DE19747614A1 - Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor - Google Patents
Steuervorrichtung für einen VerbrennungsmotorInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung für
einen Verbrennungsmotor mit Kraftstoffeinspritzung, und insbe
sondere eine Steuervorrichtung für einen Zweitakt-Verbrennungs
motor, der eine relativ geringe Abmessung hat und für eine
tragbare Arbeitsmaschine geeignet ist, wie etwa eine Kettensäge
oder eine Buschschneidemaschine.
Beispielsweise ist ein Zweitakt-Verbrennungsmotor mit direkter
Kraftstoffeinspritzung im US-Patent Nr. 4 813 391 offenbart.
Gemäß dieser Technik ist eine Kraftstoffeinspritzdüse an einem
Zylinderkopfabschnitt einer Verbrennungskammer so angeordnet,
daß die Kraftstoffeinspritzung direkt in die Verbrennungskammer
bewirkt wird. In diesem Fall wird eine Kraftstoffpumpe betä
tigt, indem aus der Druckschwankung innerhalb des Kurbelgehäu
ses Vorteil gezogen wird, und durch diese Betätigung der Kraft
stoffpumpe wird Kraftstoff der Kraftstoffeinspritzdüse zuge
führt und direkt in die Verbrennungskammer eingespritzt. Der
Kraftstoffeinspritzhub, d. h. die Kraftstoffeinspritzung aus
gehend von der Einspritzdüse, wird wie folgt durchgeführt. Wenn
der Kolben abwärts bewegt wird, wird der Druck innerhalb eines
Kurbelgehäuses proportional erhöht, und wenn der Kolben unge
fähr zum unteren Totpunkt überführt ist, wird die Kraftstoff
pumpe durch den Druck innerhalb des Kurbelgehäuses betätigt,
wodurch Kraftstoff der Kraftstoffeinspritzdüse zugeführt wird,
von welcher der Kraftstoff durch die Druckkraft der Kraftstoff
pumpe in die Verbrennungskammer eingespritzt wird.
Außerdem ist ein weiteres Beispiel eines Zweitakt-Verbrennungs
motors mit direkter Kraftstoffeinspritzung bekannt, bei welchem
eine Kraftstoffeinspritzdüse in der Mitte eines Luftdurchlasses
(Spüldurchlaß) angeordnet ist, der mit der Verbrennungskammer
in Verbindung steht. Kraftstoff von der Einspritzdüse wird in
Richtung auf eine wärmeleitende Wand eingespritzt, die eine
Zylinderwand bildet, und trifft darauf derart auf, daß er in
Gasform überführt und mit ruft gemischt wird, die durch den
Luftdurchlaß hindurchströmt, wobei das resultierende Luft-
Kraftstoffgemisch einer Verbrennungskammer zugeführt wird (US-
Patent Nr. 4 876 999).
Bei in den letzten Jahren wachsender Sorge betreffend Umwelt
problemen hat sich nicht nur eine Verringerung von toxischen
Substanzen im Abgas als erforderlich erwiesen, sondern auch
eine Verringerung von Motorgeräusch, selbst bzw. insbesondere
bei Zweitakt-Verbrennungsmotoren. Zweitakt-Verbrennungsmotoren
sind mit speziellen Problemen behaftet, d. h. einem Problem, wie
die Kohlenwasserstoffmenge im Abgas verringert werden kann, das
auf dem Phänomen beruht, daß unverbranntes Luftkraftstoff
gemisch aus der Verbrennungskammer geblasen bzw. an dieser vor
beigeblasen wird, und einem Problem, wie das Austragen unver
brannten Luftkraftstoffgemisches verhindert werden kann, das
auf dem Phänomen beruht, daß Kraftstoff in Richtung auf den
Luftreiniger bzw. den Luftfilter gespritzt wird. Es ist wün
schenswert, diese Probleme zu lösen.
Andererseits ist in jüngster Zeit ein Magerverbrennungsmotor
oder ein Direkt-Einspritzmotor für Viertaktmotoren vorgeschla
gen worden, bei welchem Kraftstoff direkt in eine Verbrennungs
kammer eingespritzt wird. Gemäß diesem Motor-Typ wird die Ver
ringerung von toxischen Substanzen im Abgas mittels einer
Magerverbrennungstechnik berücksichtigt. Es sind Untersuchungen
vorgenommen worden, wie diese Technik auf einen Zweitakt-Ver
brennungsmotor angewendet werden kann.
Da im Fall des vorstehend genannten Motors mit Direktkraft
stoffeinspritzung (US-Patent Nr. 4 813 391) eine Kraftstoffein
spritzdüse auf einem Zylinderkörper angebracht ist und Kraft
stoff direkt von der Kraftstoffeinspritzdüse in die Verbren
nungskammer gespritzt wird, können die Austragung von Kohlen
wasserstoff in dem Verbrennungsgas aufgrund des Phänomens, daß
unverbranntes Luftkraftstoffgemisch aus der Kammer geblasen
wird, oder die Austragung von unverbranntem Kraftstoff aufgrund
des Phänomens, daß Kraftstoff zu dem Luftfilter gespritzt wird,
minimiert werden. Da der Aufbau des Motors selbst jedoch einem
Zweitaktmotor entspricht, ist die Verringerung bei der Austra
gung unverbrannten Luftkraftstoffgemisches noch nicht hinrei
chend, so daß Platz für Verbesserung verbleibt.
Da der Kraftstoff durch den Förderdruck einer Kraftstoffpumpe
aus der Kraftstoffeinspritzdüse bei deren Förderbewegung einge
spritzt wird, sind der Zeitpunkt bzw. der Takt der Kraftstoff
einspritzung ebenso wie die Zuzuführende Kraftstoffmenge
schwierig einstellbar, wodurch dieser Kraftstoffeinspritzmecha
nismus zum Steuern des Luftkraftstoffverhältnisses ungeeignet
ist, welche Steuerung beispielsweise bei der Magerverbrennungs
technik erfolgt.
Außerdem ist dieser Stand der Technik nicht wegweisend hin
sichtlich einer Verbesserung bestimmter Phänomene, die für Zwei
takt-Verbrennungsmotoren charakteristisch sind, wie etwa das
Klappern bzw. Rasseln des Kolbens während des Leerlaufs oder
das laute Verbrennungsgeräusch.
Die vorliegende Erfindung ist angesichts der vorstehend genann
ten Probleme gemacht worden. Eine Aufgabe der vorliegenden
Erfindung besteht deshalb darin, eine Steuervorrichtung für
einen Zweitakt-Verbrennungsmotor zu schaffen, die in der Lage
ist, den Kraftstoffeinspritztakt bzw. den -zeitpunkt und die
einzuspritzende Kraftstoffmenge problemlos zu steuern, und die
außerdem in der Lage ist, toxische Bestandteile im Abgas zu
minimieren und das Motorgeräusch zu verringern.
Gelöst wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unter
ansprüchen angegeben.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Steuervorrichtung
für einen Zweitakt-Verbrennungsmotor mit Kraftstoffeinspritzung
bereitgestellt, aufweisend eine Zündsteuervorrichtung und eine
Kraftstoffsteuervorrichtung, wobei die Kraftstoffsteuervorrich
tung nicht nur mit einer Einspritzbetriebsartsteuereinrichtung
zum Steuern des Zeitpunkts bzw. des Takts des Kraftstoffein
spritzens versehen ist, um eine Kraftstoffeinspritzbetriebsart
umzuschalten, beispielsweise von einer Betriebsart zum Ein
spritzen pro Umdrehung, bei welcher die Kraftstoffeinspritzung
bei jeder Umdrehung der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors ein
gespritzt wird, in eine Betriebsart mit reduzierter Einsprit
zung, bei welcher die Kraftstoffeinspritzung nach mehreren Um
drehungen der Kurbelwelle durchgeführt wird und umgekehrt, son
dern auch mit einer Einspritzmengensteuereinrichtung zum Steu
ern der einzuspritzenden Kraftstoffmenge.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird ein
Zweitakt-Verbrennungsmotor mit Kraftstoffeinspritzung bereitge
stellt, bei welchem das Umschalten der Einspritzbetriebsart
steuereinrichtung auf Grundlage eines Signals von einer Ermitt
lungseinrichtung durchgeführt wird, die dazu dient, einen Dreh
winkel eines Drosselklappenhebels oder eines Ansaugsteuerven
tils zu ermitteln, wobei die Einspritzmengensteuereinrichtung
dazu dient, die einzuspritzende Kraftstoffmenge in Übereinstim
mung mit einem Signal zu steuern, das entsprechend einer Motor
last ausgegeben wird, wie etwa der Drehzahl des Verbrennungs
motors, und die außerdem dazu ausgelegt ist, selektiv das
Beheizen von Heizelementen zu steuern, die in einer Anzahl von
bzw. mehreren Kraftstoffeinspritzdüsen angeordnet sind.
Da die Steuervorrichtung für den Zweitakt-Verbrennungsmotor mit
Kraftstoffeinspritzung, die wie vorstehend angeführt erfin
dungsgemäß ausgebildet ist, mit einer Einspritzbetriebsart
steuereinrichtung versehen ist, kann der Einspritztakt bzw.
-zeitpunkt (die Einspritzbetriebsart) vielfältig gesteuert wer
den; d. h., die Einspritzbetriebsart kann geeignet ausgewählt
werden aus einer Kraftstoffeinspritzung pro Umdrehung der Kur
belwelle, einer reduzierten Einspritzung zum Durchführen einer
Kraftstoffeinspritzung nach jeder zweiten Umdrehung der Kurbel
welle, einer reduzierten Einspritzung zum Durchführen einer
Kraftstoffeinspritzung nach jeder dritten Umdrehung der Kurbel
welle usw.
Diese Einspritzbetriebsartsteuereinrichtung ist auch dazu aus
gelegt, eine Einspritzbetriebsart in Übereinstimmung mit einem
Ausgangssignal von einer Ermittlungseinrichtung zum Ermitteln
von beispielsweise der Drehzahl entsprechend einer Last bzw.
Belastung des Verbrennungsmotors zu wählen.
Da die Steuervorrichtung für den Verbrennungsmotor gemäß dieser
Erfindung mit einer Einspritzmengensteuereinrichtung versehen
ist, kann jedes Heizelement, das auf bzw. an jeder von mehreren
Einspritzdüsen vorgesehen ist, unabhängig und selektiv so
erhitzt werden, daß die Kraftstoffmenge, die von den Einspritz
düsen einzuspritzen ist, als ganzes eingestellt wird. Diese
Einspritzmengensteuereinrichtung ist auch dazu ausgelegt, die
von der Kraftstoffdüse einzuspritzende Kraftstoffmenge auf
Grundlage eines Signals zu ändern, das in Übereinstimmung mit
einer Belastungsänderung des Motors ausgegeben wird, wie etwa
der Drehzahl des Verbrennungsmotors.
Da eine reduzierte Einspritzung bei niedriger Drehzahl durchge
führt werden kann, wie etwa im Fall eines Leerlaufs des Motors,
bei welchem Leistung für hohe Last nicht erforderlich ist, ist
es möglich, nicht nur die Drehstabilität des Motors zu verbes
sern, sondern auch den Klang des Abgasgeräusches bei niedriger
Motordrehzahl zu entschärfen, wodurch Umweltbelastung durch
Geräusch minimiert wird.
Wenn der vorstehend genannte Verbrennungsmotor in der reduzier
ten Einspritzbetriebsart betrieben wird, bei welcher die Kraft
stoffeinspritzung bei jeder zweiten Umdrehung der Kurbelwelle
erfolgt, wird die Kraftstoffeinspritzung in die Verbrennungs
kammer beim Spülhub diskontinuierlich ausgesetzt, wodurch Luft
lediglich intermittierend in die Verbrennungskammer beim Spül
hub zugeführt wird. Wenn Luft lediglich in die Verbrennungskam
mer Zuge führt und daraufhin aus der Verbrennungskammer ausge
tragen wird, wird jegliches unverbranntes Restgas, wie etwa
Kohlenwasserstoff, das in der Verbrennungskammer zurückbleiben
würde, durch diese Luft ausgetragen, wodurch das Innere der
Verbrennungskammer gereinigt wird. Selbst wenn zu diesem Zeit
punkt irgendein Teil des unverbrannten Gases, das zusammen mit
der Luft ausgetragen wird, in einem Abgas- bzw. Auspuffrohr
zurückbleibt, kann dieser unverbrannte Gasanteil mit der Luft
(Sauerstoff) in einer Katalysatorkammer verbrannt werden,
wodurch jegliches Austragen von unverbranntem Gas aus dem Ver
brennungsmotor wirksam unterdrückt wird.
Außerdem ist es möglich, die Leistung des Motors durch Ändern
des reduzierten Einspritzmusters zu ändern.
Da die bei einem Kraftstoffeinspritzvorgang einzuspritzende
Kraftstoffmenge problemlos geändert werden kann, um die Lei
stungsabgabe des Verbrennungsmotors zu ändern, ist es möglich,
einen Verbrennungsmotor bereitzustellen, der an eine schwan
kende Last problemlos angepaßt werden kann. Außerdem kann das
Luftkraftstoffgemisch des Motors, beispielsweise bei einer
mageren Verbrennung genau und problemlos gesteuert werden.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnungen beispiel
haft näher erläutert; es zeigen:
Fig. 1 eine Längsschnittansicht einer Ausführungsform
eines Zweitakt-Verbrennungsmotors mit erfin
dungsgemäßer Steuervorrichtung, und
Fig. 2 ein Blockdiagramm der Steuervorrichtung für den
Verbrennungsmotor entsprechend Fig. 1.
Fig. 1 zeigt eine Längsschnittansicht eines Zweitakt-Verbren
nungsmotors 1 (auf den nachfolgend der Einfachheit halber als
Verbrennungsmotor bezug genommen wird) gemäß der vorliegenden
Erfindung.
Dieser Verbrennungsmotor 1 ist als Kurbelkammer-Vorkompres
sions-Zweitakt-Verbrennungsmotor vom sogenannten Schnurle-Typ
gebildet und umfaßt einen Zylinderblock 2 mit einer Verbren
nungskammer 3, in welcher ein Kolben 4 sich gleitend auf und
abwärts bewegen kann, ein geteiltes Kurbelgehäuse 5, das am
unteren Endabschnitt des Zylinderblocks 2 angebracht ist, und
in welchem eine Kurbelkammer 6 vorgesehen ist, einen Zylinder
kopf 7, der integral mit dem oberen Abschnitt des Zylinder
blocks 2 gebildet ist, mehrere Kühlrippen 8 zur Luftkühlung,
die an der Außenperipherie bzw. dem Außenumfang des Zylinder
blocks 2 gebildet sind, und eine Zündkerze 9, die an einem
geeigneten Abschnitt des Zylinderkopfs 7 angebracht und über
ein Hochspannungskabel 36a mit einer Zündsteuervorrichtung 37
verbunden ist, die nachfolgend erläutert ist.
Die Kurbelkammer 6 hat Zylinderform, eine geringe Höhe und ist
hermetisch verschlossen. Eine Kurbelwelle 30 ist an einem zen
tralen Abschnitt von sowohl der rechten wie der linken Seite
der Kurbelkammer 6 axial gehalten. Der Kolben 4 ist über eine
Verbindungsstange 32 mit einem Kurbelzapfen 31 der Kurbelwelle
30 verbunden. Ein Paar von sektorförmigen Kurbelscheiben 34
sind an den rechten und linken Enden des Kurbelzapfens 31 so
befestigt, daß die Verbindungsstange 32 zwischen dem Paar von
sektorförmigen Kurbelscheiben 34 angeordnet ist. Infolge davon
dienen die Kurbelscheiben 34 dazu integral mit der Kurbelwelle
30 gedreht zu werden.
Ein Gebläserotor 35 zur Luftkühlung ist an einem Endabschnitt
der Kurbelwelle 30 befestigt. Mehrere Magneten 35a sind in der
Außenperipheriewand bzw. der Außenumfangswand des Gebläserotors
35 eingebettet. Eine Steuervorrichtung 36 (die nachfolgend im
einzelnen erläutert ist), in welcher die Zündsteuervorrichtung
37 und eine Kraftstoffsteuervorrichtung 39 integral eingebaut
sind, ist so angeordnet, daß sie zu der Außenumfangswand des
Gebläserotors 35 weist, wodurch die Ausgangsenergie der Steuer
vorrichtung 36 der Zündkerze 9 und einer Kraftstoffeinspritz
düse 46 zugeführt werden kann (wie nachfolgend im einzelnen
erläutert).
Der Zylinderblock 2 ist mit einem Abgasauslaß 40 versehen, der
in einen Abschnitt der Innenwand der Verbrennungskammer 3 mün
det, wobei dieser Auslaß so gerichtet ist, daß er die Achse der
Kurbelwelle 30 unter rechtem Winkel schneidet. Der Zylinder
block 2 ist mit einer Ansaugöffnung 41 versehen, die in einen
Abschnitt der Innenwand der Verbrennungskammer 3 mündet und in
etwa dem Abgasauslaß 40 gegenüberliegt (ein Abschnitt, der um
einen Winkel von 180° versetzt ist), die jedoch auf einer etwas
niedrigeren Höhe angeordnet ist als die Abgasauslaßöffnung 40.
Außerdem ist ein Paar von Spül- bzw. Eintrittsschlitzen 42 in
dem Zylinderblock einander gegenüberliegend an Abschnitten der
Innenwand des Zylinderblocks 2 angeordnet, die an einem Zwi
schenabschnitt zwischen dem Abgasauslaß 40 und der Ansaugöff
nung 41 angeordnet sind; d. h. jeder Schlitz 42 ist um einen
Winkel von 90° von der Abgasauslaßöffnung 40 und der Ansaugöff
nung 41 versetzt (linke und rechte Seiten in Fig. 1). Diese
Spülschlitze 42 sind jeweils an der Oberseite von jeweils einem
von sogenannten Wandtyp-Spüldurchlässen 43 gebildet, von denen
sich jeder ausgehend von den Spülschlitzen 42 in Richtung auf
den unteren Abschnitt des Zylinderblocks 2 so erstreckt, daß er
mit der Kurbelkammer 6 in Verbindung steht.
Um das Gießen des Zylinderblocks 2 und des Zylinderkopfs 7
durch Hochdruckgießen in einem einzigen Block bzw. als Mono
block zu erleichtern, ist ein Paar von Gießöffnungen 44 jeweils
entlang den Spüldurchlässen 43 gebildet, wodurch die Außenseite
jedes Spüldurchlasses 43 in Verbindung mit der Außenatmosphäre
stehen kann. Ein Paar von Spüldurchlaßabdeckungen 45, von denen
jeder eine gleichmäßig gekrümmte Innenfläche in Übereinstimmung
mit dem Spüldurchlaß 43 sowie getrennt von dem Zylinderblock 2
gefertigt aufweist, ist an den Gießöffnungen 44 angebracht.
Wenn die Spüldurchlaßabdeckungen 45 an den Gießöffnungen 44
befestigt sind, indem beispielsweise von einem Klebstoff
Gebrauch gemacht wird, sind die Gießöffnungen 44 geschlossen,
wodurch gleichmäßig gekrümmte Durchlässe derart fertigstellbar
sind, daß Spülluft durch sie hindurch strömen kann, wodurch ein
Spülen mit hohem Wirkungsgrad erzielt wird.
Eine (in Fig. 1 diejenige auf der linken Seite) der Spüldurch
laßabdeckungen 45 ist mit einem Innengewindedurchgangsloch 45a
versehen, in welchem eine Kraftstoffeinspritzdüse 46 mit einem
Außengewinde an ihre Außenwand eingesetzt oder geschraubt ist.
Das distale Ende 46a der Kraftstoffeinspritzdüse 46 ist in
Richtung auf die Oberseite der Verbrennungskammer 3 derart
gerichtet, daß dann, wenn der Kraftstoff eingespritzt wird, er
einem Bereich innerhalb der Verbrennungskammer 3 zugeführt
wird, der für die Verbrennung des Kraftstoffs optimal ist.
Fig. 2 zeigt ein Blockdiagramm einer Ausbildung einer Steuer
vorrichtung 36 des Verbrennungsmotors 1 der vorliegenden Erfin
dung und der Beziehung zwischen der Steuervorrichtung 36 und
der Zündkerze 9 bzw. der Kraftstoffeinspritzdüse 46, die durch
die Steuervorrichtung 36 betätigt sind.
Die Kraftstoffeinspritzdüse 46 ist mit einem Kraftstofftank 47
so verbunden. Da der Kraftstofftank 47 üblicherweise unter der
Kraftstoffeinspritzdüse 46 angeordnet ist, wird der Kraftstoff
von dem Kraftstofftank 47 der Position der Kraftstoffeinspritz
düse 46 mittels einer Ansaugpumpe (im Augenblick des Startens)
oder einer Saugpumpe (während des Betriebs) zugeführt wird, bei
denen (nicht gezeigt) es sich jeweils um Pumpen herkömmlichen
Typs handelt, die üblicherweise in einem Zweitakt-Verbrennungs
motor (Luft-Kraftstoffgemischansaugung) verwendet werden.
Die Kraftstoffeinspritzdüse 46 ist mit einem Heizelement 46b
versehen, das aus einem elektrischen Heizer und dergleichen
gebildet und mit der Kraftsteuerschaltung 39 verbunden ist. Das
Heizelement 46b dient dazu, durch elektrische Hochspannungs
energie sofort bzw. schlagartig beheizt zu werden, die von der
Kraftstoffsteuerschaltung 39 zugeführt wird. Wenn das Heizele
ment 46b in dieser Weise erwärmt ist, wird der Kraftstoff der
der Düse 46 zugeführt wurde, schlagartig erhitzt, um einer Pha
senänderung so zu unterliegen, daß Bläschen 46c erzeugt werden.
Gleichzeitig mit dem Anwachsen der Bläschen 46c wird der Innen
druck der Düse 46 so erhöht, daß der Kraftstoff veranlaßt wird,
von bzw. aus der Öffnung des distalen Endabschnitts 46a der
Düse 46 in die Verbrennungskammer 3 zwangsweise eingespritzt zu
werden.
Da der Zylinderblock 2 mit mehreren Einspritzdüsen 46 versehen
ist, von denen jede ein Heizelement 46b aufweist, kann die ein
zuspritzende Kraftstoffmenge durch individuelles und selektives
Steuern mehrerer Heizelemente 46b eingestellt werden. Es ist
auch möglich, einen porösen Körper, wie etwa einen porösen
Keramikkörper in das Innere der Düse 46 so einzusetzen, daß der
Kraftstoff in den porösen Körper gesaugt und daraufhin durch
das Heizelement 46b erhitzt wird.
Die Steuervorrichtung 36 für den Verbrennungsmotor 1 weist eine
Wechselstrom-Erzeugungseinrichtung 38 und eine Kraftstoff
steuervorrichtung 39 auf, die in der Steuervorrichtung 36
zusätzlich zu einer Zündsteuervorrichtung 37 eines üblichen
CDI- oder TCI-Systems integral enthalten sind. Die Wechsel-
Strom-Erzeugungeinrichtung 38 ist dazu ausgelegt, Elektrizität
durch die Drehung des Gebläsemotors 35 zu erzeugen, und die
derart erzeugte elektrische Energie der Zündsteuervorrichtung
37 und der Kraftstoffsteuervorrichtung 39 so zuzuführen, daß
die Zündkerze 9 und die Kraftstoffeinspritzdüse 46 betätigt
sind.
Die Zündsteuervorrichtung 37 ist vom herkömmlichen Typ und
weist einen Aufnehmer 37a zum Steuern des Takts bzw. der Zeit
steuerung der Zündung auf, eine elektrische Zündstrom bzw.
Energiequellenschaltung 37b zum Durchführen einer Halbwellen
gleichrichtung des Wechselstroms, der von der Wechselstrom-
Erzeugungseinrichtung 38 zugeführt wird, eine Zündsteuerschal
tung 37c und eine Zündspule 37d.
Andererseits ist die Kraftstoffsteuerschaltung 39 durch eine
elektrische Strom- bzw. Energiequellenschaltung 39a zum Durch
führen einer Halbwellengleichrichtung (mit entgegengesetzter
Phase zu der elektrischen Zündstromquellenschaltung 37b) des
Wechselstroms und eine Einspritzsteuereinrichtung (Schaltung)
39b zum Steuern von sowohl der Zeitsteuerung wie dem Takt bzw.
dem Zeitpunkt und der Menge der Kraftstoffeinspritzung gebil
det. Die Einspritzsteuereinrichtung 39b ist mit einer Ein
spritzbetriebsartsteuereinrichtung 39c zum Steuern der Taktgabe
bzw. der Zeitsteuerung der Kraftstoffeinspritzung und mit einer
Einspritzmengensteuereinrichtung 39d zum Steuern der einzu
spritzenden Kraftstoffmenge versehen. Die Einspritzsteuervor
richtung 37 ist über das Hochspannungskabel 36a mit der Zünd
kerze 9 verbunden, während die Kraftstoffsteuerschaltung 39
über Drahtleitungen 36b mit der Kraftstoffeinspritzdüse 46 ver
bunden ist.
Die Betätigung der Zündsteuervorrichtung 37 erfolgt durch Nut
zen einer elektromotorischen Wechselstromkraft, die in der
Wechselstromerzeugungseinrichtung 38 erzeugt wird. Die elektro
motorische Kraft, die tatsächlich bei dieser Zündsteuerschalt
vorrichtung 37 verwendet wird, ist entweder eine positive Halb
wellenspannung oder eine negative Halbwellenspannung, so daß
die andere Halbwellenspannung zu diesem Zweck nicht verwendet
wird. Bei dieser Ausführungsform wird die Halbwellenspannung,
die in der Zündsteuervorrichtung 37 nicht verwendet wird, zum
Betätigen der Krafteinspritzdüse 46 verwendet.
Inbesondere ist die Wechselstrom-Erzeugungseinrichtung 38 dazu
ausgelegt, eine elektromotorische Wechselstromkraft durch die
Drehung des Gebläserotors 35 zu erzeugen, und das Zünden wird
durch die Spannung der positiven Seite (oder negativen Seite)
zu dem Zeitpunkt bewirkt, wenn sich die Phase der Wechselspan
nung ändert, d. h., von der positiven Seite (oder negativen
Seite) zu der negativen Seite (oder positiven Seite). Die
Kraftstoffeinspritzdüse 46 ist dazu ausgelegt, eine Spannung
von der entgegengesetzten Seite der elektromotorischen Wechsel
stromkraft zu nutzen, d. h. eine Spannung der negativen Seite
(oder der positiven Seite) wie nachfolgend erläutert. Insbeson
dere wird die elektromotorische Wechselstromkraft der Zündsteu
ervorrichtung 37 entzogen und der Einspritzsteuereinrichtung 39
zugeführt, die daraufhin betätigt wird, um das Heizelement 46b
der Kraftstoffeinspritzdüse 46 zu veranlassen, schlagartig
durch Anlegen von Hochspannung erhitzt zu werden, indem die
Spannung genutzt wird, die entgegengesetzt zu derjenigen ist,
die in der Zündsteuervorrichtung 37 verwendet wird, d. h. die
Spannung der negativen (oder positiven) Seite, wodurch der
Kraftstoff erwärmt und von dieser eingespritzt wird.
Insbesondere wird die Wechselstromenergie bzw. der Wechsel
strom, die bzw. der in der Wechselstrom-Erzeugungseinrichtung
38 erzeugt wird, der Einspritzsteuervorrichtung 39 zugeführt
und daraufhin durch die elektrische Einspritzstromquellenschal
tung 39a in Gleichstromenergie gleichgerichtet, die daraufhin
der Einspritzsteuereinrichtung 39b zugeführt wird. Die Ein
spritzsteuereinrichtung 39b ist dazu ausgelegt, ein Ausgangs
signal (Zeitsteuersignal bzw. Taktsignal) von der Zündsteuer
schaltung 37c der Zündsteuervorrichtung 37 zu empfangen. Auf
Grundlage dieses Ausgangssignals wird elektrische Energie bzw.
elektrischer Strom durch die Drahtleitung 36b den Heizelementen
46b derart zugeführt, daß die Heizelemente 46b schlagartig
erhitzt werden, indem Hochspannung angelegt wird. Ein Teil des
Kraftstoffs, der durch die Heizelemente 46b erhitzt wird, wird
in Bläschen 46c gewandelt, um den Kraftstoff unter Druck zu
setzen. Daraufhin wird der Kraftstoff ausgehend vom distalen
Endabschnitt 46a der Kraftstoffeinspritzdüse 46 in Übereinstim
mung mit dem Spültakt bzw. der Spülzeitsteuerung (Drehung der
Kurbelwelle 30) des Verbrennungsmotors 1 eingespritzt.
Die Einspritzbetriebsartsteuereinrichtung 39c ist dazu ausge
legt, den Takt bzw. die Zeitsteuerung der Einspritzung
(Einspritzbetriebsart) derart selektiv zu steuern, daß Kraft
stoff von der Einspritzdüse 46 ausgehend eingespritzt werden
kann, wenn der Verbrennungsmotor 1 einen Zustand eines Spülhubs
durch den Umlauf der Kurbelwelle 30 in einer aufeinanderfolgen
den Betriebsrat mit einer Kraftstoffeinspritzung pro Umdrehung
der Kurbelwelle, einer ausgedünnten bzw. reduzierten Betriebs
art mit einer Kraftstoffeinspritzung bei jeder zweiten Umdre
hung der Kurbelwelle, einer reduzierten Betriebsart mit einer
Kraftstoffeinspritzung bei jeder dritten Umdrehung der Kurbel
welle oder eine reduzierte Betriebsart mit einer Kraftstoffein
spritzpause bei jeder dritten Umdrehung der Kurbelwelle ein
nimmt. Die Einspritzbetriebsartsteuereinrichtung 39c ist dazu
ausgelegt, auf Grundlage von der Information von der Ermitt
lungseinrichtung zum Ermitteln unterschiedlicher Variablen
betätigt zu werden, welche den Betrieb des Verbrennungsmotors 1
begleiten. Beispielsweise kann ein Winkelsensor 50, wie etwa
ein Potentiometer oder ein Drehschalter als Ermittlungseinrich
tung am Drosselklappenhebel 51 des Verbrennungsmotors 1 so
angebracht sein, daß die Einspritzbetriebsartsteuereinrichtung
39c betätigt werden kann, um die Einspritzbetriebsart auf
Grundlage der Information von dem Signal eines Winkels zu
ändern, der durch den Winkelsensor 50 ermittelt wird. Insbeson
dere wird die Bewegung des Drosselklappenhebels 51 zum Manipu
lieren des Ansaugsteuerventils 52 des Verbrennungsmotors 1
durch den Winkelsensor 50 ermittelt, und auf Grundlage einer
Änderung der Betriebsposition des Drosselklappenhebels 51 wird
die Einspritzbetriebsart in geeigneter Weise gewählt, d. h. eine
Betriebsart zum aufeinanderfolgenden Einspritzen oder eine
Betriebsart zum reduzierten Einspritzen.
Die Einspritzmengensteuereinrichtung 39d ist dazu ausgelegt,
jedes Heizelement 46b unabhängig und selektiv zu heizen, das
auf bzw. an jeder der mehreren Einspritzdüsen 46 so angebracht
ist, daß die Kraftstoffmenge, die von den Einspritzdüsen 46
einzuspritzen ist, als ganzes eingestellt wird. Die Einspritz
mengensteuereinrichtung 39d ist dazu ausgelegt, die Kraftstoff
menge, die von den Einspritzdüsen 46 einzuspritzen ist, als
ganzes auf Grundlage des Ausgangssignals von einer Lastermitt
lungseinrichtung 53 zum Ermitteln von Laständerungen des Motors
1 zu ändern, wie etwa der Drehzahl des Verbrennungsmotors 1,
der Sitztemperatur der Zündkerze 9 und dergleichen.
Als nächstes wird die Arbeitsweise der Steuervorrichtung 36 des
Verbrennungsmotors 1 gemäß dieser Ausführungsform erläutert.
Der Verbrennungsmotor 1 gemäß der vorstehend genannten Ausfüh
rungsform ist ein Motor vom sogenannten Kolbenventil-Typ, wobei
entweder ein Ansaugventil oder ein Auslaßventil (im Kolben)
vorgesehen ist und die Saugöffnung 41 und die Abgasauslaßöff
nung 40 abwechselnd jeweils mit der Kurbelkammer 6 und der Ver
brennungskammer 3 durch die hin- und herlaufende (Auf- und
Abbewegung) des Kolbens 4 kommunizieren gelassen werden,
wodurch die Ansaug- und Austragfunktionen des Motors 1 in der
selben Weise wie bei dem vorstehend genannten Ansaug- und Aus
laßventil durchgeführt werden.
In der Betriebsbedingung des Verbrennungsmotors 1, bei welcher
der Kolben 4 auf- und abbewegt wird, wird die Abgasauslaßöff
nung 40, wenn der Kolben 4 abwärtsbewegt wird, um in die Nähe
des unteren Totpunkts zu gelangen, zunächst geöffnet, wodurch
das Verbrennungsabgas aus dem Innern der Verbrennungskammer 3
zur Außenseite des Verbrennungsmotors 1 ausgetragen wird. Dar
aufhin werden die Spüldurchlässe 42 geöffnet, wodurch Luft in
die Kurbelkammer 6 eingesaugt und vorkomprimiert wird, um über
die Spülöffnungen 43 in die Verbrennungskammer 3 zu strömen,
wodurch jegliches restliche Verbrennungsabgas aus der Verbren
nungskammer 3 durch die Abgasauslaßöffnung 40 ausgetragen und
dadurch die Verbrennungskammer 3 gespült wird. In diesem Fall
wird auch eine geringe Menge an angesaugter Luft durch die
Abgasauslaßöffnung 40 ausgetragen.
Während dieses Spülvorgangs startet der Kolben 4 erneut seine
Aufwärtsbewegung, um die Spülöffnung 42 zu beschließen. Zu
einem geeigneten Zeitpunkt unmittelbar bevor die Spülöffnung 42
verschlossen wird, wird das Heizelement 46b der Kraftstoffein
spritzdüse 46 jedoch in Übereinstimmung mit einem Ausgangs
signal von der Kraftstoffeinspritzsteuereinrichtung 39b der
Steuervorrichtung 36 des Verbrennungsmotors 1 schlagartig
erhitzt, wodurch Kraftstoff direkt in die Verbrennungskammer 3
ausgehend vom distalen Ende 46a der Kraftstoffeinspritzdüse 46
eingespritzt werden kann und mit der Luft sich vermischen
belassen wird, welche in die Verbrennungskammer 3 gesaugt wird.
Beim Einspritzen von Kraftstoff von bzw. ausgehend von der
Kraftstoffeinspritzdüse 46 wird die Kraftstoffeinspritz
betriebsart geeignet auf Grundlage von Signalen von dem Winkel
sensor 50 durch die Einspritzbetriebsartsteuereinrichtung 39c
der Kraftstoffeinspritzsteuereinrichtung 39b gewählt, d. h., die
Einspritzbetriebsart wird aus einer Betriebsart zum aufeinan
derfolgenden Einspritzen einer Betriebsart zum reduzierten Ein
spritzen bei jeder zweiten Umdrehung und jeder dritten Umdre
hung usw. gewählt.
In ähnlicher Weise wird das Heizelement 46b jeder der mehreren
Einspritzdüsen 46 bei der Kraftstoffeinspritzung von der Kraft
stoffeinspritzdüse 46 unabhängig und selektiv durch die Ein
spritzmengensteuereinrichtung 39d der Kraftstoffeinspritz
steuereinrichtung 39b auf Grundlage des Ausgangssignals von der
Lastermittlungseinrichtung 53 zum Ermitteln der Drehzahl des
Verbrennungsmotors 1 derart erhitzt, daß die Kraftstoffmenge,
die von den Einspritzdüsen 46 eingespritzt werden soll, als
ganzes eingestellt wird.
Mit Hilfe dieser doppelten Steuerung durch die Einspritz
betriebsartsteuereinrichtung 39c und die Einspritzmengensteuer
einrichtung 39d, jeder der Einspritzbetriebsarten (die
Betriebsart zum aufeinanderfolgenden Einspritzen, die Betriebs
art zum reduzierten Einspritzen) mit der eingestellten einzu
spritzenden Kraftstoffmenge zu kombinieren, wodurch es möglich
ist, die Kraftstoffeinspritzung variabel und ausgiebig zu steu
ern. Nachdem der Kraftstoff eingespritzt ist, wird der Kolben 4
weiter aufwärts bewegt, um zunächst die Spülöffnungen 42 zu
verschließen, und daraufhin in den Kompressionshub einzutreten,
während er den Abgasauslaß 40 verschließt. Wenn der Kolben 4
weiter vorgerückt wird, um in die Nähe des oberen Totpunkts zu
gelangen, wird Hochspannungsenergie von der Zündsteuervorrich
tung 37 über das Hochspannungskabel 36a der Zündkerze 9 zuge
führt, wodurch die Zündkerze 9 veranlaßt wird, Zündfunken zu
erzeugen und das Luftkraftstoffgemisch für eine explosive Ver
brennung zu zünden.
Wenn der Kolben 4 in den Kompressionshub überführt wird, wird
der Druck in der Kurbelkammer 6 allmählich mit der Abwärtsbewe
gung des Kolbens 4 derart verringert, daß dann, wenn der Kra
genabschnitt 4a des Kolbens 4 aufwärtsbewegt wird, um durch die
Ansaugöffnung 49 zu verlaufen, wodurch die Ansaugöffnung 49 in
Verbindung mit der Kurbelkammer 6 gebracht wird, wird die Umge
bungsluft in die Kurbelkammer 6 durch einen (nicht gezeigten)
Luftreiniger gesaugt.
Bei dem auf die Zündung des komprimierten Luftkraftstoffge
misches folgenden Expansionshub wird dann, wenn der Kolben 4
abwärtsbewegt wird, um die Ansaugöffnung 41 zu verschließen,
die Luft, die in die Kurbelkammer 6 eingesaugt wurde, vorkom
primiert, woraufhin die Spülöffnungen 42 geöffnet werden,
wodurch die Kurbelkammer 6 mit der Verbrennungskammer 3 in Ver
bindung gebracht wird. Infolge davon wird die Luft, die in die
Kurbelkammer 6 eingesaugt und in dieser vorkomprimiert wurde,
dazu gezwungen, über die Spüldurchlässe 43 in die Verbrennungs
kammer 3 ausgehend von den Spülöffnungen 42 einzutreten,
wodurch diese bereitgemacht wird, eine Abfolge von Rüben, wie
vorstehend angeführt, zu wiederholen.
Beim Spülhub bei sich in der Betriebsart zum reduzierten Ein
spritzen befindlichen Verbrennungsmotor 1, bei welcher der
Kraftstoff nicht in die Verbrennungskammer 3 eingespritzt wird,
wird Luft nur in die Verbrennungskammer 3 eintreten gelassen.
Die derart in die Verbrennungskammer 3 zugeführte Luft wird
daraufhin komprimiert und aus der Abgasauslaßöffnung 40 ausge
tragen. Infolge davon wird Verbrennungsgas, das restliches
unverbranntes Gas enthält, das in der Verbrennungskammer 3
zurückbleiben würde, vollständig durch diese Luft ausgetragen.
Da die Steuervorrichtung 36 für den Zweitakt-Verbrennungsmotor
1 gemäß dieser Ausführungsform mit einer Einspritzbetriebsart
steuereinrichtung 39c als Mittel zum Steuern des Kraftstoffein
spritzens von der Kraftstoffeinspritzdüse 46 versehen ist, kann
der Betrieb des Verbrennungsmotors 1 durch geeignetes Ändern
der Einspritzbetriebsart durchgeführt werden, d. h., die Ein
spritzbetriebsart kann geeignet gewählt werden aus einer Kraft
stoffeinspritzung pro Umdrehung der Kurbelwelle 30 des Verbren
nungsmotors 1 (aufeinanderfolgende Einspritzung), einer redu
zierten Einspritzung zum Durchführen einer Kraftstoffeinsprit
zung bei jeder zweiten Umdrehung der Kurbelwelle 30, einer
reduzierten Einspritzung zum Durchführen einer Kraftstoffein
spritzung bei jeder dritten Umdrehung der Kurbelwelle usw.
Da eine reduzierte Einspritzung bei niedriger Drehzahl durchge
führt werden kann, wie dies der Fall ist beim Leerlauf des
Motors 1, bei welchem eine Leistung für starke Last nicht
erforderlich ist, ist es möglich, nicht nur die Drehstabilität
des Verbrennungsmotors 1 zu verbessern, sondern auch den Klang
des Abgasgeräusches bei niedriger Drehzahl des Motors 1 abzu
mildern, wodurch eine unangenehme Belastung der Umwelt mit
Geräuschen minimiert wird.
Da der Verbrennungsmotor 1 mit der vorstehend genannten redu
zierten Einspritzung betrieben werden kann, können die Vorteile
eines Viertakt-Verbrennungsmotors selbst bei einem Zweitakt-
Verbrennungsmotor erzielt werden. Da Kraftstoff in die Verbren
nungskammer 3 bei jeder Umdrehung der Kurbelwelle 30 bei dem
herkömmlichen Zweitakt-Verbrennungsmotor zugeführt wird, war es
sehr schwierig, das vorstehend genannte Phänomen eines Vorbei
blasens zu vermeiden, bei welchem unverbranntes Luftkraftstoff
gemisch, wie etwa Kohlenwasserstoff, aus dem Motor ausgetragen
wird. Wenn der Verbrennungsmotor jedoch in der reduzierten Ein
spritzbetriebsart betrieben wird, wird das Kraftstoffeinsprit
zen in die Verbrennungskammer diskontinuierlich während des
Spülhubs ausgesetzt, wodurch lediglich Luft in die Verbren
nungskammer 3 während des Spülhubs diskontinuierlich zugeführt
wird. Wenn lediglich Luft in die Verbrennungskammer 3 zugeführt
und daraufhin aus der Verbrennungskammer 3 ausgetragen wird,
kann jegliches restliches unverbranntes Luftkraftstoffgemisch,
wie etwa Kohlenwasserstoff, das in der Verbrennungskammer 3
verbleiben würde, vollständig durch diese Luft ausgetragen wer
den, wodurch das Innere der Verbrennungskammer 3 gereinigt
wird. Selbst dann, wenn ein Teil des unverbrannten Luftkraft
stoffgemisches, das derart zusammen mit Luft ausgetragen wird,
noch in einem Abgasrohr verbleibt, kann dieser unverbrannte
Anteil zusammen mit der ausgetragenen Luft (Sauerstoff) in
einer Katalysatorkammer verbrannt werden, wodurch jegliches
Austragen von unverbranntem Luftkraftstoffgemisch aus dem Ver
brennungsmotor 1 wirksam unterdrückt werden kann.
Da die Steuervorrichtung 36 für den Verbrennungsmotor 1 gemäß
dieser Ausführungsform mit der Einspritzmengensteuereinrichtung
39d als Mittel zum Steuern des Kraftstoffeinspritzens von der
Kraftstoffeinspritzdüse 46 versehen ist, kann jedes Heizelement
46b von jeder der mehreren Einspritzdüsen 46 unabhängig und
selektiv erhitzt werden, wodurch es möglich ist, die Kraft
stoffmenge problemlos zu ändern, die bei jedem Kraftstoffein
spritzen eingespritzt werden soll. Infolge davon kann die Lei
stung des Verbrennungsmotors geändert werden, wodurch es mög
lich ist, daß der Verbrennungsmotor jegliche Laständerung pro
blemlos verarbeitet. Zum selben Zeitpunkt kann das Luftkraft
stoffgemisch des Motors, beispielsweise beim mageren Verbren
nen, genau und problemlos gesteuert werden.
Da, wie vorstehend erläutert, die Steuervorrichtung für den
Verbrennungsmotor gemäß der vorliegenden Erfindung nicht nur
mit einer Einspritzbetriebsartsteuereinrichtung zum Steuern des
Zeitpunkts bzw. des Takts der Kraftstoffeinspritzung versehen
ist, sondern auch mit einer Einspritzmengensteuereinrichtung
zum Steuern der einzuspritzenden Kraftstoffmenge, können die
Steuerung des Zeitpunkts bzw. des Takts der Kraftstoffeinsprit
zung und die Einstellung der einzuspritzenden Kraftstoffmenge
problemlos selbst bei einem Zweitakt-Verbrennungsmotor durchge
führt werden. Gleichzeitig ist es möglich, giftige Komponenten
im Abgas zu minimieren und das Motorgeräusch zu verringern.
Die vorliegende Erfindung wurde vorstehend in bezug auf eine
spezielle Ausführungsform erläutert. Es versteht sich, daß die
Erfindung nicht hierauf beschränkt, sondern zahlreichen Modifi
kationen im Umfang der anliegenden Ansprüche zugänglich ist.
Claims (8)
1. Steuervorrichtung für einen Zweitakt-Verbrennungsmotor
mit Kraftstoffeinspritzung, umfassend eine Zündsteuervorrich
tung und eine Kraftstoffsteuervorrichtung, wobei die Kraft
stoffeinspritzvorrichtung eine Einspritzbetriebsartsteuerein
richtung zum Steuern des Zeitpunkts bzw. Takts der Kraftstoff
einspritzung aufweist.
2. Steuervorrichtung für einen Zweitakt-Verbrennungsmotor
nach Anspruch 1, wobei die Kraftstoffbetriebsartsteuereinrich
tung eine Einrichtung zum Wählen einer Kraftstoffeinspritz
betriebsart aus einer Einspritzung pro Umdrehung, bei welcher
Betriebsart das Einspritzen des Kraftstoffs bei jeder Umdrehung
einer Kurbelwelle des Verbrennungsmotors durchgeführt wird, und
einer reduzierten Einspritzbetriebsart aufweist, bei welcher
die Kraftstoffeinspritzung nach mehreren Umdrehungen der Kur
belwelle erfolgt, durchgeführt wird.
3. Steuervorrichtung für einen Zweitakt-Verbrennungsmotor
nach Anspruch 2, wobei die Wähleinrichtung ansprechend auf ein
Signal von einer Ermittlungseinrichtung betätigt wird.
4. Steuervorrichtung für einen Zweitakt-Verbrennungsmotor
nach Anspruch 3, wobei die Ermittlungseinrichtung dazu dient,
einen Drehwinkel eines Drosselventils oder eines Ansaugsteuer
ventils zu ermitteln.
5. Steuervorrichtung für einen Zweitakt-Verbrennungsmotor
nach Anspruch 1, wobei die Kraftstoffsteuervorrichtung eine
Einrichtung zum Steuern der einzuspritzenden Kraftstoffmenge
aufweist.
6. Steuervorrichtung für einen Zweitakt-Verbrennungsmotor
nach Anspruch 5, wobei die Einspritzmengensteuereinrichtung
dazu dient, die Kraftstoffmenge zu steuern, die in Übereinstim
mung mit einem Signal entsprechend der Last bzw. Belastung des
Verbrennungsmotors eingespritzt werden soll.
7. Steuervorrichtung für einen Zweitakt-Verbrennungsmotor
nach Anspruch 6, wobei die Einspritzmengensteuerrichtung dazu
dient, das Heizen des Heizelements selektiv zu steuern, das in
jeder von mehreren Kraftstoffeinspritzdüsen vorgesehen ist.
8. Steuervorrichtung für einen Zweitakt-Verbrennungsmotor
nach Anspruch 6, wobei das Signal entsprechend der Last des
Motors der Drehzahl des Verbrennungsmotors entspricht.
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