DE3924025C2

DE3924025C2 -

Info

Publication number: DE3924025C2
Application number: DE3924025A
Authority: DE
Inventors: Koji Tokio/Toyko Jp Morikawa
Original assignee: Fuji Jukogyo KK
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 1988-07-21
Filing date: 1989-07-20
Publication date: 1991-04-04
Also published as: JPH0233439A; US4984540A; DE3924025A1; GB2221065A; GB8916559D0; GB2221065B

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Regelung der Kraftstoffeinspritzmenge für einen Zweitaktmotor mit Direkteinspritzung.

Es gibt verschiedene Methoden, um einem Zweitaktmotor Kraftstoff zuzuführen. Bei einer Methode, bei der Kraft stoff mit Luft vermischt und das Gemisch einem Zylinder des Motors zugeführt wird, entweicht beim Spülen ein Teil des Kraftstoffs aus dem Zylinder durch eine Auslaß-Steueröff nung. Um das Entweichen von Kraftstoff durch die Auslaß- Steueröffnung zu verhindern, wurde bereits ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem dem Zylinder nur Luft zugeführt und der Kraftstoff von einer Einspritzdüse direkt in den Zylin der eingespritzt wird. Bei einem solchen Motor mit Direkt einspritzung wird während des Spülvorgangs im Zylinder ein Teil der Spülluft durch die Auslaß-Steueröffnung zusammen mit verbranntem Gemisch abgeleitet. Infolgedessen unter scheidet sich das Kraftstoff-Luftverhältnis des Gemischs in einer Brennkammer von dem aus Abgasbestandteilen errechne ten Kraftstoff-Luftverhältnis. Es ist daher schwierig, das Kraftstoff-Luftverhältnis des Gemischs auf der Basis der Abgasbestandteile, die von einem im Abgassystem angeordne ten O₂-Sensor erfaßt werden, zu regeln.

Außerdem ist es notwendig, zur Verbesserung und Stabili sierung der Abgase des Zweitaktmotors das Kraftstoff-Luft verhältnis zu regeln. Mit einem offenen Regelkreis ist das Kraftstoff-Luftverhältnis jedoch nicht exakt regelbar, so daß bevorzugt eine Regelung mit Rückführung durchgeführt wird.

Die JP-OS 62-1 13 819 beschreibt einen Zweitaktmotor, bei dem eine erste und eine zweite Spülleitung vorgesehen sind. Die erste Spülleitung enthält eine erste Drosselklappe und eine Einspritzdüse. Die Kraftstoffmenge wird nach Maßgabe der Motordrehzahl und eines Signals von einem Luftdurch flußmesser errechnet. Der Motor arbeitet jedoch nicht mit Direkteinspritzung, sondern es wird aus der ersten und der zweiten Spülleitung Frischluft zum Spülen zugeführt, um ein Entweichen von Kraftstoff durch die Auslaß-Steueröffnung zu verhindern. Somit sind die Konstruktion und die Regelein richtung des Motors kompliziert. Da außerdem die Einspritz menge nach Maßgabe der Motorlast errechnet wird, wird das Kraftstoff-Luftverhältnis nicht geregelt.

Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung einer Ein spritzregeleinrichtung für einen Zweitaktmotor, wobei das Kraftstoff-Luftverhältnis mittels Rückführung regelbar ist, wodurch die Abgase und das Fahrverhalten eines von dem Motor angetriebenen Kraftfahrzeugs verbessert werden.

Beim Zweitaktmotor erfolgt das Spülen nur mit Frischluft. Zu diesem Zeitpunkt tritt ein Teil der Spülluft aus einer Auslaß-Steueröffnung aus. Dadurch wird das Kraftstoff-Luft verhältnis des Abgases groß. Bei der Erfindung ist zur Ab gasregelung ein Sensor in einer Abgasleitung angeordnet, der das Kraftstoff-Luftverhältnis des Abgases einschließ lich der Spülluft überwacht.

Die Einrichtung nach der Erfindung zur Regelung der Kraft stoffmenge für einen Zweitaktmotor mit wenigstens einem Zylinder, einer Spülöffnung, einer Auslaß-Steueröffnung, einer mit der Spülöffnung in Verbindung stehenden Einlaß leitung, einer mit der Auslaß-Steueröffnung in Verbindung stehenden Abgasleitung, einer Einspritzdüse zur Direktein spritzung von Kraftstoff in den Zylinder und einer in der Einlaßleitung angeordneten Spülpumpe zum Fördern von Luft zum Zylinder ist gekennzeichnet durch einen in der Abgas leitung angeordneten Sensor, der die Konzentration eines Abgasbestandteils mißt und ein Ist-Kraftstoff-Luftverhält nis liefert, durch Bereitstellungsmittel zur Bereitstellung eines Soll-Kraftstoff-Luftverhältnisses des einen Teil der von der Spülpumpe geförderten Spülluft enthaltenden Ab gases, durch einen Vergleicher, der das Ist-Kraftstoff- Luftverhältnis mit dem Soll-Kraftstoff-Luftverhältnis ver gleicht und ein Fehlersignal bildet, und durch eine Stell einheit, die aufgrund des Fehlersignals die Kraftstoffein spritzmenge für den Zylinder so verstellt, daß das Ist- Kraftstoff-Luftverhältnis an das Soll-Kraftstoff-Luftver hältnis angenähert wird.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung umfassen die Bereitstel lungsmittel ein Kennfeld, in dem eine Mehrzahl von Soll-Kraft stoff-Luftverhältnissen gespeichert und nach Maßgabe von Motorbetriebsbedingungen angeordnet ist, und Ableitungs mittel zur Ableitung eines Soll-Kraftstoff-Luftverhält nisses aus dem Kennfeld nach Maßgabe der Motorbetriebsbedingungen.

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Zweitakt motors nach der Erfindung;

Fig. 2 ein Blockdiagramm, das eine Regeleinrichtung nach der Erfindung zeigt;

Fig. 3 ein Kennfeld, das ein Soll-Kraftstoff-Luftverhält nis des Abgases zeigt; und

Fig. 4 ein Ablaufdiagramm, das den Betrieb der Ein richtung zeigt.

Nach Fig. 1 hat ein Zweitaktmotor 1 einen Zylinder 2, einen darin befindlichen Kolben 3, eine mit dem Kolben 3 verbun dene Pleuelstange 6 und eine in einem Kurbelgehäuse 4 an geordnete Kurbelwelle 5. An der Kurbelwelle 5 ist ein Ge gengewicht 7 montiert, um die Trägheit des im Zylinder 2 hin- und hergehenden Kolbens 3 zu vermindern.

In einer Wandung des Zylinders 2 sind eine Auslaß-Steuer öffnung 11 und eine Spülöffnung 16 unter einem Winkel von 90° zueinander bzw. einander gegenüberliegend ausgebildet. Die Öffnungen 11 und 16 werden zu vorbestimmten Zeitpunkten in bezug auf die Stellung des Kolbens 3 geöffnet.

Eine Einspritzdüse 10 und eine Zündkerze 9 sind am Oberende einer Brennkammer 8 des Zylinders 2 angeordnet. Die Ein spritzdüse 10 gehört zu dem Typ, bei dem eine vorbestimmte Kraftstoffmenge zusammen mit Luft mittels Druckluft in Form eines Kraftstoff-Luftgemischs eingespritzt wird. In einem Kraftstoffbehälter 23 befindlicher Kraftstoff wird der Einspritzdüse 10 durch eine Kraftstoffleitung mit einer Pumpe 22, einem Filter 21 und einem Druckregler 24, der den Kraftstoff ständig auf einem vorbestimmten niedrigen Kraft stoffdruck hält, zugeführt. Der Kraftstoff wird mit Luft vermischt, die der Einspritzdüse 10 von einem Verdichter 28 durch eine Luftleitung mit einem Speicher 27 und einem Druckregler 26 zugeführt wird.

Dem Motor 1 wird Luft durch einen Luftfilter 34, eine als Verstellpumpe ausgeführte Spülpumpe 33, einen Zwischenküh ler 32 zur Kühlung der Spülluft und eine Einlaßleitung 30 mit einer Spülkammer 31 zur Absorption von Spülluftdruck wellen beim Öffnen oder Schließen der Spülöffnung 16 zuge führt. Eine Bypassleitung 35 umgeht die Spülpumpe 33 und den Zwischenkühler 32. Die Bypassleitung 35 enthält ein Regel ventil 36. Abgase vom Motor 1 werden durch die Auslaß- Steueröffnung 11, eine Abgasleitung 12 mit einem Kataly sator 13, eine Abgaskammer 14 und einen Auspufftopf 15 abgeführt.

Die Spülpumpe 33 ist mit der Kurbelwelle 5 funktionsmäßig durch eine Übertragungsvorrichtung 37 verbunden, die aus einem Endlosriemen besteht, der über eine kurbelwellensei tige und eine pumpenseitige Riemenscheibe geführt ist. Die Spülpumpe 33 wird von der Kurbelwelle 5 durch die Übertra gungsvorrichtung 37 angetrieben, um einen Spüldruck zu erzeugen. Ein Gaspedal 40 ist mit dem Regelventil 36 funk tionsmäßig über eine Ventilbetätigungseinheit 41 verbunden. Der Öffnungsgrad des Regelventils 36 wird von der Ventil betätigungseinheit 41 so bestimmt, daß er dem Grad der Betätigung des Gaspedals 40 umgekehrt proportional ist. Ferner sind ein Motordrehzahlsensor 42 und ein Gaspedal betätigungsradsensor 43 vorgesehen, um Betriebsbedingun gen des Motors zu liefern. In der Abgasleitung 12 ist ein O₂-Sensor 44 mit einer linearen Charakteristik, z. B. ein Titandioxid-O₂-Sensor, vorgesehen und erfaßt das Kraft stoff-Luftverhältnis des Abgases, in dem ein Teil der Spül luft enthalten ist.

Ausgangssignale der Sensoren 42, 43 und 44 werden einer Steuereinheit 45 zugeführt, die ein Zündsignal, ein Luft einspritzsignal bzw. ein Kraftstoffeinspritzsignal an die Zündkerze 9 bzw. die Einspritzdüse 10 führt.

Nach Fig. 2 umfaßt die Steuereinheit 45 einen Kraftstoff einspritzmengen-Rechner 46, der die Kraftstoffeinspritzmenge in Abhängigkeit von Motorbetriebsbedingungen, und zwar der Motordrehzahl N und dem Gaspedalbetätigungsgrad Φ, er rechnet. Ein der errechneten Kraftstoffmenge entsprechendes Kraftstoffeinspritzsignal wird einem Treiber 47 zugeführt, der ein impulsförmiges Kraftstoffeinspritzsignal und ein impulsförmiges Lufteinspritzsignal zur Ansteuerung der Einspritzdüse 10 erzeugt. Fig. 3 zeigt ein Soll-Kraftstoff- Luftverhältnis-Kennfeld, in dem mehrere Soll-Kraftstoff-Luft verhältnisse Ad gespeichert und nach Maßgabe der Motordreh zahl N und des Gaspedalbetätigungsgrads Φ angeordnet sind.

Das Soll-Kraftstoff-Luftverhältnis wird für das Abgas ge liefert. Es wird daher unter Berücksichtigung der im Abgas enthaltenen Spülluftmenge bestimmt.

Ein Soll-Kraftstoff-Luftverhältnis-Ableitabschnitt 48 lei tet aus dem Kennfeld nach Maßgabe der Motordrehzahl N und des Gaspedalbetätigungsgrads Φ ein Soll-Kraftstoff-Luftver hältnis ab. Das Soll-Kraftstoff-Luftverhältnis Ad wird einem Kraftstoff-Luftverhältnis-Fehlerbestimmungsabschnitt 49 zugeführt.

Ein Signal S vom O₂-Sensor 44 wird einem Ist-Kraftstoff- Luftverhältnis-Erfassungsabschnitt 50 zugeführt, der das Ist- Kraftstoff-Luftverhältnis A des einen Teil der Spülluft enthaltenden Abgases liefert. Das Ist-Kraftstoff-Luftver hältnis A wird ebenfalls dem Kraftstoff-Luftverhältnis- Fehlerbestimmungsabschnitt 49 zugeführt. Dort wird das Ist-Kraftstoff-Luftverhältnis A mit dem Soll-Kraftstoff- Luftverhältnis Ad verglichen, um zu bestimmen, ob das Ge misch mager oder fett ist, und um ein Fehlersignal zu er zeugen. Das Fehlersignal wird einem Signalkorrigierab schnitt 51 zugeführt. Entsprechend dem Fehlersignal wird eine Korrekturgröße bestimmt und dem Treiber 47 zugeführt, wo das Kraftstoffeinspritzsignal vom Rechner 46 mit der Korrekturgröße am Treiber 47 korrigiert wird.

Nachstehend wird der Betrieb des Zweitaktmotors erläutert.

Die von der Spülpumpe 33 geförderte und am Zwischenkühler 32 gekühlte Luft wird durch die Bypassleitung 35 zur Einlaß seite der Spülpumpe 33 rückgeführt. Da der Öffnungsgrad R des Regelventils 36 umgekehrt proportional dem Betätigungs grad Φ des Gaspedals 40 bestimmt ist, wird bei geringem Betätigungsgrad Φ des Gaspedals das Regelventil 36 weit geöffnet. Infolgedessen wird eine große Luftmenge zur Ein laßseite der Spülpumpe 33 rückgeführt. Daher strömt eine kleine Luftmenge, die dem geringen Betätigungsgrad des Gas pedals entspricht, in den Zylinder 2 zur Spülung desselben ohne Pumpverlust. Mit zunehmendem Betätigungsgrad Φ erhöht sich die in den Zylinder 2 gedrückte Frischluftmenge unter Schließen des Regelventils 36.

Wenn der Kolben 3 eine Lage nahe dem unteren Totpunkt ent sprechend Fig. 1 erreicht, öffnet die Spülöffnung 16 ebenso wie die Auslaß-Steueröffnung 11, so daß Einlaßluft, deren Menge von der Stellung des Gaspedals 40 abhängt, von der Spülpumpe 33 durch den Zwischenkühler 32 und die Spülöff nung 16 in den Zylinder 2 gefördert wird. Infolgedessen werden im Zylinder 2 befindliche Verbrennungsgase ausge spült, so daß innerhalb kurzer Zeit frische Einlaßluft in den Zylinder gelangt. Während des Verdichtungshubs bewegt sich der Kolben 3 aufwärts und verschließt beide Öffnungen 11 und 16. Eine in der Einspritzdüse 10 entsprechend dem Einspritzimpuls von der Steuereinheit 45 befindliche Kraft stoffmenge wird durch die Druckluft, die nach Maßgabe des Luftsignalimpulses zugeführt wird, als Kraftstoff-Luftge misch eingespritzt. Das Gemisch wird in der Brennkammer mit der Spülluft verwirbelt und von der Zündkerze 9 unmittelbar vor dem oberen Totpunkt gezündet. Nach der Verbrennung geht der Kolben 3 im Arbeitshub abwärts. Infolgedessen wird die Auslaß-Steueröffnung 11 geöffnet, so daß noch unter hohem Druck stehendes Verbrennungsgas im Zylinder 2 entweicht. Der Kolben 3 geht weiter abwärts und kehrt dadurch zum bereits beschriebenen Saughub zurück, in dem der Zylinder 2 gespült wird.

Während des Betriebs ändert sich der Öffnungsgrad R des Regelventils 36 mit der Motorlast entsprechend der Betäti gung des Fahrpedals 40, wodurch die Spülluftmenge im Zylin der 2 geregelt wird. Ferner wird die Kraftstoffmenge aus der Einspritzdüse 10 in Abhängigkeit von den Motorbetriebs bedingungen, und zwar der Motordrehzahl N und dem Gaspedal- Betätigungsgrad Φ, geregelt. Dadurch wird das Kraftstoff- Luftverhältnis des Gemischs in der Brennkammer im wesent lichen konstant. Die Motorleistung wird durch Ändern der Menge des eingespritzten Gemischs, das ein konstantes Kraftstoff-Luftverhältnis hat, nach Maßgabe der Motorlast geregelt.

Die Betriebsweise der Einrichtung wird unter Bezugnahme auf das Flußdiagramm von Fig. 4 erläutert. In Schritt S 1 werden die Signale Φ, N und S von den Sensoren 43, 42 und 44 abgelesen. In Schritt S 2 werden Motorbetriebsbedingungen nach Maßgabe der Signale Φ und N bestimmt. In Schritt S 3 wird die Kraftstoffeinspritzmenge im Kraftstoffeinspritz mengen-Rechner 46 auf der Grundlage der Motorbetriebsbe dingungen errechnet. In Schritt S 4 wird aus dem Soll-Kraft stoff-Luftverhältnis-Kennfeld im Abschnitt 48 ein Soll-Kraft stoff-Luftverhältnis Ad abgeleitet. In Schritt S 5 wird im Ist-Kraftstoff-Luftverhältnis-Erfassungsabschnitt 50 ein Ist-Kraftstoff-Luftverhältnis A des einen Spülluftanteil enthaltenden Abgases nach Maßgabe des Signals S vom O₂- Sensor 44 gemessen. Das Ist-Kraftstoff-Luftverhältnis A und das Soll-Kraftstoff-Luftverhältnis Ad werden in Schritt S 6 im Kraftstoff-Luftverhältnis-Fehlerbestimmungsabschnitt 49 verglichen. Wenn das Kraftstoff-Luftverhältnis des im Zylinder verbrannten Gemischs einen vorbestimmten bevorzug ten Wert hat und somit das Ist-Kraftstoff-Luftverhältnis A gleich dem Soll-Kraftstoff-Luftverhältnis Ad ist (A = Ad), wird keine Korrektur durchgeführt, und das Programm springt zu Schritt S 1 zurück. Wenn das Ist-Kraftstoff-Luftverhält nis A sich vom Soll-Kraftstoff-Luftverhältnis Ad unter scheidet, geht das Programm zu Schritt S 7 weiter, in dem bestimmt wird, ob das Ist-Kraftstoff-Luftverhältnis A größer als das Soll-Kraftstoff-Luftverhältnis Ad ist (A < Ad). Bei A < Ad wird in Schritt S 8 bestimmt, daß das Kraftstoff- Luftgemisch mager ist. In Schritt S 9 wird vom Signalkorri gierabschnitt 51 ein Anreicherungs-Korrektursignal zur Erhöhung der Kraftstoffmenge erzeugt, so daß die Kraft stoffmenge für die Einspritzdüse 10 korrigiert und vom Treiber 47 erhöht wird. Wenn nicht A < Ad in Schritt S 7, so wird in Schritt S 10 bestimmt, daß das Kraftstoff-Luftge misch fett ist. In Schritt S 11 wird ein Abmagerungs-Korrek tursignal zur Verringerung der Kraftstoffmenge erzeugt. Infolgedessen wird das Kraftstoff-Luftverhältnis des Ge mischs durch Rückführung so geregelt, daß das Soll-Kraft stoff-Luftverhältnis Ad aufrechterhalten wird.

Gemäß der Erfindung wird das Abgas daraufhin überwacht, ob das Ist-Kraftstoff-Luftverhältnis des Abgases das Soll- Kraftstoff-Luftverhältnis über- oder unterschreitet, und aufgrund des Vergleichs wird das Kraftstoff-Luftverhältnis des Gemischs durch Rückführung geregelt. Damit wird das Gemisch in der Brennkammer im wesentlichen gleich dem Soll- Kraftstoff-Luftverhältnis eingeregelt, wodurch die Verbren nung stabilisiert und die Abgase sowie das Fahrverhalten des Fahrzeugs verbessert werden. Die Einrichtung regelt das Kraftstoff-Luftverhältnis hochgenau über einen langen Zeit raum durch die Regelung mit Rückführung.

Claims

1. Einrichtung zur Regelung der Kraftstoffmenge für einen Zweitaktmotor mit wenigstens einem Zylinder (2), einer Spülöffnung (16), einer Auslaß-Steueröffnung (11), einer mit der Spülöffnung (16) in Verbindung stehenden Einlaß leitung (30), einer mit der Auslaß-Steueröffnung (11) in Verbindung stehenden Abgasleitung (12), einer Einspritzdüse (10) zur Direkteinspritzung von Kraftstoff in den Zylinder und einer in der Einlaßleitung (30) angeordneten Spülpumpe (33) zum Fördern von Luft zum Zylinder (2), gekennzeichnet durch

- einen in der Abgasleitung (12) angeordneten Sensor (44), der die Konzentration eines Abgasbestandteils mißt und ein Ist-Kraftstoff-Luftverhältnis (A) liefert;
- Bereitstellungsmittel (48) zur Bereitstellung eines Soll- Kraftstoff-Luftverhältnisses (Ad) des einen Teil der von der Spülpumpe (33) geförderten Spülluft enthaltenden Abgases;
- einen Vergleicher (49), der das Ist-Kraftstoff-Luftver hältnis (A) mit dem Soll-Kraftstoff-Luftverhältnis (Ad) vergleicht und ein Fehlersignal bildet; und
- eine Stelleinheit (51), die aufgrund des Fehlersignals die Kraftstoffeinspritzmenge für den Zylinder so ver stellt, daß das Ist-Kraftstoff-Luftverhältnis (A) an das Soll-Kraftstoff-Luftverhältnis (Ad) angenähert wird.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bereitstellungsmittel umfassen:
ein Kennfeld, in dem eine Mehrzahl von Soll-Kraftstoff-Luft verhältnissen gespeichert und nach Maßgabe von Motorbe triebsbedingungen angeordnet ist, und
Ableitungsmittel (48) zur Ableitung eines Soll-Kraft stoff-Luftverhältnisses (Ad) aus dem Kennfeld nach Maßgabe der Motorbetriebsbedingungen.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Motorbetriebsbedingungen die Motordrehzahl (N) und der Betätigungsgrad (Φ) eines Fahrpedals (40) eines von dem Motor angetriebenen Fahrzeugs sind.