DE19747614A1 - Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor - Google Patents

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.