Ausgangssignals des Luftströmungsmessers verursacht wurde, bei der vorliegenden Erfindung ist jedoch die Kanallänge verkürzt, wodurch die Eigenschwingungsfrequenz der Leitung dahingehend verbessert wird, daß sie eine Frequenz in einem höheren Frequenzbereich (eine um das Fünffache höhere Frequenz als bei der herkömmlichen Anordnung, beispielsweise 25-125 Hz) ist und die herkömmlicher Weise verursachte Störung des Ausgangssignals des Luftströmungsmessers verringert wird.
Ferner erfolgt durch Verlängern der jeweiligen unabhängigen abzweigenden Lufteinlaßleitungen eine Steigerung des Drehmoments bei einer niedrigen Drehzahl des Motors. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird die Verlängerung der jeweiligen unabhängigen abzweigenden Lufteinlaßleitungen durch Anordnen der jeweiligen unabhängigen abzweigenden Lufteinlaßleitungen 105 um den Umfang des Pumpbehälters 104 und durch gemeinsames Nutzen eines Teils der äußeren Wandfläche des Pumpbehälters 104 auf einem begrenzten Raum realisiert. Dagegen erfolgt eine Steigerung des Drehmoments bei einer hohen Drehzahl des Motors durch Verkürzen der jeweiligen unabhängigen abzweigenden Lufteinlaßleitungen, wobei dies eine der für eine niedrige Drehzahl des Motors genau entgegengesetzte Anforderung ist. Bei der vorliegenden Ausführungsform werden die unabhängigen abzweigenden Lufteinlaßleitungen, die die vorstehend genannten entgegengesetzten Anforderungen erfüllen, durch Einbauen des Lufteinlaßventils 111 zum Verändern der Länge des Kanals leicht realisiert, wie in Fig. 27 deutlich dargestellt. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird das Lufteinlaßventil 111 zum Verändern der Länge des Kanals derart gesteuert, daß das Ventil bei einer hohen Drehzahl des Motors durch einen Membranmechanismus des Stellglieds 112 geöffnet und bei einer niedrigen Drehzahl des Motors geschlossen wird. Das Steuerverfahren des Ventils ist jedoch nicht spezifisch auf das vorstehend beschriebene begrenzt, das Ventil kann beispielsweise unter Verwendung eines Elektromotors linear gesteuert werden.
Ferner ist die Steuereinheit 106, die die Betriebszustände des Motors steuert, an der Außenwand des Luftreinigers 101 montiert. Dementsprechend wird die Steuereinheit 106 durch die eingelassene Luft gekühlt, und eine Wärmewirkung des Motors 150 auf sie wird verringert. Ferner wird die Arbeit des Ersetzens der Steuereinheit 106 in Werkstätten erleichtert, und die Wartungseigenschaften des Kraftfahrzeugs werden weiter verbessert.
Darüber hinaus ist der zusätzliche Lufteinlaßkanal 113, in dem das zusätzliche Luftsteuerventil 109 untergebracht ist, ebenfalls in die erfindungsgemäße Lufteinlaßanordnung integriert, wobei Leitungen, wie Gummischläuche, entfallen und die Herstellungskosten der Anordnung verringert werden.
Obwohl die vorstehend beschriebene Lufteinlaßanordnung durch eine Kombination jeweiliger getrennt hergestellter funktioneller Elemente erzeugt werden kann, können jedoch überdies ihre Herstellungskosten weiter verringert werden, wenn so viele dieser funktionellen Elemente wie möglich durch einstückiges Gießen, beispielsweise aus einem Kunstharz, hergestellt werden.
Die Fig. 31 bis 34 zeigen eine weitere strukturelle Ausführungsform. Diese Figuren entsprechen jeweils den Fig. 27 bis 30 der vorstehend beschriebenen strukturellen Ausführungsform, und die gleichen Bezugszeichen wie bei der vorstehend beschriebenen strukturellen Ausführungsform werden zur Bezeichnung der gleichen bzw. äquivalenter Elemente verwendet.
Bei der vorliegenden Ausführungsform ist die Drosselklappe 103 außerhalb der jeweiligen unabhängigen abzweigenden Lufteinlaßleitungen 105 angeordnet. Bei diesem Aufbau wird das Volumen des Luftfilters 101a gesteigert, und der Widerstand für den eingelassenen Luftstrom wird verringert, wodurch die Motorleistung gesteigert werden kann. Ferner wird das einstückige Gießen der jeweiligen funktionellen Elemente weiter erleichtert.
Zudem ist die Steuereinheit 106 auf der Innenseite des Luftreinigers 101 montiert. Bei diesem Aufbau wird die Steuereinheit 106 ferner durch die eingelassene Luft zwangsweise gekühlt, und da die Steuereinheit 106 überdies stromabseitig des Luftfilters 101a angeordnet ist, ist die Steuereinheit 106 beispielsweise Wasserspritzern und Staub kaum ausgesetzt, wodurch die Zuverlässigkeit der Steuereinheit 106 weiter verbessert wird. Ferner wird die Arbeit des Ersetzens der Steuereinheit in einer Werkstatt leichter als bei dem Luftfilter 101a. Ferner wird die Effizienz des Zusammenbaus weiter verbessert, wenn bei den beiden vorstehend beschriebenen strukturellen Ausführungsformen die Lufteinlaßanordnung nach der Fertigstellung des Motors als Unterbaugruppe mit diesem kombiniert wird.
Durch das Vorsehen des zusätzlichen Gaskanals, durch den außer über den Hauptkanal der Lufteinlaßleitung mehrere Gase eingeleitet werden, und seine Auslaßöffnung in der Nähe des Lufteinlaßventils kann die Richtung des zusätzlichen Gaskanals in bezug auf den Hauptlufteinlaßkanal frei eingestellt werden, und die Menge des zusätzlichen Gases kann selbst während des Betriebs des Motors durch das Steuerventil gesteuert werden, wodurch die Stärke des induzierten Gaswirbels im Vergleich zu einer herkömmlichen Anordnung in einem weiten Bereich frei verändert werden kann.
Da die erfindungsgemäße Einrichtung zum Induzieren eines Gaswirbels kein Einlaßluftsteuerventil und keine spiralförmige Öffnung in dem Hauptluftkanal erfordert, wie es bei der herkömmlichen Anordnung der Fall ist, d. h. da die bei einem Betrieb des Motors mit voller Last in dem Hauptluftkanal einen Widerstand für den Strom der eingelassenen Luft bildenden Elemente wegfallen, wird eine Verringerung der Motorleistung unterdrückt.
Da das Innenvolumen des zusätzlichen Gaskanals derart festgelegt wird, daß es kleiner als das des Hauptluftkanals ist, kann dem Motor eine erforderliche Gasmenge prompt zugeführt werden, wodurch die Stabilität des Motors während eines Leerlaufbetriebs und die Reaktionseigenschaften des Motors im Leerlaufbetrieb, bei einer · Steigerung des Drehmoments und bei einem Betrieb mit Abgasrückführung verbessert werden.
Da das zurückgeführte Abgas gleichmäßig in die jeweiligen Zylinder des Motors oder in einer Richtung eingeleitet werden kann, in der es die Verbrennung darin nicht beeinträchtigt, kann der Motor in einem Abgasrückführbetrieb mit einer großen Menge an zuräckgeführtem Abgas stabil arbeiten.
Da der Montageabschnitt, die Kraftstoffleitungen und die Luftleitungen zur Zerstäubung des Kraftstoffs durch das Kraftstoffeinspritzventil einstückig mit der Lufteinlaßleitung ausgebildet sind, kann das Kraftstoffeinspritzventil in der Nähe der Mittelachse der Lufteinlaßleitung angeordnet sein, und der von der Achse des zerstäubten Kraftstoffs und der Mittelachse des Lufteinlaßleitung gebildete Winkel kann verringert werden. Ferner kann die Lufteinlaßleitung entsprechend dem sich ausweitenden Aufbau des zerstäubten Kraftstoffs optimal beschaffen sein, so daß die Menge des auf der Innenwand der Lufteinlaßleitung abgelagerten, von dem Kraftstoffeinspritzventil eingespritzten, zerstäuben Kraftstoffs verringert wird. Dadurch wird die Kraftstoffablagerung in der Lufteinlaßleitung verringert, und eine Lufteinlaßanordnung mit guten Reaktionseigenschaften des Kraftstoffs bei einer Beschleunigung wird erhalten.

Claims

1. Lufteinlaßanordnung für eine Mehrzylinder-Brennkraftmaschine, mit

einem Luftreinigergehäuse (101), das in einem inneren Abschnitt einen Luftfilter (10 1a) zum Reinigen der Luft, die in eine Drosselkammer strömt, enthält;

einem Kollektor (104), der den jeweiligen Motorzylindern entsprechend mehrere Luftauslässe und einen Lufteinlaß aufweist;

der Drosselkammer, die eine Drosselklappe (103) und eine Ventilwelle enthält, wobei die Ventilwelle von einer äußeren Wandfläche der Drosselkammer wegsteht, so daß die Ventilwelle beim Gebrauch in einen Motorraum hineinragt;

einer Vielzahl unabhängiger abzweigender Lufteinlaßleitungen (105) zum Leiten von Luft aus dem Kollektor (104) zu dem jeweiligen Zylinder; und

einem Ventilwellen-Antriebselement zum Antreiben der Ventilwelle der Drosselklappe (103), das mit einem Ende der Ventilwelle verbunden ist;

wobei

die Vielzahl unabhängig abzweigender Lufteinlaßleitungen (105) gemeinsam einen Teil einer Außenwand des Kollektors (104) nutzen und mit dem Kollektor (104) ein Lufteinlaßmodul bilden, an einem zentralen Abschnitt in Längsrichtung des Lufteinlaßmoduls ein Luftauslaßanschluß des Luftreinigergehäuses (101) und ein Lufteinlaß des Lufteinlaßmoduls durch ein gerades Leitungselement, das senkrecht zu der Längsrichtung des Lufteinlaßmoduls angeordnet ist, verbunden sind, wobei eine äußere Umgebung des geraden Leitungselements dem Motorraum ausgesetzt ist;

an dem geraden Leitungselement die Drosselklappe (103) und die Ventilwelle angebracht sind, wobei das gerade Leitungselement mit diesem Aufbau die Drosselkammer bildet und wobei das Ventilwellenantriebselement an einem Ende der Ventilwelle angebracht ist; und

wobei das. Lufteinlaßmodul, das die Drosselkammer bildende gerade Leitungselement und das Luftreinigergehäuse (101) unabhängig voneinander ausgebildet und zusammengesetzt sind.

2. Lufteinlaßanordnung für eine Mehrzylinder-Brennkraftmaschine, mit

einem Luftreinigergehäuse (101), das in einem inneren Abschnitt einen Luftfilter (101a) zum Reinigen der Luft, die in eine Drosselkammer strömt, enthält;

der Drosselkammer, die eine Drosselklappe (103) und eine Ventilwelle aufweist, wobei die Drosselklappe (103) durch die Ventilwelle drehbar gelagert ist und die Ventilwelle von einer äußeren Wandfläche der Drosselkammer wegsteht, so daß die Ventilwelle beim Gebrauch in einen Motorraum hineinragt;

einer Vielzahl unabhängiger abzweigender Lufteinlaßleitungen (105) zum Durchströmen von Luft aus dem Kollektor (104) zu dem jeweiligen Zylinder; und

wobei

die Drosselkammer direkt mit wenigstens einem Lufteinlaß des Kollektors (104) verbunden ist;

die Vielzahl unabhängiger abzweigender Lufteinlaßleitungen (105) einstückig um einen Umfang des Kollektors (104) herum an dem Kollektor als ein Lufteinlaßmodul angebracht sind und gemeinsam einen Teil der Außenwand des Kollektors (104) nutzen;

ein oberer Abschnitt des Lufteinlaßmoduls eine Außenwand desselben bildet und ein Teil der Innenwand des Luftreinigergehäuses (101) bildet;

der Lufteinlaß des Lufteinlaßmoduls an einem Endabschnitt des Lufteinlaßmoduls in Längsrichtung angebracht ist und als ein Abschnitt einer Außenwand des Lufteinlaßmoduls ausgebildet ist, an dem ein Abschnitt einer Innenwand des Luftreinigergehäuses (101) ausgebildet ist, wobei der Luftauslaß des Luftreinigergehäuses (101) an einer Stelle ausgebildet ist, die dem Lufteinlaß des Lufteinlaßmoduls gegenüberliegt, wobei ein gerades Leitungselement senkrecht zu der Längsrichtung des Lufteinlaßmoduls angeordnet ist und den Luftauslaßabschnitt des Luftreinigergehäuses (101) mit dem Lufteinlaß des Kollektors (104) verbindet, wobei eine äußere Umgebung des geraden Leitungselements dem Motorraum ausgesetzt ist;

an dem geraden Leitungselement die Drosselklappe (103) und die Ventilwelle angebracht sind, wobei das gerade Leitungselement mit diesem Aufbau die Drosselkammer bildet, und wobei das Ventilwellenantriebselement an einem Ende der Ventilwelle angebracht ist; und

wobei das Lufteinlaßmodul, das einen Teil des Luftreinigergehäuses (101) enthält, und das gerade Leitungselement, das die Drosselkammer und ein verbleibendes Teil des Luftreinigergehäuses (101) bildet, unabhängig voneinander ausgebildet und zusammengesetzt sind.

3. Lufteinlaßanordnung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Lufteinlaßleitungen (105) zum Verlängern der Länge des Lufteinlaßwegs vorgesehen sind, um ein Motordrehmoment während einer niedrigen Motorumdrehungszahl zu vergrößern.

4. Lufteinlaßanordnung nach den Ansprüchen 1 bis 3, wobei ein Lufteinlaßventil (111) in den Lufteinlaßleitungen (105) vorgesehen ist.

5. Lufteinlaßanordnung nach Anspruch 4, wobei das Lufteinlaßventil (111) während einer hohen Motorumdrehungszahl geöffnet ist und während einer niedrigen Motorumdrehungszahl geschlossen ist.