DE3036199A1

DE3036199A1 - Verfahren zum betreiben eines verbrennungsmotors mit kraftstoffeinspritzung an einer einzigen einspritzstelle und einrichtung zur durchfuehrung eines solchen verfahrens

Info

Publication number: DE3036199A1
Application number: DE19803036199
Authority: DE
Inventors: Motomi Yokosuka Arai; Masaaki Yokosuka Saito; Yuku Yokosuka Sugo; Tadahiro Yokosuka Yamamoto
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1979-09-25
Filing date: 1980-09-25
Publication date: 1981-03-26
Also published as: GB2060060A; JPS5649264U; GB2060060B; US4485791A; FR2465883B1; FR2465883A1; JPS6040838Y2

Description

-4- 3036193

Beschreibung

Die Erfindung betrifft allgemein einen mit Kraftstoffeinspritzung arbeitenden Verbrennungsmotor mit mehreren Zylindern, und insbesondere einen Einspritzmotor mit einer einzigen Einspritzstelle, wobei die Kraftstoff/Luft-Verteilung auf die Zylinder durch die zweimalige Erregung der Kraftstoff-Einspritzeinrichtung pro Umdrehung der Kurbelwelle verbessert wird.

Bei herkömmlichen Einspritzeinrichtungen, die mit einer einzigen Einspritzstelle (single spot injection) arbeiten, wurde der Kraftstoff entweder einmal oder dreimal pro Umdrehung der Kurbelwelle des Motors eingespritzt. Diese Verfahren haben jedoch die folgenden Nachteile: Die "einfache" Einspritzung, d.h., eine Einspritzung pro Umdrehung liefert keine ausreichende Kraftstoff-Verteilung, während bei drei Einspritzvorgängen pro Umdrehung die Kraftstoffverteilung bei niedrigen Motordrehzahlen zwar gut ist, bei einer Erhöhung der Motordrehzahl jedoch die Frequenz, mit der die Einspritzeinrichtung erregt werden muß _r die zulässige Grenze übersteigt, so daß die gewünschte Kraftstoffeinspritzung und die tatsächliche Krafrstoffeinspritzung nicht mehr zusammenfallen; dadurch ergibt sich eine merkliche Verschlechterung der Motorsteuerung. Wenn die Drehzahl des Motors 6000 Umdrehungen pro Minute beträgt, liegt die Frequenz der Betätigung der Einspritzeinrichtung, im allgemeinen einer Einspritzpumpe, näherungsweise bei 300 Hz (während bei niedrigeren Motordrehzahlen mit 100 Hz gearbeitet wird). Bei dieser Drehzahl verliert die zeitliche Abstimmung zwischen der Impulsbreite und der Kräftstoffmenge, die in Abhängigkeit von dieser speziellen Impulsbreite eingespritzt wird, ihre Linearität.

Mit dem Verfahren bzw. der Einrichtung nach der obigen Erfindung sollen die oben erwähnten Nachteile vermieden werden.

130013/1382

Die vorliegende Erfindung schlägt ein Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors mit mehreren Zylindern und mit einer Kraftstoff-Einspritzeinrichtung mit einer einzigen Einspritzstelle (eine einzige Kraftstoff-Einspritzeinrichtung, die in Strömungsrichtung gesehen vor den Zylindern des Motors angeordnet ist und das Kraftstoff/Luft-Gemisch für alle Zylinder erzeugt), die so erregt wird, daß der Kraftstoff zweimal pro Umdrehung der Kurbelwelle des Motors eingespritzt wird. Die Trigger- bzw. Auslöseimpulse für die Kraftstoff-Einspritzung werden im Grunde zeitlich so abgestimmt, daß sie mit den Lagen des äußeren bzw. oberen Totpunktes (T.D.C.) und des inneren bzw. unteren Totpunktes (B.D.C.) eines ausgewählten Zylinders zusammenfallen und nach einer bevorzugten Ausführungsform von diesem zeitlichen Ablauf in Abhängigkeit von verschiedenen Betriebsparametern des Motors, wie beispielsweise des Betriebs bei hohen Drehzahlen, variert werden, um die Kraftstoff-Verteilung auf die Zylinder zu verbessern. Weiterhin kann gemäß der vorliegenden Erfindung die Zahl der Einspritzvorgänge pro Umdrehung auf drei erhöht werden, wenn der Motor bei relativ niedrigen Drehzahlen läuft.

Die Erfindung schafft also einen Verbrennungsmotor, bei dem die mit einer einzigen Einspritzstelle arbeitende Kraftstoff-Einspritzeinrichtung nur zweimal pro Umdrehung der Kurbelwelle des Motors erregt wird, so daß bei gegebenen Betriebsbedingungen die Einspritz-Zeitpunkte mit den Lagen des oberen und unteren Totpunktes eines Kolbens eines ausgewählten Zylinders des Motors zusammenfallen. Bei Betrieb des Motors mit höheren Drehzahlen wird der Einspritz-Zeitpunkt vorverlegt, um die Kraftstoffverteilung auf die Zylinder zu verbessern. Wenn der Motor bei einer Drehzahl läuft, die unter einem vorgegebenen Pegel liegt, kann die Einspritzeinrichtung dreimal pro Umdrehung der Kurbelwelle erregt werden.

130013/1382

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden, schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine grafische Darstellung, die anhand der Kraftstoffetrömung und der Dauer des Einspritzimpulses die Kraftstoff-Strömungseigenschaf ten darstellt, die sich bei einem Verfahren, bei dem pro Umdrehung der Kurbelwelle drei Einspritzvorgänge stattfinden, bei niedrigen Umdrehungszahlen (gestrichelte Linie) und bei hohen Umdrehungszahlen (durchgezogene Linie) ergeben,

Fig. 2 eine Kurvendarstellung der Einspritz-Triggerimpulse und des sich ergebenden, grundsätzlichen Einspritzzeitablaufes nach der vorliegenden Erfindung,

Fig. 3 eine grafische Darstellung, die die Kraftstoffverteilung zwischen den Zylindern eines Motors vergleicht, wenn drei Einspritzvorgänge pro Umdrehung (durchgezogene Linie) und zwei Einspritzvorgänge pro Umdrehung (gestrichelte Linie) verwendet werden,

Fig. 4 eine Kurvendarstellung der Änderungen des Zeitablaufs des Einspritzvorgangs bei verschiedenen Betriebsbedingungen des Motors gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung,

Fig. 5 eine grafische Darstellung, die die Kraftstoffverteilung auf die Zylinder des Motors bei zwei Einspritzvorgängen pro Umdrehung vergleicht, wenn der grundsätzliche Zeitablauf des Einspritzvorgangs bzw. ein Zeitablauf verwendet

130013/1382

werden, der um 30° in Bezug auf den Grundzeitablauf vorverlegt ist, und

Fig. 6 den schematischen Aufbau einer bevorzugten Ausführungsform einer Einrichtung für die Durchführung des Verfahrens nach der vorliegenden Erfindung.

Bevor die vorliegende Erfindung im Detail erläutert wird, soll auf Fig. 1 eingegangen werden, die grafisch die Nachteile einer herkömmlichen Ausführungsform zeigt, bei der drei Einspritzvorgänge pro Umdrehung verwendet werden. Die Kurve A (gestrichelte Linie) zeigt die mechanische Fähigkeit der Einspritzeinrichtung, eine lineare Beziehung zwischen der Impulsbreite der Erregung oder des Triggersignals und der Kraftstoffmenge aufrechtzuerhalten, die von der Einspritzeinrichtung abgegeben wird. Wie man jedoch in der Kurve B(durchgezogene Linie) erkennen kann, verliert die Beziehung zwischen der Impulsbreite und der von der Einspritzeinrichtung abgegebenen Kraftstoffmenge nach Überschreiten einer gegebenen Drehzahl ihren linearen Verlauf, wodurch sich eine merkliche Verschlechterung der Kraftstoffverteilung auf die Zylinder des Motors ergibt.

Fig. 2 zeigt eine Kurvendarstellung der Erzeugung von zwei in gleichen Abständen angeordenten Triggerimpulsen für den Einspritzvorgang pro Umdrehung der Kurbelwelle und ( darunter) den sich ergebenden Zeitablauf für den Einspritzvorgang, wie er mit der vorliegenden Erfindung vorgeschlagen wird.

Fig. 3 zeigt eine Kurvendarstellung, die die Kraftstoffverteilung auf die Zylinder des Motors für die herkömmliche, mit drei Einspritzvorgängen arbeitende Technik und für das mit zwei Einspritzvorgängen arbeitende Verfahren nach der vorliegenden Erfindung vergleicht. Dabei sind auf der Ordinate die Zylinder-zu-Zylinder A/F Verhältnis Differenz (die aus dem Abgasgehalt an CO und CO_ festgestellt werden) und auf der Abszisse verschiedene Betriebsbedingungen des Motors dargestellt, die durch die Drehzal des Motors bei gegebenen

130013/1382

Unterdruckwerten im Ansaugrohr ausgedrückt v/erden. In Verbindung mit der Eichung der Ordinate, d.h., mit der Verteilung der verschiedenen Werte auf die Ordinate, ist empirisch festgestellt, daß der Prozentsatz des Kohlenmonoxids, plus dem Prozentsatz des Kohlendioxids im Abgas dem Kraftstoff /Luft-Verhältnis des in den Zylindern des Motors verbrannten Gemisches sehr nahe kommt. Deshalb ist eine Analyse des Abgases auf den Gehalt an CO und CO₂ durchgeführt wordene die numerische Differenz zwischen dem höchsten und niedrigsten Kraftstoff/Luft-Verhältnis wurde auf der Ordinate aufgetragen. Selbstverständlich wird als Endergebnis die Differenz "Null" angestrebt, obwohl dies nicht erreicht werden kann, wie sich aus Fig. 3 ergibt; dieses angestrebte Resultat kann jedoch bei bestimmten Betriebsbedingungen des Motors näherungsweise erreicht werden.

In Fig. 3 zeigt die durchgezogene Linie die Kraftstoff-Ver —. teilung bei Verwendung von drei Einspritzvorgängen und die gestrichelte Linie die Verteilung an, die unter Verwendung von zwei Einspritzvorgängen erreicht wird, wie sie gemäß der vorliegenden Erfindung vorgeschlagen werden. Obwohl die Kurve der durchgezogenen Linie in einer Stufe niedrieger liegt als die Kurve der gestrichelten Linie, ergibt das Verfahren mit drei Einspritzvorgängen in jedem Endbereich eine schlechtere Kraftstoffverteilung als das Verfahren mit zwei Einspritzvorgängen. Die schlechtere Verteilung macht sich insbesondere bei höherern Belastung bemerkbar, d.h., an dem Ende der Kurven, das den höheren Drehzahlen zugeordnet ist.

Um die Kraftstoffverteilung weiter zu verbessern, wird gemäß der vorliegenden Erfindung vorgeschlagen, den Zeitablauf des Einspritzvorgangs der beiden Einspritzvorgänge zu variieren, wie in Fig. 4 dargestellt ist. Fig. 4(a) zeigt einen elektronischen Impuls für jede Umdrehung der Kurbelwelle. Fig. 4(b) zeigt den Zeitablauf des Einspritzvorgangs, wie er dann verwendet wird, wenn der Motor bei

130013/1382

"⁹" 3038199

sehr niedrigen Drehzahlen (beispielsweise im Leerlauf) läuft/ wobei ein Einspritzimpuls für jeweils 180° eingesetzt wird. Fig. 4(c) zeigt eine mögliche Vorverlegung des Zeitablaufs von 30° in Bezug auf die Bedingungen nach Fig. 4(b), d.h., wenn der Motor bei 1.500 Umdr/min. mit einem Ansaug-Unter- . druck von -250 mm Hg betrieben wird.

Fig. 5 zeigt eine ähnliche Kurvendarstellung wie Fig. 4, wobei jedoch die Differenz in der Kraftstoffverteilung dargestellt ist, die durch den grundsätzlichen Zeitablauf von zwei Einspritzvorgängen (d.h., einen Einspritzvorgang bei dem oberen Totpunkt und dem unteren Totpunkt eines ausgewählten Zylinders) und die oben erwähnte, vorverlegte Einspritzung erreicht wird. Wie man aus dieser Kurvendarstellung erkennen kann, wird eine wesentliche Verbesserung der Kraftstoffverteilung erreicht, indem der Einspritzvorgang vorverlegt wird; diese Verbesserung übersteigt überraschender Weise die beste Verteilung, die mit dem Verfahren mit drei Einspritzvorgängen pro Umdrehung erreicht wird.

Fig. 6 zeigt schematisch eine Einrichtung, mit der das erfindungsgemäße erfahren durchgeführt werden kann. In dieser Figur ist ein Verbrennungsmotor 10 mit einem Ansaug- bzw. Einlaßsystem 12 und mit einem Auslaß- bzw. Abgassystem 14 dargestellt. Eine Kraftstoff-Einspritzvorrichtung 16 mit einer einzigen Einspritzstelle, nämlich einer Einspritzdüse, ist in dem Ansaugsystem so ausgerichtet angeordnet, daß sie den Kraftstoff zum Boden 20 einer Steigleitung 18 einspritzt, die sich in dem Ansaugsystem befindet. Der Boden 20 der Steigleitung 18 wird durch die Abgase erwärmt, die durch das Abgassystem 14 strömen. Ein thermostatisch gesteuertes Ventilglied 22 ist in dem Abgassystem angeordnet, um die Abgase steuerbar gegen den Boden 20 der Steigleitung 18 abzulenken.

Ein Luftströmungs-Meßgerät 24 ist in dem Ansaugsystem 12 angeordnet, um die Luftströmung durch dieses System zu messen.

130013/1382

3036193

Ein Drosselventil 26 befindet sich in Strömungsrichtung gesehen hinter dem Luftströmungs-Meßgerät, um die' Luftströmung zu den Zylindern 28 des Motors (von denen nur einer dargestellt ist) zu steuern. Eine Luft-Reinigungseinrichtung 30, insbesondere ein Luftfilter, befindet sich in Strömungsrichtung gesehen vor dem Luftströmungs-Meßgerät,, um Staub und ähnliche Teilchen vor dem Eintritt in das Ansaugsystem aus der Luft zu entfernen.

Der Kraftstoff-Einspritzeinrichtung 16 wird der Kraftstoff unter Druck von einem System zugeführt, das eine Einspritzpumpe 34, eine Kraftstoffdruckdämpfungseinrichtung 36, einen Kraftstoffilter 38 und ein Kraftstoffregulierelement 40 enthält. Dieses System kann den herkömmlichen Aufbau haben, so daß es nicht näher erläutert werden soll.

Die Kraftstoff-Einspritzeinrichtung 16 wird durch eine zentrale Steuerschaltung 42 gesteuert, der von verschiedenen Fühlern verschiedene Betriebsdaten des Motors zugeführt werden. Zu diesen Fühlern gehören das Luftströmungsmeßgerät 24 und ein Fühler 44 für die Drehung oder Winkelverschiebung der Kurbelwelle. Der Fühler für die Winkelverschiebung der Kurbelwelle enthält eine drehbare Scheibe 46 mit zwei darauf ausgebildeten Anzeigeelementen 48 (die Anzeigeelemente sind in diesem Fall in einem Winkel von 180° zueinander angeordnet) Die Scheibe 46 ist funktionsmäßig mit der Kurbelwelle (nicht dargestellt) des Motors verbunden, so daß sie sich synchron mit ihr dreht. Ein Aufnehmer 50 ist stationär in der Nähe der Scheibe angebracht und gibt jedes Mal dann ein Signal ab, wenn eins der Anzeigeelemente vorbeiläuft. Die Steuerschaltung empfängt außerdem Informationen von einem oder mehreren Fühler(n) 52 für das Kühlmittel des Motors, die dem Kühlmittel ausgesetzt werden (in diesem Fall handelt es sich bei dem Kühlmittel um eine Flüssigkeit), weiterhin von dem Zündsystem 54 des Motors, von einem Fühler 56 für die Winkellage des Drosselventils und von einem Sauerstoff-

130013/1382

fühler 58 oder einem ähnlichen Element, das in Strömungsrichtung vor einem kathalytischen Konverter 60 in dem Abgassystem angeordnet ist; nach einer bevorzugten Ausführungsform handelt es sich um ein Dreiweg-System. Die Steuereinheit 42 wird durch die Verbindung mit einer Quelle für eine elektromotorische Kraft, wie beispielsweise eine Batterie 62, gespeist.

Durch den oben beschriebenen Aufbau ist es möglich, die Kraftstoff-Einspritzeinrichtung 16 so zu erregen, daß sie den Kraftstoff entsprechend einem zeitlichen Ablauf einspritzt, der den oberen und unteren Totpunkts-Lagen eines ausgewählten Kolbens entspricht; außerdem kann bei Eingabe von geeigneten Betriebsparametern der Einspritzzeitpunkt in geeigneter Weise vorverlegt werden, um die erhöhte Geschwindigkeit der durch das Ansaugsystem fließenden Luft voll auszunutzen (diese erhöhte Geschwindigkeit tritt beispielsweise bei Betriebsbedingungen auf, die mittleren bis hohen Umdrehungszahlen des Motors zugeordnet sind).

Außerdem kann die Zahl der Einspritzvorgänge pro Umdrehung, basierend auf der Drehzahl des Motors und anderen Betriebsparametern, erhöht werden; zu diesen Parametern gehören beispielsweise die Öffnung die Drosselventils, die Luftströmung und Zünd-Zeitsignale, die eine ausreichend niedrige Motordrehzahl anzeigen.

Zusammenfassend läßt sich also folgendes feststellen: Bei dem Verfahren und der Einrichtung nach der vorliegenden Erfindung wird eine Kraftstoff-Einspritzeinrichtung so erregt, daß sie den Kraftstoff zweimal pro Umdrehung der Kurbelwelle des Motors einspritzt und den Basis-EinspritzZeitpunkt (der dem oberen und unteren Totpunkt eines ausgewählten Kolbens entspricht) vorverlegt, um die verringerte Zeitspanne auszunutzen, die die Luft benötigt, um bei mittleren bis hohen Drehzahlen des Motors von dem Luft-Meßgerät zu den Zylindern des Motors

130013/1382

zu strömen; dementsprechend läßt sich die Kraftstoff-Verteilung auf die Zylinder verbessern (v/ie in Fig, 5 der Zeichnungen angedeutet isti.

1300 13/1382

Leerseite

Claims

PAT F. N TA N W ΐκ LT E

A. GRUNECKER

DPL ING

H. KINKELDEY

DR ItJO.

W. STOCKMAIR

DR ;.-JG · AeE(CALTEd-O

K. SCHUMANN

DRF-ERNAT DlPU-PHYS.

P. H. JAKOB

WL-ΐΝα

G. BEZOLD

Dft PER NAt. - DlPU-CHEM.

Nissan Motor Co., Ltd. of Ko. 2,
Takara-cho, Kan agawa-ku,
Yokohama City,
Jar» an

8 MÜNCHEN

MAXIMILIANSTRASSE

P 15 506/Da 25- Sept. 1930

Verfahren zum Betreiben eines
Verbrennungsmotors mit Kraftstoffeinspritzung an einer einzigen
Einspritzstelle und Einrichtung zur
Durchführung eines solchen Verfahrens

Patentansprüche

Verfahren zum Betreiben eines mehrzylindrigen Verbrennungsmotors mit einer Kurbelwelle und mit einer einzigen Kraftstoffeinspritzeinrichtung zur Erzeugung des den Zylindern des Motors zugeführten Kraftstoff/Luft-Gemisches, dadurch gekennzeichnet, daß die Winkelverschiebung der Kurbelwelle des Motors festgestellt wird, daß für jede einzelne Umdrehung der Kurbelwelle zwei Auslöserimpulse für die Kraftstoffeinspritzung erzeugt werden, und daß die Abgabe der Auslöserimpulse zu der Kraftstoffeinspritzeinrichtung

130013/1382

TELEFON (O89) Q2Q8 6Q

TELEX O5-29 3BO

TELEGRAMME MONAPAT

TELEKOPIERER

zeitlich so abgestimmt wird, daß sie der oberen und unteren Totpunktlage eines Kolbens eines ausgewählten Zylinders entspricht.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß verschiedene Betriebsparameter des Verbrennungsmotors festgestellt werden und daß der Zeitpunkt der Abgabe der Auslöserimpulse in Abhängigkeit von der Feststellung der Betriebsparamater variiert wird.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß drei Auslöserimpulse pro einzige Umdrehung der Kurbelwelle erzeugt werden, wenn die Umdrehungszahl der Kurbelwelle unter einem vorgegebenen Pegel liegt.
4. Mehrzylindriger Verbrennungsmotor mit einer Kurbelwelle und mit einer einzigen Kraftstoffeinspritzeinrichtung zur · Erzeugung eines den Zylindern zugeführten Kraftstoff/L'ift-Gemisches, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (44) ::ur Feststellung der Winkelverschiebung der Kurbelwelle, durch eine auf die Feststelleinrichtung (44) ansprechende Steuereinheit (42) zur Erzeugung von zwei Auslöserimpulsen für die Kraftstoff-Einspritzung pro Umdrehung der Kurbelwelle, wobei die Steuereinheit (42) so angepaßt ist, daß sie die Auslöserimpulse entsprechend den oberen und unteren Totpunktslagen eines Kolbens eines ausgewählten Zylinders der verschiedenen Zylinder (28) abgibt.

5. Mehrzylindriger Verbrennungsmotor nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine auf Betriebsparaiteter des Verbrennungsmotors (10) ansprechende Einrichtungen zur Ausgabe von Datensignalen zu der Steuereinheit (42), um den Zeitpunkt der Abgabe der Auslöserimpulse in Bezug auf die obere und untere Totpunktslage des Kolbens zu variieren.

6. Mehrzylindriger Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche

130013/13 8 2

4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (42) drei Einspritz-Auslöserimpulsspro Umdrehung der Kurbelwelle erzeugen kann, wenn die auf die Bedienungsparameter des Verbrennungsmotors (10) ansprechende Einrichtung anzeigt, daß die Drehzahl des Verbrennungsmotors (10) unter einem vorgegebenen Pegel liegt.

130013/1382