DE3543084C2

DE3543084C2 -

Info

Publication number: DE3543084C2
Application number: DE3543084A
Authority: DE
Inventors: Shizuo Susono Shizuoka Jp Sasaki
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1984-12-07
Filing date: 1985-12-05
Publication date: 1990-09-13
Also published as: JPS61138816A; DE3543084A1; US4667630A; JPH0585728B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Steuerungssystem für die Temperatur einer Brennraumwand einer Otto-Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei einem derartigen Steuerungssystem für die Temperatur einer Brennraumwand, wie es in dem JP-Abstracat 59-1 20 712 gezeigt ist, wird ein Ventil in einem Ölkanal in Abhängigkeit von der Abgastemperatur geöffnet oder geschlossen, so daß je nach Stellung des Ventils entweder ein der Kühlung der Brennraumwand dienendes Öl mittels einer Düse gegen die Brennraumwand gespritzt wird oder die Brennraumwand keiner Kühlung unterliegt. Mittels eines derartigen Steuerungssystems kann die Temperatur der Brennraumwand allerdings nur grob im Bereich einer gewünschten Temperatur gehalten werden. Der tatsächliche Temperaturwert liegt solange über dem gewünschten Temperaturwert, bis das Ventil geöffnet wird. Die dadurch bewirkte Kühlung der Brennraumwand läßt den tatsächlichen Temperaturwert unterhalb des gewünschten Tem peraturwertes sinken, wobei der tatsächliche Temperaturwert solange unterhalb des gewünschten Temperaturwertes liegt, bis das Ventil geschlossen wird. Auf diese Weise oszilliert der tatsächliche Temperaturwert um den gewünschten Tempera turwert. Es ist somit nicht möglich, die Temperatur der Brennraumwand auf einen bestimmten optimalen Wert einzu stellen und sie mit großer Genauigkeit auf diesem Wert zu halten, wie es für die Optimierung der Kraftstoff-Verdamp fungsgeschwindigkeit im Brennraum und die damit einherge hende optimale Verbrennung notwendig wäre.

Die Temperatur der Brennraumwand kann desweiteren unterhalb des gewünschten, für die Verdampfung des Kraftstoffs optimalen Temperaturwertes absinken, wenn die Brennkraftmaschine mit einer geringen Last und einer niedrigen Drehzahl betrieben wird. Eine Steuerung bzw. eine Einflußnahme auf die Temperatur der Brennraumwand ist in diesem Fall mit dem Steuerungssystem gemäß dem JP-Abtract 59-1 20 712 nicht möglich, so daß die optimale Kraftstoff-Verdampfungsgeschwindigkeit nicht erreicht werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das gattungsgemäße Steuerungssystem für die Temperatur einer Brennraumwand einer Otto-Brennkraftmaschine derart weiterzubilden, daß die Temperatur der Brennraumwand in allen Betriebszu ständen der Brennkraftmaschine mit großer Genauigkeit auf einem vorbestimmten Wert gehalten werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst.

Das erfindungsgemäße Steuerungssystem verwendet ebenfalls einen kühlenden Ölstrahl, der auf die Außenoberfläche der Brennraumwand gespritzt wird, wenn aus Betriebsparametern der Brennkraftmaschine herleitbar ist, daß die Temperatur der Brennraumwand zu hoch ist, d. h. über einem vorbestimmten Wert liegt. Dabei ist es erfindungsgemäß möglich, die Ölmenge, die gegen die Brennraumwand gespritzt wird, in Ab hängigkeit von einem oder mehreren Betriebsparametern im wesentlichen stufenlos zu ändern, so daß die Temperatur der Brennraumwand auf den vorbestimmten Wert gesenkt werden kann.

Wie bereits erwähnt wurde, kann die Temperatur der Brenn raumwand bei gewissen Betriebszuständen der Brennkraftmaschine, insbesondere bei geringer Last und/oder niedriger Drehzahl, unter den vorbestimmten Wert absinken. Dieses Ab sinken ist auf eine Selbstkühlung der Brennraumwand zurück zuführen. Erfindungsgemäß ist die Brennraumwand mit einer wärmeisolierenden Struktur versehen, so daß eine derartige selbsttätige Abkühlung der Brennraumwand in hohem Maße verzögert werden kann. Dadurch ist erreicht, daß in allen normalerweise auftretenden Betriebszuständen der Brennkraftmaschine die Temperatur der Brennraumwand nahe dem vorbestimmten Wert liegt, wodurch eine große Änderung der Kraftstoff- Verdampfungsgeschwindigkeit beim Betrieb der Brenn kraftmaschine vermieden und der Schadstoffgehalt im Abgas verringert ist. Auch beim Anlassen bzw. Starten der Brennkraftmaschine wird erfindungsgemäß eine wesentliche Verbesserung erzielt, indem sich die Temperatur der Brennraumwand von der herrschenden Umgebungstemperatur schnell auf den optimalen Wert erhöht, da eine selbsttätige Kühlung weitgehend unterbunden ist.

Vorteilhafte Weiterbildungen des Steuerungssystem sind Ge genstand der Unteransprüche.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden, auf die Zeichnungen Bezug nehmenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen deutlich. Es zeigt

Fig. 1 eine Schnittdarstellung eines Zylinders und Kolbens mit einer schematischen Darstellung eines Steue rungssystems in einer ersten Ausführungsform gemäß der Erfindung;

Fig. 2 ein Diagramm über die Beziehungen zwischen der Last und den Temperaturen einer Brennraumwand bei einer Otto-Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung, wobei der Parameter der Drehzahl sich ändert;

Fig. 3 ein Diagramm einer in einem Speicher eines Rechengeräts gespeicherten Map, die auf die Beziehungen zwischen der Last und den für das Einhalten der Temperatur der Brennraumwand benötigten Querschnitt des Ölkanals bei einer Otto-Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung des Kraftstoffs abgestellt ist, wobei sich der Parameter der Drehzahl ändert;

Fig. 4 ein Flußdiagramm für ein Rechengerät bei dem Steuerungssystem der ersten Ausführungsform gemäß der Erfindung;

Fig. 5 eine zu Fig. 1 gleichartige Darstellung für ein Steuerungssystem gemäß der Erfindung in einer zweiten Ausführungsform;

Fig. 6 eine zu Fig. 1 gleichartige Darstellung für ein Steuerungssystem gemäß der Erfindung in einer dritten Ausführungsform;

Fig. 7 eine zu Fig. 1 gleichartige Darstellung für ein Steuerungssystem gemäß der Erfindung in einer vierten Ausführungsform;

Fig. 8 ein Diagramm über mit dem Erfindungsgegenstand erzielte Ergebnisse, wobei die Beziehungen zwischen der Strömungsmenge eines Ölstrahls und der Temperatur der Brennraumwand, der Takt-für-Takt- Änderung in der Verbrennungsgeschwindigkeit, der HC-Menge im Abgas, der NOx-Menge im Abgas, dem ma ximalen Verbrennungsdruck Pmax und der Kraftstoff ausnutzung in den Fällen hoher Last (G = 0,8) und niedriger Last (G = 0,4) gezeigt sind;

Fig. 9 (a) ein Diagramm über die Beziehung zwischen dem Kurbelwinkel und dem Zylinderdruck bei veränderten Ölstrahl-Strömungsmengen in einem hohen Lastbereich;

Fig. 9 (b) ein Diagramm über die Beziehung zwischen der Frequenz des Geräuschs der Brennkraftmaschine und dem Zylinderdruckpegel bei veränderten Ölstrahl-Strömungsmengen im hohen Lastbereich;

Fig. 10 (a) ein Diagramm über die Beziehung zwischen dem Kurbel winkel und dem Zylinderdruck bei veränderten Ölstrahl-Strömungsmengen in einem niedrigen Lastbereich und

Fig. 10 (b) ein Diagramm über die Beziehung zwischen der Frequenz des Geräuschs der Brennkraftmaschine und dem Zylinderdruckpegel bei veränderten Ölstrahl-Strömungsmengen im niedrigen Lastbereich.

Die Fig. 1 zeigt ein Steuerungssystem für die Kraftstoff- Verdampfungsgeschwindigkeit oder -rate bei einer Otto-Brennkraftmaschine mit direkter Einspritzung in einer ersten Ausführungsform. Bei dieser Brennkraftmaschine ist ein Kolben 1 in einem Zylinderblock 2 hin- und herbewegbar aufgenommen, wobei mit dem Kolben 1 eine Pleuelstange 3 verbunden ist.

In einer im Kopf des Kolbens 1 ausgestalteten Höhlung ist ein Brennraum 4 ausgebildet, der von einer Brennraumwand 4 a abgegrenzt wird, welche ein zum Kolbenkörper 5 eigenes Teil ist. Die Brennraumwand 4 a weist eine wärmeisolierende Ausbildung oder Struktur auf, so daß eine Wärmeübertragung von der Brennraumwand 4 a auf den Kolbenkörper 5 im wesentlichen unterbunden ist. Bei dieser ersten Ausführungsform ist die Brenn raumwand 4 a mit dem Kolbenkörper 5 an ihrer Umfangsfläche 6 verbunden, die einen im Vergleich zur Fläche der Außenober fläche 9 der Brennraumwand 4 a kleinen Wärmeübergangsbereich hat. Eine Einspritzdüse 7 ist im Brennraum 4 vorgesehen, die auf die Innenoberfläche 8 der Brennraumwand 4 a Kraftstoff einspritzt. Der auf die Innenoberfläche 8 auftreffende Kraftstoff wird durch die Wärme der Innenoberfläche 8 verdampft, so daß ein brennbares Gasgemisch erzeugt wird, das durch eine Zünd kerze 60 entzündet wird.

Auf die Außenoberfläche 9 der Brennraumwand 4 a wird von einer Düsen einrichtung, z. B. einer Öldüse 10, die unterhalb des Kolbens 1 vorgesehen ist, ein Ölstrahl 11 gespritzt. Die Öldüse 10 steht über einen Ölkanal 12 mit einem im Zylinderblock 2 ausgestalteten Ölzufuhrkanal 13 in Verbindung. Der Ölkanal 12 ist mit einer Ventileinrichtung 14 zur Einstellung des Durchflußquerschnitts versehen, so daß die der Öldüse 10 zugeführte Ölmenge durch die Ventileinrichtung 14, die in diesem Fall ein Magnetventil umfaßt, gesteuert wird. Das Magnet ventil 14 enthält eine Nadel 15, die von einer Magnetspule 16 betätigt wird und den Durchflußquerschnitt im Ölkanal 12 verändert. Das Magnetventil 14 ist elektrisch an eine Ventilsteuervorrichtung in Form eines Rechengerätes 17 angeschlossen, das durch die Einstellung des Magnetventils 14 die der Öldüse 10 zugeführte Ölmenge steuert.

Das Rechengerät 17 empfängt als Eingangssignale zwei Be triebsparameter, nämlich die Drehzahl von einem Drehzahlfühler 18 und die Last von einem Lastfühler 19. Da die Last der Kraftstoffmenge, die in den Brennraum 4 ein gespritzt wird, proportional ist, kann der Lastfühler 19 ein Kraftstoff-Strömungsmengenfühler sein. Das Rechengerät 17 empfängt ferner als Eingangssignale die Öltemperatur von einem Öltemperaturfühler 20 und die Kühlwassertemperatur von einem Kühlwassertemperaturfühler 21. Diese Temperatursignale geben den jeweiligen Warmlauf- oder Betriebszustand der Brennkraftmaschine an. Bei Empfang der Eingangssignale bezüglich der Drehzahl und der Last berechnet das Rechengerät 17 auf der Grundlage einer gespeicherten Map (Abbildung) einen optimalen Durchflußquerschnitt für den Ölkanal 12, und das Aus gangssignal dieser Berechnung wird dem Magnetventil 14 zugeführt.

Als Daten zur Bestimmung der optimalen Werte für den Öldurch flußquerschnitt des Ölkanals 12 und die Öleinspritzmenge werden die in den Fig. 2 und 3 gezeigten Beziehungen verwendet.

Die Fig. 2 zeigt die Beziehung zwischen der Last und der Temperatur der Brennraumwand 4 a mit dem sich ändernden Betriebsparameter der Drehzahl in dem Fall, daß die Menge des Ölstrahls 11 in einer Brennkraftmaschine mit direkter Kraftstoffeinspritzung konstantgehalten wird. Die Fig. 2 zeigt eine obere Grenzlinie O₁ für die Brennraumwandtemperatur bei einem hohen Lastbereich, die unter dem Gesichtspunkt bestimmt wird, den maximalen Verbrennungsdruck Pmax unter einem bestimmten Pegel zu halten, um die Verbrennungs geräusche zu unterdrücken und eine Möglichkeit für eine Ver minderung des Gewichts der Brennkraftmaschine zu schaffen. Ferner ist in Fig. 2 auch eine untere Grenzlinie O₂ der Brennraumwandtemperatur für einen niedrigen Lastbereich gezeigt, die unter dem Gesichtspunkt der Aufrechterhaltung der Takt-für-Takt-Änderung in der Verbrennungsgeschwindigkeit innerhalb einer bestimmten Grenze bestimmt wird, um die Verbrennungsdauer zu verkürzen, so daß die Kraftstoffausnutzung verbessert und die HC- sowie Aldehydmengen im Abgas gemindert werden. Der Abstand zwischen den beiden Linien O₁ und O₂ bestimmt einen geeigneten Bereich für die Brennraumwandtemperatur, und die mittig zwischen den Linien O₁ sowie O₂ liegende Linie O₃ bezeichnet den optimalen Wert für die Temperatur der Brenn raumwand 4 a.

Die Fig. 3 zeigt ein Diagramm, das einer im Speicher des Rechengeräts gespeicherten Map entspricht. Die Map enthält Beziehungen zwischen der Last und dem Durchflußquerschnitt des Ölkanals 12 mit dem sich ändernden Betriebsparameter der Drehzahl, so daß die optimale, in Fig. 2 bestimmte Brennraumwandtemperatur erhalten werden kann. Die Map von Fig. 3 liefert somit den optimalen Durchflußquerschnitt des Ölkanals 12 entsprechend den Eingaben hinsichtlich der Drehzahlen und Lasten.

Die Fig. 4 zeigt einen Flußplan für die Steuerung bei der ersten Ausführungsform. Gemäß diesem Flußplan werden, wenn die Kühlwassertemperatur und/oder die Öltemperatur niedrig ist bzw. sind, d. h., wenn die Brennkraftmaschine nach dem Starten nicht genügend warmgelaufen ist, das Rechengerät 17 abgeschaltet und der Durchflußquerschnitt V des Ölkanals 12 auf etwa Null eingestellt. Wenn die Kühlwasser- und/oder Öltemperatur über einen bestimmten Wert ansteigen, d. h., daß die Brennkraftmaschine genügend warmgelaufen ist, dann wird das Rechengerät 17 angeschaltet, womit die Berechnung durch das Rechengerät 17 ausgelöst wird. Der optimale Wert für den Durch flußquerschnitt des Ölkanals 12 wird auf der Grundlage der Map entsprechend den Drehzahlsignalen vom Drehzahlfühler 18 und den Lastsignalen von entweder dem Lastfühler 19 oder den Kraftstoffeinspritzmengensignalen im Rechengerät 17 berechnet. Der Ausgang über den optimalen Durchflußquerschnitt des Ölkanals 12 wird als ein elektrisches Spannungs signal an das Magnetventil 14 gegeben.

Bei der in Fig. 5 gezeigten zweiten Ausführungsform wird die wärmeisolierende Struktur der Brennraum wand 30 a dadurch erreicht, daß die den Brennraum 30 begrenzende Brennraumwand 30 a aus einem wärmeisolierenden Material gefertigt wird. Da auf Grund der wärmeisolierenden Charakteristik die Brennraumwand 30 a auf einer vergleichsweise hohen Temperatur gehalten werden kann, kann Brennraumwand 30 a mit dem Kol benkörper 31 über eine relativ große Berührungsfläche verbunden werden. Der Ölstrahl 11 wird auf die Außenoberfläche der Brennraumwand 30 a gespritzt. Der übrige Aufbau entspricht demjenigen der ersten Ausführungsform, wobei gleiche Bezugszahlen wie dort verwendet werden, so daß eine nähere Erläuterung unterbleiben kann.

Die Fig. 6 zeigt eine dritte Ausführungsform wobei ein Verbindungselement 42 zwischen der Brennraumwand 40 a des Brennraumes 40 und dem Kolbenkörper 41 aus einem wärmeiso lierenden Material besteht. Der übrige Aufbau ist wieder dem jenigen der Fig. 1 gleich.

Bei der in Fig. 7 gezeigten vierten Ausführungsform sind wie bei der Ausführungsform von Fig. 1 ein Kolben 1, ein Zylinder bzw. Zylinderblock 2, eine Pleuel stange 3, ein Brennraum 4, eine Brennraumwand 4 a, ein Kolben körper 5, eine Umfangs- bzw. verbindungsfläche 6, eine Einspritzdüse 7, eine Innenoberfläche 8 der Brennraumwand 4 a, eine Außenober fläche 9 der Brennraumwand 4 a, eine Öldüse 10 und eine Zündkerze 60 vorhanden. Die Brennraumwand 4 a oder ein Verbindungselement zwischen der Brennraumwand 4 a und dem Kolbenkörper 5 kann aus wärme isolierendem Material gefertigt sein.

Bei dieser vierten Ausführungsform kommt zur Steuerung der Menge des Ölstrahls 50 jedoch kein Rechengerät zur Anwendung. Statt dessen ist in einem Ölkanal 52, der das Öl von einer Ölpumpe 51 der Öldüse 10 zuführt, eine Ventilsteuervorrichtung zur Steuerung der Menge des Ölstrahls 50 vorgesehen. Im Ölkanal 52 ist ein von einer Feder 53 in stromaufwärtiger Richtung belasteter Ventilkolben 54 angeordnet, der in der axialen Richtung verschiebbar und um seine Achse drehbar ist. Eine Umgehungsleitung 55 verbindet eine stromauf vom Ventilkolben 54 im Ölkanal 52 befindliche Öffnung mit einer im Ölkanal 52 im Bereich der Mitte des Ventilkolbens 54 befindlichen Öffnung. Der Ventilkolben 54 ist in seiner Ober- bzw. Außenfläche mit einer Ölkehle 56 versehen, die als Teil des Ölkanals 52 wirkt und die axiale Mitte des Ventilkolbens 54 mit dem von diesem stromab gelegenen Ölkanal verbindet. Der Durchflußquerschnitt der Ölkehle 56 verändert sich längs dieser, weshalb sich der mit der Umge hungsleitung 55 gemeinsame Durchflußquerschnitt bei Drehung des Ventilkolbens 54 um seine Achse ebenfalls ändert. Der Ventilkolben 54 ist über eine geeignete Verbindungseinrichtung mit einem Gaspedal 57 gekoppelt, so daß er sich bei einer Bewegung des Gaspedals 57 dreht.

Das von der Ölpumpe 51 zugeführte Öl drückt den Ventilkolben 54 stromab mit einem (durch den Pfeil 58 angedeuteten) Öldruck, der mit ansteigender Drehzahl größer wird, wobei der Ventilkolben 54 in eine Lage gelangt, in der der Öldruck 58 und die von der Feder 53 ausgeübte Kraft im Gleichgewicht sind. Durch diese Bewegung des Ventilkolbens 54 wird die Lagebeziehung zwischen der Umgehungsleitung 55 und der Ölkehle 56 verändert, was eine Änderung des gemeinsamen Durchflußquerschnitts der Ölkehle 56 mit der Umgehungsleitung 55 und eine entsprechende Änderung in der Menge des Ölstrahls 50 zum Ergebnis hat. Die Strömungsmenge für den Ölstrahl 50 in dem Fall, daß die Menge des eingespritzten Kraftstoffs gleich Null ist, wird auf der Grundlage der Ölstrahlmenge bei Drehzahlen, wenn die auf den Ventilkolben 54 wirkenden Kräfte ausgeglichen sind, bestimmt.

Der Ventilkolben 54 dreht in Abhängigkeit von der Bewegung des Gas pedals 57, d. h. vom Öffnungsgrad der Drosselklappe, wobei der Einlaßquerschnitt der an den Austritt des Umgehungskanals 55 angrenzenden Ölkehle 56 verändert wird. Das hat zum Ergebnis, daß die Strömungsmenge des an der Öldüse 10 austretenden Ölstrahls 50 auf den optimalen Wert entsprechend den Dreh zahlen und Lasten für eine geeignete, angemessene Kühlung des Brennraumes 4 eingestellt wird.

Es wird nun auf das Steuerungssystem für die Kraftstoffverdampfung einer mit Zündkerzenzündung arbeitenden Brennkraftmaschine (Ottomotor) der ersten bis dritten Ausführungsform eingegangen.

Zuerst erlauben die Signale vom Kühlwassertemperaturfühler 21 und/oder vom Öltemperaturfühler 20 eine Beurteilung des Warmlaufzustandes der Brennkraftmaschine. Ist die Brennkraftmaschine nicht genügend warm, d. h., wenn die Belastungen niedrig sind, so ist das Rechengerät 17 abgeschaltet und der Durchflußquerschnitt des Ölkanals 12 durch die Ventileinrichtung 14 auf nahezu Null vermindert. Bei einer geringen Strömungsmenge für den Ölstrahl kann auf Grund der geringen Wärmeübergangsfläche der Brennraumwand oder der wärmeisolierenden Struktur der Brennraumwand die Temperatur der Brennraumwand 4 a, 30 a oder 40 a vergleichsweise hoch gehalten werden. Deshalb bleibt die Takt-für-Takt-Änderung in der Verbrennungsgeschwindigkeit im niedrigen Lastbereich auf einem niedrigen Wert und wird eine Verzögerung in der Ver brennung verhindert, so daß die Kraftstoffausnutzung oder der Kraftstoffwirkungsgrad gesteigert und die Mengen an HC, Aldehyden sowie Rauch im Abgas vermindert werden.

Wenn die Brennkraftmaschine ausreichend warmgelaufen ist, d. h., wenn die Belastungen hoch sind, dann wird das Rechengerät in Betrieb genommen. Durch Berechnen des optimalen Strömungsquer schnitts für das Öl im Ölkanal 12 mit Hilfe des Rechengeräts 17 und Einstellen des Strömungsquerschnitts des Ölkanals 12 auf den berechneten optimalen Wert mit Hilfe der Ventileinrichtung 14 entsprechend den Betriebsparametern der Drehzahl und Last kann die Temperatur der Brennraumwand 4 a, 30 a oder 40 a vom Gesichtspunkt der Unterbindung eines übermäßigen Anstiegs in der Temperatur der Brennraumwand auf einem Optimum gehalten werden. Durch Halten der Temperatur der Brennraumwand unter einem bestimmten Wert wird auch der maximale Brennraumdruck unter einem bestimmten Wert gehalten. Das hat zum Ergebnis, daß die Verbrennungsgeräusche vermindert werden und auch das Gewicht der Brennkraftmaschine vermindert werden kann, indem die Wände dünn ausgebildet werden.

Die Fig. 8 zeigt Ergebnisse von Versuchen, die unter Verwendung des Steuerungssystems für die Kraft stoffverdampfung bei einer Otto-Brennkraftmaschine mit direkter Einspritzung ausgeführt wurden, und zwar liefen die Versuche bei einer konstanten Drehzahl von 2000 U/min bzw. min^-1 ab. In Fig. 8 bezeichnet G ein Äquivalenzverhältnis, d. h. das Verhältnis des theoretischen Luft-/Kraftstoffverhältnisses zum Luft-/ Kraftstoffverhältnis des zugeführten Gasgemischs. Das Verhältnis von G = 0,8 entspricht einer hohen, das Verhältnis von G = 0,4 einer niedrigen Last.

Wie aus Fig. 8 deutlich wird, wird die Temperatur der Brenn raumwand bei hoher Last (G = 0,8) unter einem bestimmten Wert, z. B. 180° C, gehalten, wenn die Menge des Ölstrahls mit Hilfe des Rechengeräts 17 und der Ventileinrichtung 14 oberhalb 40 g/s gehalten wird. Das hat zum Ergebnis, daß der maximale Verbrennungsdruck Pmax unterhalb eines bestimmten Druckwerts, z. B. etwa 58 bar, gehalten wird. Die Unterdrückung oder Herabsetzung des maximalen Zylinderdrucks verringert, wie Fig. 9 (b) zeigt, auf die noch näher eingegangen wird, die Verbrennungsgeräusche und läßt eine Verminderung im Gewicht zu, weil die Wände dünn gemacht werden können. Wie ebenfalls der Fig. 8 zu entnehmen ist, wird die Temperatur der Brennraumwand bei niedriger Last (G = 0,4) oberhalb einer bestimmten Temperatur von z. B. 180° C durch Einstellen der Menge des Ölstrahls auf unter 20 g/s mit Hilfe der Ventileinrichtung 14 gehalten. Als Ergebnis dessen wird die Takt-für-Takt-Änderung in der Verbrennungsgeschwindigkeit unter 3% gehalten. Die Unterdrückung der Takt-für-Takt-Änderung in der Verbrennungsgeschwindigkeit vermindert eine verzögerte Verbrennung, d. h., die Verbrennungsdauer kann kurz gehalten werden, so daß die Brennstoffausnutzung (der Wirkungsgrad) auf einem guten Wert gehalten werden kann. Die anderen Kennwerte in bezug auf z. B. die HC- und NOx-Menge sowie Rauch im Abgas schwanken kaum in Abhängigkeit von einer Änderung der Durchflußmenge bei niedriger Last, weshalb der Verminderung dieser Durchflußmenge im niedrigen Lastbereich die Kenndaten von HC-, Aldehyd- und Rauchmengen im Abgas nicht zum Opfer fallen. Der vom Rechengerät 17 berechnete optimale Querschnitt im Ölkanal 12 hält die Durchflußmenge oberhalb z. B. 40 g/s im hohen Lastbereich, und der von der Ventileinrichtung 14 eingestellte Strömungsquerschnitt des Ölkanals 12 hält die Durchflußmenge unter beispielsweise 20 g/s.

Die Fig. 9 (a) und 9 (b) zeigen jeweils die Zylinderdruck- Kennwerte und die Zylinderdruckpegel-Kennwerte im hohen Lastbereich (G = 0,8) entsprechend den Pmax-Kennwerten im Fall der hohen Last von Fig. 8. Die Druckpegelkennwerte in Fig. 9 (b) werden durch eine Frequenzanalyse der in Fig. 9 (a) gezeigten Zylinderdrücke erhalten. Der Frequenzbereich oberhalb 1 kHz in Fig. 9 (b) ist der vorzugsweise zu vermindernde Geräuschbereich. Bei den Versuchen wurde die Drehzahl mit 2000 U/min bzw. min^-1 festgesetzt. Der Kraftstoff wurde bei 26° der Kurbelwinkellage vom oberen Totpunkt eingespritzt, die Zündung wurde im oberen Totpunkt bewirkt. Wie den Fig. 9 (a) und 9 (b) zu entnehmen ist, verändern sich in Abhängigkeit von den Durchflußmengen die Kennwerte des Zylinderdrucks sowie des Verbrennungsgeräuschs, und durch Anwendung der optimalen Durchflußmenge, d. h. durch Einstellung der Durchflußmenge auf über 40 g/s, können der Verbrennungsdruck sowie das Verbrennungsgeräusch auf kleine Pegel herabgedrückt werden.

Die Fig. 10 (a) und 10 (b) zeigen die Zylinderdruck-Kennwerte und die Zylinderdruckpegel-Kennwerte entsprechend dem Ver brennungsdruck bei den Versuchen, bei denen die Last gemäß Fig. 8 niedrig (G = 0,4) war. Bei diesen Versuchen erfolgte die Kraftstoffeinspritzung bei 26° der Kurbelwinkellage vom oberen Totpunkt, während die Zündung bei 6° vom oberen Totpunkt bewirkt wurde. Wie den Fig. 10 (a) und 10 (b) zu entnehmen ist, können bei niedriger Last ein genügend kleiner Verbrennungsdruck und ein genügend niedriges Verbrennungsgeräusch selbst mit kleinen Ölstrahlmengen erlangt werden.

Bei der vierten Ausführungsform wird die Temperatur der Brennraumwand 4 a in nahezu derselben Weise wie bei der ersten bis dritten Ausführungsform gesteuert. Im niedrigen Lastbereich wird auf Grund der wärmeisolierenden Struktur der Brennraumwand 4 a deren Temperatur über einem bestimmten Wert gehalten. Im hohen Lastbereich wird die Menge des kühlenden Ölstrahls entsprechend den Drehzahlen und Lasten durch Bewegen und drehen des Ventilkolbens 54 eingestellt, so daß die Temperatur der Brennraumwand 4 a auf einem optimalen Wert gehalten wird. Auf diese Weise wird der maximale Verbrennungsdruck Pmax im hohen Lastbereich unter einem vorbestimmten Wert gehalten, so daß die Verbrennungsgeräusche niedrig bleiben und das Gewicht vermindert werden kann. Auch wird die Takt-für-Takt-Änderung in der Verbrennungsgeschwindigkeit klein gehalten, so daß die Verbrennungsdauer kurz und die Kraftstoffausnutzung hoch gehalten werden können.

Claims

1. Steuerungssystem für die Temperatur einer Brennraumwand eines Brennraums in einem Kolben einer Otto-Brennkraftmaschine zur Optimierung der Kraftstoff-Verdampfungsgeschwindigkeit,
mit einer Vorrichtung zur direkten Einspritzung von Kraftstoff in den Brennraum, wobei der auf die Innenoberfläche der Brennraumwand auftreffende Kraftstoff verdampft,
einer Düseneinrichtung, mittels der ein die Brennraumwand kühlender Ölstrahl auf deren Außenoberfläche gespritzt wird,
einem Ölkanal, über den der Düseneinrichtung Öl zugeführt wird,
einer Ventileinrichtung, die im Ölkanal stromauf der Düsen einrichtung angeordnet ist, und
einer Ventilsteuervorrichtung, die die Ventileinrichtung betriebsparameterabhängig steuert,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Brennraumwand (4 a; 30 a; 40 a) zur Verhinderung des Wärmeabflusses in den Kolbenkörper (5; 31; 41) eine wärmeisolierende Struktur aufweist und
daß der Durchflußquerschnitt der Ventileinrichtung (14; 54, 55, 56) mittels der Ventilsteuervorrichtung (17; 51, 57) in Abhängigkeit von der Drehzahl und/oder der Last und/oder der Öltemperatur und/oder der Kühlwassertemperatur der Brennkraftmaschine im wesentlichen stufenlos veränderbar ist.

2. Steuerungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilsteuervorrichtung ein Rechengerät (17) umfaßt, das in Abhängigkeit von wenigstens einem der Be triebsparameter der Brennkraftmaschine auf der Grundlage einer in einem Speicher des Rechengeräts (17) gespeicherten Map zur Erlangung einer optimalen Brennraumwandtemperatur einen optimalen Durchflußquerschnitt berechnet und an die Ventileinrichtung ein entsprechendes Signal zur Einstellung des berechneten optimalen Durchflußquerschnittes abgibt.

3. Steuerungssystem nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine Einrichtung, die das Rechengerät (17) in Betrieb setzt, wenn ein Kühlwasser- sowie ein Öltemperaturfühler (21, 20) einen hohen Wert für die Kühlwasser- sowie die Öl temperatur anzeigen, und außer Betrieb setzt, wenn die beiden Fühler (21, 20) einen niedrigen Wert für die Kühlwasser- sowie die Öltemperatur anzeigen, und eine Einrichtung, die bei einem niedrigen Wert der Kühlwasser- sowie der Öltemperatur den Durchflußquerschnitt der Ventileinrichtung auf annähernd Null einstellen.

4. Steuerungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennraumwand (4 a; 30 a; 40 a) mit dem Kolbenkörper (5; 31; 41) an einer Umfangsfläche (6) der Brennraumwand (4 a; 30 a; 40 a) verbunden ist, die eine im Vergleich zu der Fläche der Außenoberfläche der Brennraumwand (4 a; 30 a; 40 a), auf die der kühlende Ölstrahl auftrifft, kleine Wärmeübergangsfläche aufweist.

5. Steuerungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die wärmeisolierende Struktur ein die Brennraumwand (40 a) mit dem Kolbenkörper (41) verbindendes, aus einem wärmeisolierenden Material bestehendes Verbindungselement (42) umfaßt.

6. Steuerungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennraumwand (30 a) aus einem wärmeisolierenden Material besteht.

7. Steuerungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventileinrichtung ein Magnetventil (14) ist.

8. Steuerungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventileinrichtung
einen in dem Ölkanal (52) verschiebbar sowie drehbar angeordneten Ventilkolben (54), der durch die Kraft des auf seine stromaufseitige Stirnfläche drückenden Öls und durch die Kraft einer den Ventilkolben (54) stromaufwärts beaufschlagenden Feder (53) im Gleichgewicht gehalten und entsprechend dem sich mit der Drehzahl erhöhenden Öldruck (58) stromabwärts verlagert wird,
eine Umgehungsleitung (55), die eine erste, im Ölkanal (52) stromauf des Ventilkolbens (54) und eine zweite, im mittigen Bereich des Ventilkolbens (54) befindliche Öffnung im Ölkanal miteinander verbindet,
eine in der Außenoberfläche des Ventilkolbens (54) ausgebildete Ölkehle (56), die die zweite Öffnung der Umgehungsleitung (55) mit dem stromab vom Ventilkolben (54) befindlichen Teil des Ölkanals (52) verbindet, und
eine den Ventilkolben (54) an ein Gaspedal (57) koppelnde Verbindungseinrichtung aufweist, mittels der der Ventilkolben (54) in Übereinstimmung mit einer Bewegung des Gaspedals (57) drehbar ist.