DE3911016A1 - Verfahren zum betreiben eines zweitakt-verbrennungsmotors - Google Patents
Verfahren zum betreiben eines zweitakt-verbrennungsmotorsInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Zweitakt-Ver
brennungsmotors mit einer elektronisch gesteuerten direkten Kraftstoffein
spritzung in den Zylinderkopf, wobei die Kraftstoffeinspritzung im Leerlauf und
im niedrigen Teillastbereich intermittierend erfolgt.
Für Zweitakt-Ottomotoren ist es bekannt, daß durch eine Gemischbildung
innerhalb des Zylinders, d. h. durch eine Kraftstoffeinspritzung nach dem
Schließen der Abgaskanäle, die Verbrauchswerte und die HC-Anteile im Abgas
wesentlich verbessert werden können. Durch eine solche Direkteinspritzung des
Kraftstoffes kann im lnnern des Zylinders eine Ladungsschichtung erreicht
werden, indem nämlich der Kraftstoff durch die Einspritzdüse in definierte
Bereiche des Zylinders eingespritzt wird und sich damit im Moment der Zündung
im Bereich der Zündkerze befindet. Es hat sich jedoch gezeigt, daß sich im
unteren Teillastbereich, im Schubbetrieb sowie im Leerlauf nach wie vor
Zündunregelmäßigkeiten einstellen, die wohl bei diesem Betrieb vom hohen
Altgasanteil im Zylinder herrühren. Als Ursache dafür wird angenommen, daß
der Kraftstoff wohl in den richtigen Bereich eingespritzt wird, daß er sich aber
bis zum Zeitpunkt der Zündung innerhalb der großen Altgasmenge nicht genügend
mit der im Teillast-, Schub- und Leerlaufbetrieb wegen der geschlossenen
Drosselklappe in verhältnismäßig geringen Mengen eingespülten Frischluft zu
einem zündfähigen Gemisch vermengt. Erst nach mehreren Gaswechselvorgängen
ist das Altgas so weit durch Frischluft verdrängt, daß der eingespritzte
Kraftstoff verbrennen kann.
In der DE-PS 9 13 835 wird dieses Phänomen des nicht mehr regelmäßigen
Zündens erläutert und angenommen, daß die Zylinder des Zweitakt-Ottomotors
mit einem zu mageren Gemisch gespeist werden und daraus die Zünd
schwierigkeiten entstehen. Zur Beseitigung dieser Schwierigkeiten wird vor
geschlagen, beim Übergang vom Vollastbetrieb auf Teillastbetrieb von einer
Steuerung mit abnehmendem Gasdruck bei konstanter Öffnungszeit der Ein
spritzventile auf eine Steuerung mit erhöhtem konstanten Gasdruck bei verrin
gerten Öffnungszeiten der Einspritzventile überzugehen. Dabei erfolgt die
Kraftstoffzufuhr zu den Zylindern intermittierend, und zwar nur bei jeder
zweiten Umdrehung. Durch diese intermittierende Kraftstoffeinbringung wird
wohl die Zündfähigkeit des Gemisches durch die zweifach wiederholte Frisch
lufteinspülung zwischen den Einspritzintervallen verbessert. Diese Verbesse
rungen durch den intermittierenden Betrieb werden nur durch einen ver
hältnismäßig großen Aufwand möglich, da nämlich zwei Steuerpumpen benötigt
werden, wovon eine mit einer Schrägkantensteuerung versehen ist. Die dar
gestellte Ausführung läßt nur ein Einspritzen bei jeder zweiten Umdrehung zu;
- es ist zu bezweifeln, daß damit bereits eine zuverlässige Zündung erreicht
werden kann.
Durch die Zeitschrift "Kraftfahrzeugtechnik", Berlin 35 (1985), Heft 7, Sei
ten 201-203, ist ebenfalls ein Zweitakt-Ottomotor bekannt mit im Teil
lastbetrieb intermittierender Einspritzung. Mit Hilfe einer Steuerelektronik wird
sowohl die Kraftstoffmenge als auch der Zeitpunkt ermittelt, zu dem diese
Kraftstoffmenge in den Zylinder eingespritzt wird. Dazu findet ein spezielles
Pumpen-Düsen-System Verwendung. Dadurch sollen Verbrauch und Abgaswerte
verbessert werden.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Zweitakt-Verbrennungs
motor zu schaffen, bei dem - insbesondere im Teillastbereich sowie im Leerlauf
und Schubbetrieb - gute Rundlaufeigenschaften und ein geringer Teillast
verbrauch gewährleistet sowie erhöhte Anforderungen an geringe Abgaswerte
sicher erreichbar sind.
Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Patentan
sprüchen.
Durch die Maßnahmen der Erfindung wird in vorteilhafter Weise erreicht, daß
durch das Öffnen der Drosselklappe über die im Leer- bzw. Teillastzustand
übliche Stellung hinaus eine größere Frischluftmenge eingespült wird, die das
Zünden von geringsten, im intermittierenden Betrieb eingespritzten Kraft
stoffmengen sicherstellt, wodurch eine magere Verbrennung mit einem einwand
freien Rundlauf gewährleistet wird, da die Zündbedingungen für eine erfolgte
Einspritzung schon nach relativ wenigen, einspritzlosen Umdrehungen sicher
gestellt sind. Da die Einspritzung bei gleichbleibendem Öffnungswinkel mit
konstantem Volumenstrom erfolgt, wird im Leerlaufbetrieb ein Wegdriften der
Drehzahl ausgeglichen, da einer Veränderung der Drehzahl automatisch eine
entgegengesetzte Veränderung des eingespritzten Kraftstoffvolumens zugeordnet
ist. Ferner werden Zündaussetzer aufgrund falscher Schichtung des Gemisches im
Zylinder sicher vermieden.
Es ist auch vorgesehen, daß die Drosselklappe im Leerlauf- bzw. Teillastzustand
ganz geöffnet wird, um eine Ladungsschichtung zu erreichen, die im Moment der
Zündung das zündfähige Gemisch in Kerzennähe bringt und je nach Lastzustand
mehr oder weniger Anteile der reinen Frischluft in kerzenfernen Bereichen hält.
Trotz der vollen Öffnung der Drosselklappe ist eine Drehzahlregelung im
Leerlaufbetrieb nicht erforderlich, da sich durch die Einspritzung des Kraft
stoffes mit konstantem Volumenstrom während eines gleichbleibenden Öffnungs
winkels ein Wegdriften der Drehzahl automatisch ausregelt.
Um jedoch auch im Unterlastbereich eine Leistungsregelung möglich zu machen,
ist ferner vorgesehen, daß zur Einstellung eines gewünschten Gemischver
hältnisses der Öffnungswinkel bzw. der Einspritzwinkel verändert wird.
Um die Einspritzung mit einem konstanten Volumenstrom in allen Betriebs
zuständen abzusichern, sieht das erfindungsgemäße Verfahren vor, daß der
Kraftstoff mit einem Druck von etwa 30 bar oder mehr direkt in den
Zylinderkopf eingespritzt wird. Durch diesen erhöhten Einspritzdruck wird die
Zerstäubung verbessert, und damit die Gemischbildung in kürzerer Zeit er
möglicht.
Vorzugsweise liegt die jeweilige Einspritzdauer in der Größenordnung von etwa
1 ms. Eine solche Steuerung läßt sich sehr genau verwirklichen, da genau
arbeitende Einspritzdüsen als Stand der Technik zur Verfügung stehen, und die
Verstellung der Öffnungswinkel mit Hilfe von auf der Kurbelwelle angeordneten
Winkelgebern leicht vorzunehmen ist.
Bei Mehrzylinder-Zweitaktmotoren kann die Kraftstoffeinspritzung für die
einzelnen Zylinder sequentiell und periodisch in gleichen Zeitabständen erfolgen,
so daß man alle Zylinder der Reihe nach abschaltet oder zünden lassen kann. Bei
einem Vierzylinder-Sternmotor mit einem Zylinderwinkel von 90° und einem
Zündabstand von 90° (Zylinderfolge 1, 2, 3, 4) kann man beispielsweise die
Einspritzreihenfolge entgegen der Zündfolge umlaufen lassen. Ausgehend von
dem Zylinder 1 wird also nach einer 3/4 Motorumdrehung nur in den Zylinder 4,
nach 1 1/2 Umdrehungen in den Zylinder 3, nach 2 1/4 Umdrehungen in den
Zylinder 2 und nach 3 Umdrehungen wieder in den Zylinder 1 eingespritzt.
Hierbei wird der Kraftstoff nur bei jeder dritten Umdrehung der Reihe nach in
einen der vier Zylinder eingespritzt. Dadurch ergibt sich eine regelmäßige
Zündfolge in gleichen Zeitabständen und ein gleichmäßiger Rundlauf.
Die Erfindung mit ihren Vorteilen und Merkmalen ergibt sich auch aus der
nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den
Ansprüchen und der Zeichnung. Es zeigen:
Fig. 1 ein Diagramm für eine normale und intermittierende Direktein
spritzung am Zweitaktmotor;
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Schaltung zur Durchführung des
Verfahrens gemäß der Erfindung.
Im Diagramm gemäß Fig. 1 sind im unteren Teil die bei jeder Umdrehung des
Motors bzw. bei den entsprechenden Drehwinkelstellungen (δ) erfolgenden
Zündvorgänge der Zündkerze veranschaulicht. Im oberen Teil des Diagramms sind
die Einspritzvorgänge angedeutet, wobei in der ersten Zeile die normale
Einspritzung vor jeder Zündung, d. h. bei jeder Motorumdrehung dargestellt ist.
In der zweiten und dritten Zeile des Diagramms sind periodisch unterbrochene
Einspritzvorgänge veranschaulicht. Bei dem in der zweiten Zeile dargestellten
Ablauf der Einspritzung erfolgt eine periodisch intermittierende Kraftstoff
einspritzung nur bei jeder zweiten Motorumdrehung. Bei dem in der dritten Zeile
veranschaulichten Beispiel erfolgt eine periodisch intermittierende Kraftstoff
einspritzung nur bei jeder dritten Motorumdrehung. In entsprechender Weise
könnte eine Kraftstoffeinspritzung nur bei jeder vierten, fünften usw. Motor
umdrehung erfolgen.
In der Darstellung gemäß Fig. 2 ist schematisch ein Zweitakt-Verbrennungs
motor 10 dargestellt. Die Zündkerze 11 zündet bei jeder Umdrehung des Motors.
Am Zylinderkopf ist eine Einspritzdüse 12 angebracht, welche den Kraftstoff
periodisch, und zwar in gleichen Zeitabständen intermittierend wahlweise bei
jeder einzelnen, jeder zweiten, jeder dritten, jeder vierten usw. Umdrehung in
den Zylinderraum einspritzt. Diese Einspritzung erfolgt knapp nach dem
Schließen des Einlaßkanals 13 und des Auslaßkanals 14, und zwar kurz bevor der
Kolben 15 den oberen Totpunkt erreicht sowie vor dem Zündzeitpunkt. In der
zum Einlaßkanal 13 verlaufenden Frischluftleitung ist ein Drosselorgan mit einer
Drosselklappe 18 vorgesehen. Dieses Drosselorgan steht mit einer elektronischen
Steuerung 20 in Verbindung, die mit einem Steuersignal beaufschlagt wird, das
zur Steuerung des Motors im Betrieb dient. Die elektronische Steuerung steht
mit einem Winkelgeber für die Leistungsregelung 21 in Verbindung, der
seinerseits auf ein Ventil 22 der Kraftstoffeinspritzung wirkt. Dieses Ventil 22
ist unmittelbar mit der Einspritzdüse 12 verbunden und führt der Einspritzdüse
den Kraftstoff in einem konstanten Volumenstrom unter hohem Druck, z. B. mit
einem Druck von 30 bar oder mehr zu.
Der Winkelgeber für die Leistungsregelung 21 umfaßt einen oder mehrere
Sensoren 25, die der Kurbelwelle 26 des Motors zugeordnet sind und pro
Umdrehung einen vorgegebenen Drehwinkel α erfassen. Während dieses Dreh
winkels wird das Ventil 22 angesteuert und für die Kraftstoffzufuhr zur
Einspritzdüse 12 geöffnet. Da der Kraftstoff mit einem konstanten Volumen
strom zugeführt wird, löst dies bei gleichbleibender Drehzahl während des
Drehwinkels α (nachfolgend als auch Öffnungswinkel α bezeichnet) die
Einspritzung einer gleichbleibenden Kraftstoffmenge aus. Wenn sich - ins
besondere beim Leerlauf oder beim Schubbetrieb - die Drehzahl ändert, d. h. die
Drehzahl wegdriftet, verändert sich auch die Zeit, während welcher der
Drehwinkel α durchlaufen wird, und zwar umgekehrt proportional zur Drehzahl.
Daraus ergibt sich eine Selbstregelung für die Drehzahl, indem nämlich bei einem
Ansteigen der Drehzahl die Menge des eingespritzten Kraftstoffes zurückgeht
bzw. sich bei einem Abfallen der Drehzahl die Zeitdauer der Kraftstoff
einspritzung verlängert und somit die Menge des mit konstantem Volumenstrom
eingespritzten Kraftstoffes zunimmt.
Um gemäß der Erfindung eine sichere Zündung mit einem möglichst mageren
Gemisch zu gewährleisten, wird gleichzeitig mit dem Übergang in den Leerlauf
bzw. Teillastbetrieb über die elektrische Steuerung 20 die Drosselklappe 18
geöffnet. Dies bewirkt eine reichliche Frischluftzufuhr während der inter
mittierenden Kraftstoffeinspritzung. Durch die größere eingespülte Frisch
luftmenge wird eine sichere Zündung gewährleistet. Es kann aber außerdem auch
häufiger in kleineren Mengen eingespritzt werden, was trotz der inter
mittierenden Einspritzung dazu führt, daß der Motor einen sehr glatten Rundlauf
erhält.
Zur Verringerung der Einspritzmenge ist deshalb vorgesehen, daß die Sen
soren 25, mit welchen der Drehwinkel bzw. Öffnungswinkel α abgetastet wird,
eine Winkelverstellung zulassen. Diese Winkelverstellung kann auch für eine
Leistungsregelung im Teillastbetrieb bei geöffneter Drosselklappe verwendet
werden. Durch das reichliche Angebot an Frischluft wird gewährleistet, daß sich
eine Ladungsschichtung einstellt, bei der sich immer ein zündfähiges Gemisch in
Kerzennähe zum Zeitpunkt der Zündung und je nach Lastzustand auch ein mehr
oder weniger großer Anteil reiner Luft im kerzenfernen Bereich ansammelt.
Durch diese Maßnahme wird auch im Leerlauf- bzw. Teillastzustand eine
Regelung des Lastzustandes durch die Einspritzmenge allein möglich, wobei
immer reichlich Frischluft vorhanden ist, um in dem Teillastbereich eine magere
Verbrennung sicherzustellen, woraus sich die besonders günstigen Abgaswerte und
Verbrauchswerte für einen nach dem Verfahren der Erfindung betriebenen
Zweitakt-Verbrennungsmotor ergeben.
Claims (7)
1. Verfahren zum Betreiben eines Zweitakt-Verbrennungsmotors mit einer elek
tronisch gesteuerten direkten Kraftstoffeinspritzung in den Zylinderkopf, wobei
die Kraftstoffeinspritzung im Leerlauf und niedrigen Teillastbereich inter
mittierend erfolgt,
dadurch gekennzeichnet,
- - daß die elektronische Steuerung für die intermittierende Betätigung der Einspritzdüse zusätzlich die Drosselklappe zur Einspülung einer größeren Frischluftmenge über den Leerlauf- bzw. Teillastzustand hinaus öffnet,
- - und daß der Kraftstoff intermittierend während eines gleichbleibenden Öffnungswinkels mit konstantem Volumenstrom eingespritzt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
- - daß die Drosselklappe im Leerlauf- bzw. Teillastzustand ganz geöffnet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
- - daß die Einspritzung des Kraftstoffes während eines gleichbleibenden Öff nungswinkels mit einem auf die Kurbelwellenstellung ansprechenden Winkel geber gesteuert wird.
4. Verfahren nach einem Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
- - daß zur Einstellung eines gewünschten, der Leistungsregelung dienenden Gemischverhältnisses der Öffnungswinkel geändert wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
- - daß der Einspritzdruck etwa 30 bar oder mehr beträgt.
6. Verfahren nach einem mehreren der vorausgehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
- - daß die elektronisch gesteuerte Kraftstoffeinspritzung mit einer jeweiligen Einspritzdauer in der Größenordnung von 1 ms erfolgt.
7. Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
- - daß bei einem Mehrzylinder-Motor die Kraftstoffeinspritzung für die einzel nen Zylinder sequentiell und periodisch in gleichen Zeitabständen erfolgt.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE3911016A DE3911016A1 (de) | 1988-04-06 | 1989-04-05 | Verfahren zum betreiben eines zweitakt-verbrennungsmotors |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE3811553 | 1988-04-06 | ||
DE3911016A DE3911016A1 (de) | 1988-04-06 | 1989-04-05 | Verfahren zum betreiben eines zweitakt-verbrennungsmotors |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3911016A1 true DE3911016A1 (de) | 1989-10-26 |
Family
ID=25866748
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE3911016A Withdrawn DE3911016A1 (de) | 1988-04-06 | 1989-04-05 | Verfahren zum betreiben eines zweitakt-verbrennungsmotors |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE3911016A1 (de) |
Cited By (5)
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-
1989
- 1989-04-05 DE DE3911016A patent/DE3911016A1/de not_active Withdrawn
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |