DE4110618C2 - Kraftstoffeinspritz-Steuersystem für eine Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein System zur Steuerung der Kraftstoffeinspritzung für eine Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung, wobei der Verbrennungsprozeß zwischen zwei Betriebsarten und auch die eingespritzte Kraftstoffmenge änderbar sind, insbesondere ein System zur gleichmäßigen Steuerung von Leistungscharakteristiken bei Änderung einer Verbrennungsbetriebsart.

Beim Direkteinspritzsystem für eine Brennkraftmaschine wird Hochdruckkraftstoff direkt in einen Zylinder der Maschine während eines Verdichtungshubs eingespritzt, und dann wird das Gemisch durch eine Zündkerze gezündet. Die Anmelderin hat bereits ein Einspritzsystem vorgeschlagen, bei dem die Kraftstoffeinspritzung so vorverstellt wird, daß eine homogene Ladung erreicht wird, und so verzögert wird, daß eine Schichtladung erreicht wird. Dieses System ist so ausgelegt, daß der Verbrennungsvorgang sich von einer Schichtladungsverbrennung zu einer homogenen Ladungsverbrennung an einem Punkt ändert, an dem sich das durch die beiden Verbrennungsarten erhaltene Maschinendrehmoment gleichmäßig ändert.

Umgebungsbedingungen wie etwa der Atmosphärendruck, die Temperatur und die Feuchtigkeit sind jedoch veränderlich, und Bauelemente des Einspritzsystems werden im Lauf der Zeit schlechter. Daher unterscheidet sich das Ist-Maschinendrehmoment von dem theoretisch erzielbaren Maschinendrehmoment, so daß sich das Maschinendrehmoment am Verbrennungsmodus-Änderungspunkt schrittweise ändert, wodurch ein gleichmäßiges Fahren beeinträchtigt wird.

Die JP-OS 60 36 719 beschreibt ein Kraftstoffeinspritzsystem, bei dem die Ansaugluftdichte erfaßt wird. Wenn die Ansaugluftdichte höher wird, wird der Punkt, an dem die Schichtladungsverbrennung zur homogenen Ladungsverbrennung geändert wird, zur Seite einer niedrigen Maschinenlast verschoben. Im Fall der Abnahme der Ansaugluftdichte wird dieser Punkt zur Seite einer hohen Maschinenlast verschoben. Bei dem System ist jedoch ein Saugluftdichtesensor erforderlich, und außerdem kann das System die durch die im Lauf der Zeit auftretende Verschlechterung auftretenden Probleme nicht lösen. Der Verbrennungs-Wirkungsgrad kann zwar verbessert werden, aber es kann keine gleichmäßige Maschinendrehmomentänderung erzielt werden, weil der Änderungspunkt des Verbrennungsprozesses durch die Steueroperation des Systems verschoben wird. Der Verbrennungsmodus-Änderungspunkt ist mit einem Punkt vorgegeben, an dem ein optimaler Verbrennungs-Wirkungsgrad erreichbar ist. Die Verschiebung des Verbrennungsmodus-Änderungspunkts wirkt sich somit nachteilig auf den Verbrennungs-Wirkungsgrad der Maschine aus.

Aufgabe der Erfindung ist daher die Bereitstellung eines Kraftstoffeinspritzsystems für eine Brennkraftmaschine, bei dem sich der Verbrennungsprozeß ändert, ohne zu einer plötzlichen Änderung des Maschinendrehmoments zu führen, und zwar ungeachtet einer Änderung des Maschinendrehmomentverlaufs aufgrund einer Änderung von verschiedenen Fahrbedingungen.

Das System gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Bereich der Schichtladungsverbrennung und dem Bereich der homogenen Ladungsverbrennung ein Kombinations-Verbrennungsbereich vorgesehen ist.

Gemäß der Erfindung wird ein System angegeben zur Steuerung der Kraftstoffeinspritzung für eine Brennkraftmaschine mit einem Zylinder, einem Einspritzer zur Direkteinspritzung von Kraftstoff in den Zylinder, mit Detektoren zur Erfassung von Maschinendrehzahl und Maschinenlast und zur Erzeugung eines Betriebszustandssignals, mit einer Einspritzmengen-Bestimmungseinrichtung, die aufgrund des Betriebszustandssignals eine Kraftstoffmenge bestimmt, mit einer Einspritzzeitpunkt-Bestimmungseinrichtung, die aufgrund des Betriebszustandssignals und der Kraftstoffmenge einen Kraftstoffeinspritzzeitpunkt bestimmt, und mit einer Treibereinrichtung zur Ansteuerung des Einspritzers derart, daß zum bestimmten Einspritzzeitpunkt die bestimmte Kraftstoffmenge eingespritzt wird.

Das System umfaßt eine Verbrennungsmodus-Bestimmungseinrichtung, die die festgelegte Einspritzmenge mit einem kleineren Bezugswert, der einer Schichtladung entspricht, und mit einem größeren Bezugswert, der einer homogenen Ladung entspricht, vergleicht und ein Kombinationssignal erzeugt, wenn die ermittelte Kraftstoffmenge zwischen dem kleineren und dem größeren Bezugswert liegt, wobei die Einspritzzeitpunkt-Bestimmungseinrichtung aufgrund des Maschinenbetriebszustandssignals den Einspritzzeitpunkt in einer späteren Verdichtungsperiode zur Erzeugung der Schichtladung bestimmt, wenn das Signal zwischen einer niedrigen und einer mittleren Maschinenlast liegt, und den Einspritzzeitpunkt in einer früheren Verdichtungsperiode zur Erzeugung der homogenen Ladung bestimmt, wenn das Signal eine hohe Motorlast bezeichnet, und eine Zweifach-Einspritzzeitpunkt-Bestimmungseinrichtung, die aufgrund des Kombinationssignals einen früheren bzw. ersten Einspritzzeitpunkt und einen späteren bzw. zweiten Einspritzzeitpunkt während der Verdichtung bestimmt, so daß der Kraftstoff zweimal eingespritzt wird, um eine Schichtladungsverbrennung und eine homogene Ladungsverbrennung zu erreichen.

Die Erfindung wird nachstehend auch hinsichtlich weiterer Merkmale und Vorteile anhand der Beschreibung von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Die Zeichnungen zeigen in

Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Zweitakt-Brennkraftmaschine nach der Erfindung;

Fig. 2 das Blockschaltbild einer Steuereinheit gemäß der Erfindung;

Fig. 3a ein Diagramm von Maschinendrehmomentverläufen;

Fig. 3b ein Diagramm, das Einspritzmengen einer ersten und einer zweiten Einspritzung bei der Kombinations-Verbrennung zeigt;

Fig. 4a bis 4c Diagramme, die den Einspritz- und den Zündzeitpunkt in jedem Verbrennungsmodus zeigen;

Fig. 5a bis 5e Erläuterungen des Vorgangs der Kombinations-Verbrennung;

Fig. 6 das Blockschaltbild eines zweiten Ausführungsbeispiels der Steuereinheit; und

Fig. 7 ein Diagramm, das die erste und die zweite Kraftstoffeinspritzung bei homogener Ladungsverbrennung im zweiten Ausführungsbeispiel zeigt.

Nach Fig. 1 umfaßt eine Zweitaktmaschine 1 für ein Kraftfahrzeug einen Zylinder 2, einen darin vorgesehenen Kolben 3 und eine mit dem Kolben 3 und einer in einem Kurbelgehäuse 4 befindlichen Kurbelwelle 5 verbundene Pleuelstange 6. Auf der Kurbelwelle 5 ist ein Gegengewicht 7 befestigt, um die Trägheit des im Zylinder 2 hin- und hergehenden Kolbens 3 auszugleichen.

In einer Wand des Zylinders 2 sind eine Auslaßöffnung 11 und drei Spülöffnungen 17 gebildet, wobei die Spülöffnungen 17 um jeweils 90° voneinander winkelbeabstandet sind und eine Spülöffnung der Auslaßöffnung 11 gegenüberliegt. Die Spülöffnungen 17 sind mit Zweigleitungen 18a eins Ansaugrohrs 18 verbunden. Die Öffnungen 11 und 17 öffnen zu einem vorbestimmten Zeipunkt in bezug auf die Lage des Kolbens 3.

Ein Einspritzer 10 und eine Zündkerze 9 sind an der Oberseite eines Brennraums 8 des Zylinders 2 angeordnet. Die Zündkerze 9 ist schräg angeordnet, so daß ihr Elektrodenabstand 9a direkt unter dem Einspritzer 10 liegt. Die Entfernung zwischen dem Einspritzer 10 und dem Elektrodenabstand 9a ist auf der Basis des Zustands des konusförmigen eingespritzten Kraftstoffs bestimmt, der im Niedrig- und Mittellastbereich der Maschine unmittelbar vor der Zündung eingespritzt wird. Wenn also die Entfernung zu kurz ist, wird der Kraftstoff ungenügend vergast. Wenn dagegen die Entfernung zu groß ist, wird der Kraftstoffstrahl zerstreut. Durch geeignete Justierung der Entfernung wird es möglich, eine Schichtladung zu erhalten, wobei der konische Kraftstoffstrahl an einem rückwärtigen Teil gezündet wird.

Außerdem ist der Einspritzer 10 im wesentlichen auf der vertikalen Mittenlinie des Zylinders 2 angeordnet. Daher wird eine große Kraftstoffmenge, die im Hochlastbereich der Maschine zu einem früheren Zeitpunkt eingespritzt wird, schnell verteilt unter Erzielung eines homogenen Luft-Kraftstoff-Gemischs. Eine Steuereinheit 50 steuert die eingespritzte Kraftstoffmenge, den Einspritz- und den Zündzeitpunkt.

Der Brennraum 8 kann vom zersetzten, vom Keil- oder vom Halbkugeltyp sein. Der Einspritzer 10 ist von einem Typ, bei dem eine vorbestimmte Kraftstoffmenge unter hohem Druck durch ein Einspritzsystem eingespritzt wird. In einem Kraftstoffbehälter 30 befindlicher Kraftstoff wird dem Einspritzer 10 durch eine Kraftstoffleitung 35 mit einem Filter 31, eine Pumpe 32 und einen Speicher 34 zur Regelung von Kraftstoffdruckschwankungen zugeführt. Der Kraftstoff strömt durch eine Rücklaufleitung 36 mit einem Druckregler 33 zum Behälter 30 zurück. Dem Druckregler 33 wird ein Signal von der Steuereinheit 50 für die Druckregelung zugeführt, denn im Niedriglastbereit der Maschine, in dem die in den Zylinder 2 zu ladende Luftmenge klein ist, wird der Kraftstoff mit niedrigem Druck eingespritzt. Der Kraftstoffdruck steigt mit zunehmender Luftmenge bei steigender Maschinenlast.

Der Maschine 1 wird Luft durch einen Luftfilter 19 und die Ansaugleitung 18 zugeführt, die eine Drosselklappe 20 und eine Spülpumpe 21 aufweist. Abgase der Maschine 1 werden durch die Auslaßöffnung 11 und ein Auspuffrohr 12 mit einem Katalysator 13 und einem Auspufftopf 14 abgeleitet.

Die Spülpumpe 21 ist mit der Kurbelwelle 5 betriebsmäßig durch eine Übertragungseinrichtung 22 verbunden, die einen über eine Kurbelscheibe und eine Pumpenscheibe laufenden Endlosriemen aufweist. Die Spülpumpe 21 wird von der Kurbelwelle 5 durch die Übertragungseinrichtung 22 angetrieben und erzeugt einen Spüldruck. Die Drosselklappe 20 öffnet den Durchtritt durch das Ansaugrohr 18 auch dann geringfügig, wenn ein mit der Drosselklappe 20 betriebsmäßig gekoppeltes Fahrpedal losgelassen ist, so daß die Spülpumpe 21 Luft ansaugen kann.

Wenn das Fahrpedal gedrückt wird, wird die Drosselklappe 20 entsprechend geöffnet, wodurch die angesaugte Luftmenge geregelt wird. Daher wird dem Zylinder 2 nur durch die Ansaugluft erzeugter Spüldruck zum Spülen zugeführt, wodurch der Ladungs-Wirkungsgrad erhöht wird.

Ein Auslaßdrehschieber 15 ist im Auspuffrohr 12 nach der angrenzenden Auslaßöffnung 11 angeordnet. Der Auslaßdrehschieber 15 ist mit der Kurbelwelle 5 betriebsmäßig durch eine Übertragungseinrichtung 16 gekoppelt, die einen über eine Kurbelscheibe und eine Schieberscheibe laufenden Endlosriemen aufweist, so daß sie von der Maschine angetrieben wird. Der Auslaßdrehschieber 15 ist so ausgelegt, daß sich seine Absperrphase entsprechend der Lage des Kolbens 3 ändert. Wenn der Kolben 3 während der Verdichtung nach oben geht, wird die Auslaßöffnung 11 von dem Auslaßschieber 15 in einem frühen Stadium geschlossen. Es ist somit möglich, den Einspritzzeitpunkt vorzuverlegen, so daß im Hochlastbereich der Maschine der Kraftstoff ausreichend mit Luft vermischt wird.

Gemäß Fig. 2 hat das Steuersystem einen Kurbelwinkelsensor 40, einen Zylindererkennungssensor 41 und einen Fahrpedal-Betätigungsradsensor 42, deren Ausgangssignale der Steuereinheit 50 zugeführt werden. Die Steuereinheit 50 hat einen Maschinendrehzahlrechner 51, dem ein Kurbelwinkel R vom Kurbelwinkelsensor 40 zur Berechnung einer Maschinendrehzahl Ne auf der Basis des Zeitintervalls zwischen Kurbelwinkelimpulsen zugeführt wird; der Kurbelwinkel R und das Ausgangssignal des Zylindererkennungssensors 41 werden einem Kurbelwinkeldetektor 52 zugeführt. Der Kurbelwinkeldetektor 52 detektiert eine vorbestimmte Standard-Kurbelwinkellage vor dem oberen Totpunkt bzw. OT jedes Zylinders.

Die Maschinendrehzahl Ne und ein Fahrpedalbetätigungsgrad Φ vom Fahrpedal-Betätigungsgradsensor 42 werden einem Einspritzimpulsdauerrechner 53 zugeführt. Dieser liest eine Einspritzmenge Gf aus einer Nachschlagetabelle entsprechend den Maschinenbetriebsbedingungen aus und berechnet eine Einspritzimpulsdauer Ti in Abhängigkeit von

Ti = K · Gf + Ts

wobei K ein auf einem Kraftstoffdruck basierender Koeffizient und Ts ein Spannungskorrekturwert ist. Die Maschinendrehzahl Ne und die Einspritzmenge Gf werden einem Verbrennungsmodus-Bestimmungsteil 56 zugeführt, der einen von drei Verbrennungsmodi bestimmt, und zwar die Schichtladungsverbrennung, die homogene Ladungsverbrennung und die Kombinations-Verbrennung.

Fig. 3a zeigt einen Drehmomentverlauf TL der Schichtladungsverbrennung, die im Niedrig- und Mittellastbereich der Maschine durchgeführt wird, und einen Drehmomentverlauf TH der im Hochlastbereich der Maschine durchgeführten homogenen Ladungsverbrennung. Die Kombinations-Verbrennung wird in einem einen Punkt P0, in dem die Drehmomentverläufe TL und TH einander schneiden, einschließenden Bereich durchgeführt. Dabei liegt der Kombinations-Verbrennungsbereich zwischen einem Punkt P1 und einem Punkt P2. Der Punkt P1 ist der Schnittpunkt des Drehmomentverlaufs TL und eines Drehmomentverlaufs TM der Kombinations-Verbrennung, und P2 ist der Schnittpunkt der Drehmomentverläufe TM und TH. Wenn daher die Einspritzmenge Gf kleiner als eine dem Punkt P1 entsprechende Bezugsmenge Gf1 ist (Gf<Gf1), wird die Schichtladungsverbrennung festgelegt. Wenn andererseits die Menge Gf größer als eine dem Punkt P2 entsprechende Bezugsmenge Gf2 ist (Gf≧Gf2), wird die homogene Ladungsverbrennung festgelegt. Bei Gf1≦Gf<Gf2 wird die Kombinations-Verbrennung festgelegt.

Das Ausgangssignal des Verbrennungsmodus-Bestimmungsteils 56 wird einem Einspritzzeitpunktgeber 54 zugeführt, dem außerdem die Maschinendrehzahl Ne und die Einspritzmenge Gf zugeführt werden. Der Einspritzzeitpunktgeber 54 enthält eine Nachschlagetabelle mit einer Vielzahl von Einspritzzeitpunkten RiE für die Schichtladungsverbrennung und eine Nachschlagetabelle mit einer Vielzahl von Einspritzzeitpunkten RiS für die homogene Ladungsverbrennung, die jeweils nach Maßgabe der Maschinendrehzahl Ne und der Einspritzmenge Gf geordnet sind. Die Zeitpunkte RiE sind verzögert, um die Schichtladungsverbrennung durchzuführen. Die Einspritzung muß jedoch so enden, daß eine Zeitdauer erhalten wird, in der der eingespritzte Kraftstoff vergast wird, bevor die Zündung erfolgt. Dagegen sind die Zeitpunkte RiS für die homogene Ladungsverbrennung so vorverstellt, daß die Einspritzung beginnt, sobald das Auslaßventil schließt. Das Ausgangssignal des Verbrennungsmodus-Bestimmungsteils 56, die Maschinendrehzahl Ne und die Einspritzmenge Gf werden ferner einem Zündzeitpunktgeber 55 zugeführt. Dieser enthält Zündzeitpunkt-Nachschlagetabellen für die Schichtladungsverbrennung und die homogene Ladungsverbrennung, die jeweils eine Vielzahl von Zündzeitpunkten Rg enthalten, die entsprechend der Maschinendrehzahl Ne und der Einspritzmenge Gf geordnet sind. Der Zündzeitpunktgeber 55 ruft den Zündzeitpunkt Rg aus der Nachschlagetabelle nach Maßgabe der Maschinenlast ab.

Die vom Einspritzimpulsdauerrechner 53 berechnete Einspritzimpulsdauer Ti und der Zündzeitpunkt RiE oder RiS werden einem Einspritzzeitpunktvorgeber 57 zugeführt. Dieser erzeugt ein der Einspritzimpulsdauer Ti und dem Einspritzzeitpunkt RiE oder RiS entsprechendes Kraftstoffeinspritzsignal. Dieses wird dem Einspritzer 10 über einen Treiber 58 in Abhängigkeit von der Standard-Kurbelwinkellage vom Kurbelwinkeldetektor 52 zugeführt.

Der vom Zündzeitpunktgeber 55 gelieferte Zündzeitpunkt Rg wird einem Zündzeitpunktvorgeber 59 zugeführt, der der Zündkerze 9 durch den Treiber 60 ein Zündsignal entsprechend dem Zündzeitpunkt Rg auf der Basis der Standard-Kurbelwinkellage und eines Schließwinkels zuführt.

Bei der Kombinations-Verbrennung wird Kraftstoff während jedes Verdichtungshubs wenigstens zweimal eingespritzt. Die Kraftstoffmenge bei der ersten Einspritzung wird erhöht, und die Kraftstoffmenge für die zweite Einspritzung wird verringert, während die Maschinenlast ansteigt. Insbesondere werden dabei die Maschinendrehzahl Ne, die Einspritzmenge Gf und die Einspritzimpulsdauer Ti einem Zweifach-Einspritzimpulsdauergeber 61 zugeführt, in dem die Impulsdauer Ti in eine erste Einspritzimpulsdauer Ti1 und eine zweite Einspritzimpulsdauer Ti2 aufgeteilt wird. Wie Fig. 3b zeigt, ist an einem der Einspritzmenge Gf1 entsprechenden Punkt P1 eine erste Einspritzimpulsdauer Ti_1m mit einer mindesterforderlichen Menge vorgegeben, die eine magere Verbrennung bei homogener Ladung ermöglicht. Eine zweite Einspritzimpulsdauer Ti_2m am Punkt P2 entsprechend der Einspritzmenge Gf2 ist eine für die Schichtladungsverbrennung mindesterforderliche Menge. Die Maschinendrehzahl Ne, die Einspritzmenge Gf, ein Kombinations-Verbrennungssignal vom Verbrennungsmodus-Bestimmungsteil 56 und die erste und zweite Einspritzimpulsdauer Ti1 und Ti2 werden einem Zweifach-Einspritzzeitpunktgeber 62 zugeführt. Dieser bestimmt einen ersten Einspritzzeitpunkt Ri1 mit der ersten Einspritzimpulsdauer Ti1 nach Maßgabe des Einspritzbeginnzeitpunkts RiS für die homogene Ladungsverbrennung. Ein zweiter Einspritzzeitpunkt Ri2 für die zweite Einspritzimpulsdauer Ti2 wird ebenfalls in Abhängigkeit vom Einspritzbeendigungszeitpunkt RiE für die Schichtladungsverbrennung bestimmt. Die Einspritzzeitpunkte Ri1 und Ri2 werden dem Einspritzzeitpunktvorgeber 57 zugeführt. Der Zündzeitpunktgeber 55 enthält eine exklusive Nachschlagetabelle mit einer Vielzahl von Zündzeitpunkten Rg für die Kombinations-Verbrennung.

Nachstehend wird der Betrieb der Zweitaktmaschine beschrieben. Im Betrieb der Maschine 1 erreicht der Kolben 3 eine Lage nahe dem unteren Totpunkt bzw. UT, wie Fig. 1 zeigt, so daß die Spülöffnungen 17 ebeso wie die Auslaßöffnung 11 geöffnet werden. Die Ansaugluft, deren Menge vom durch das Fahrpedal bestimmten Öffnungsgrad der Drosselklappe 20 abhängt, wird von der Spülpumpe 21 durch die Spülöffnungen 17 in den Zylinder 2 gefördert. Infolgedessen werden im Zylinder 2 vorhandene Verbrennungsgase durch vertikal verwirbelte Luft hinausgeschoben, so daß frische Ansaugluft mit hohem Ladungs-Wirkungsgrad in den Zylinder gedrückt wird. Während des Verdichtungshubs geht der Kolben 3 vom UT aufwärts und schließt die Spülöffnungen 17. Gleichzeitig wird die Auslaßöffnung 11 durch den Drehschieber 15 geschlossen. Der Kraftstoff wird vom Einspritzer 10 nach Maßgabe des Einspritzimpulssignals der Steuereinheit 50 mit hohem Druck eingespritzt unter Bildung eines brennbaren Gemischs im Zylinder 2, ohne daß der Kraftstoff durch die Auslaßöffnung 11 entweicht. Der Kraftstoffdruck wird vom Kraftstoffdruckregler 33 nach Maßgabe des Signals der Steuereinheit 50 geregelt. Das Gemisch wird im Brennraum mit der Spülluft verwirbelt und von der Zündkerze 9 unmittelbar vor dem OT gezündet. Nach der Explosion geht der Kolben 3 nach unten. Infolgedessen wird die Auslaßöffnung 11 geöffnet, so daß im Zylinder 2 vorhandene Hochdruck-Verbrennungsgase entweichen. Der Kolben 3 geht weiter nach unten und kehrt dadurch zum vorher beschriebenen Ansaughub zurück, in dem der Zylinder 2 gespült wird.

In der Steuereinheit 50 berechnet dabei der Einspritzimpulsdauerrechner 53 die Einspritzimpulsdauer Ti auf der Basis der Einspritzmenge Gf, die entsprechend der Maschinendrehzahl Ne und dem Fahrpedalbetätigungsgrad o abgeleitet wurde. Der Verbrennungsmodus-Bestimmungsteil 56 bestimmt den Verbrennungsmodus nach Maßgabe der Einspritzmenge Gf unter Bildung des Einspritzzeitpunkts und des Zündzeitpunkts durch den Einspritzzeitpunktgeber 54 und den Zündzeitpunktgeber 55.

Im Niedrig- und Mittellastbereich der Maschine wird im Einspritzzeitpunktgeber 54 die Nachschlagetabelle für die Schichtladungsverbrennung ausgewählt, so daß der Kraftstoff mit der Einspritzimpulsdauer Ti und zum Zeitpunkt RiE, der nahe dem Zündzeitpunkt Rg in der Nähe des OT liegt, eingespritzt wird. Wie Fig. 4a zeigt, wird daher eine relativ kleine Kraftstoffmenge in Richtung des Elektrodenabstands 9a der Zündkerze 9 während einer späteren Verdichtungsperiode eingespritzt. Unmittelbar nach der Einspritzung wird der Zündkerze 9 das Zündsignal zugeführt. Infolgedessen wird der konusförmige Kraftstoffstrahl an einem rückwärtigen Teil gezündet, bevor der Kraftstoff verteilt ist, wodurch die Schichtladungsverbrennung erreicht wird. Obwohl also die Kraftstoffmenge gegenüber der Ansaugluftmenge klein ist, wird der fette Teil des Luft-Kraftstoff-Gemischs ordnungsgemäß verbrannt unter Erhalt einer stabilen Verbrennung.

Mit zunehmender Maschinenlast wird die Einspritzmenge Gf erhöht, so daß die Kombinations-Verbrennung im Verbrennungsmodus-Bestimmungsteil 56 bestimmt wird. Die der Impulsdauer Ti entsprechende erste und zweite Einspritzimpulsdauer Ti1 und Ti2 werden im Einspritzimpulsdauergeber 61 bestimmt. Die jeweiligen Einspritzzeitpunkte Ri1 und Ri2 in der ersten und der zweiten Verdichtungsperiode werden im Zweifach-Einspritzzeitpunktgeber 62 bestimmt, so daß der Kraftstoff zweimal eingespritzt wird, wie Fig. 4b zeigt. Dabei wird, wie Fig. 5a zeigt, eine die magere Verbrennung mit homogenem Gemisch ermöglichende mindesterforderliche Kraftstoffmenge F1 zu Beginn der Verdichtung eingespritzt. Nach Beendigung der ersten Einspritzung (Fig. 5b) wird der Kraftstoff verteilt, während der Kolben 3 nach oben geht, wodurch ein homogenes Luft-Kraftstoff-Gemisch A (Fig. 5c) erhalten wird. Wenn der Kolben 3 weiter nach oben geht, wird eine kleine Kraftstoffmenge F2 in das Luft-Kraftstoff-Gemisch A eingespritzt, wie Fig. 5d zeigt. Unmittelbar danach wird der vergaste Kraftstoff F2 von der Zündkerze 9 gezündet, wie Fig. 5e zeigt. Daher wird das homogene Luft-Kraftstoff-Gemisch A, das die Kraftstoffmenge F1 der ersten Einspritzung enthält, homogen verbrannt, wobei die Kraftstoffmenge F2 der zweiten Einspritzung als Entflammungshilfe dient. Mit zunehmender Maschinenlast wird die Kraftstoffmenge der ersten Einspritzung erhöht und die Kraftstoffmenge der zweiten Einspritzung verringert. Daher wird die zweite Menge schließlich auf eine für die Schichtladungsverbrennung mindesterforderliche Menge reduziert.

Im Hochlastbereich der Maschine wird die Einspritzmenge Gf so erhöht, daß die homogene Ladungsverbrennung bestimmt wird. Die Einspritzzeitpunkt-Nachschlagetabelle für die homogene Ladungsverbrennung wird im Einspritzzeitpunktgeber 54 ausgewählt zur Ableitung des Einspritzzeitpunkts RiS. Der Zündzeitpunkt Rg wird in gleicher Weise aus der Tabelle im Zündzeitpunktgeber 55 ausgewählt. Nach Fig. 4c wird daher eine große Kraftstoffmenge aus dem Einspritzer 10 in den Zylinder 2 eingespritzt, sobald der Schieber 15 die Auslaßöffnung 11 schließt. Der Kraftstoff wird während der Verdichtung ausreichend mit Ansaugluft vermischt, so daß bei Zündung der Zündkerze 9 der Kraftstoff homogen verbrannt wird. Daher wird durch die starke Luftmischungswirkung das Maschinendrehmoment erhöht.

Das Maschinendrehmoment entsprechend dem Drehmomentverlauf TL während der Schichtladungsverbrennung wird infolgedessen gleichmäßig über den Verlauf TM der Kombinations-Verbrennung bis zum Verlauf TH der homogenen Ladungsverbrennung erhöht. Wenn sich das durch die Schichtladung und die homogene Ladung erhaltene Ist-Drehmoment mit der Höhe oder im Lauf der Zeit ändert, wird das Drehmoment durch die Kombinations-Verbrennung trotzdem gleichmäßig erhöht.

Bei Abnahme der Maschinenlast wird der Verbrennungsmodus von homogener Ladungsverbrennung zur Schichtladungsverbrennung geändert.

Die Erfindung kann so modifiziert werden, daß der Kraftstoff bei homogener Ladungsverbrennung zweimal eingespritzt wird, um die Zündeigenschaften zu verbessern. Nach Fig. 5 hat die Steuereinheit 50a des zweiten Ausführungsbeispiels einen Verbrennungsmodus-Bestimmungsteil 56a und einen Zweiteinspritzsteuerteil 64 anstelle des Verbrennungsmodus-Bestimmungsteils 56, des Zweifach-Einspritzimpulsdauergebers 61 und des Zweifach-Einspritzzeitpunktgebers 62 der Steuereinheit 50 von Fig. 2. Im übrigen ist die Steuereinheit wie das erste Ausführungsbeispiel aufgebaut.

Der Verbrennungsmodus-Bestimmungsteil 56a vergleicht die im Einspritzimpulsdauerrechner 53 gebildete Einspritzmenge Gf mit einer Bezugsmenge Gf0. Im Niedrig- und Mittellastbereich der Maschine, wobei die Einspritzmenge Gf kleiner als die Bezugsmenge Gf0 ist (Gf<Gf0), wird die Schichtladungsverbrennung festgelegt. Im Hochlastbereich der Maschine, in dem die Einspritzmenge Gf größer als die Bezugsmenge ist (Gf≧Gf0), wird die homogene Ladungsverbrennung festgelegt.

Wenn die homogene Ladungsverbrennung gewählt wird, bestimmt der Einspritzzeitpunktgeber 54 den Beginn RiS der ersten Einspritzung, deren Impulsdauer Ti im Rechner 53 berechnet wird. Der Zündzeitpunktgeber 55 bestimmt den Zündzeitpunkt Rg der Ersteinspritzung.

Der Zündzeitpunkt Rg und das Ausgangssignal des Verbrennungsmodus-Bestimmungsteils 56a werden dem Zweiteinspritzsteuerteil 64 zugeführt, der während der homogenen Ladungsverbrennung dem Einspritzzeitpunktvorgeber 57 eine Zweiteinspritzimpulsdauer Tim und ein Zweiteinspritzende Rim zuführt. Die Einspritzimpulsdauer Tim entspricht einer vorbestimmten Mindestmenge, die für die Schichtladung notwendig ist, ohne das Luft-Kraftstoff-Gemisch um den Elektrodenabstand 9a der Zündkerze 9 herum im Vollastbetrieb zu fett zu machen. Das Einspritzende Rim ist unmittelbar vor dem Zündzeitpunkt Rg so vorgegeben, daß ausreichend Zeit verfügbar ist, um den Kraftstoff der Zweiteinspritzung ausreichend zu vergasen.

Wie Fig. 7 zeigt, beginnt also die Ersteinspritzung zum Zeitpunkt Ris mit der Impulsdauer Ti, die von der Maschinenlast abhängt. Die Zweiteinspritzung wird unmittelbar vor der Zündung mit der Impulsdauer Tim durchgeführt. Der Kraftstoff wird mit Luft vermischt und durch den bereits unter Bezugnahme auf die Fig. 5a-5e erläuterten Prozeß gezündet. Infolgedessen wird das homogene Luft-Kraftstoff-Gemisch, das den bei der Ersteinspritzung eingespritzten Kraftstoff enthält, zuverlässig in einem Moment gezündet, wobei der Kraftstoff der Zweiteinspritzung als Entflammungshilfe dient, so daß das Maschinendrehmoment durch den hohen Luftvermischungseffekt erhöht wird. Die Menge der Ersteinspritzung ist zwar entsprechend der Maschinenlast veränderlich, die Menge der Zweiteinspritzung ist jedoch konstant, so daß der Kraftstoff in jedem Takt richtig gezündet wird.

Aus der vorstehenden Beschreibung ist ersichtlich, daß durch die Erfindung eine Brennkraftmaschine angegeben wird, bei der die Kombinations-Verbrennung zusätzlich zur homogenen Ladungsverbrennung und zur Schichtladungsverbrennung durchgeführt wird, um gleichmäßige Drehmomentverläufe zu erreichen. Bei der Kombinations-Verbrennung wird Kraftstoff zweimal eingespritzt, wobei jede Einspritzung die homogene Ladung und die Schichtladung bewirkt. Daher wird das Maschinendrehmoment gleichmäßig erhöht, und zwar ungeachtet einer Änderung der atmosphärischen Bedingungen und der mit der Zeit auftretenden Verschlechterung der Systemelemente. Da ein weiterer Sensor nicht erforderlich ist und die Änderungspunkte der Verbrennung festliegen, wird eine optimale Verbrennung ohne weiteres erreicht.

Die vorstehende Beschreibung bezieht sich zwar auf eine Zweitaktmaschine, das Steuersystem nach der Erfindung kann aber bei allen Arten von Brennkraftmaschinen Anwendung finden. Als erfindungswesentlich wird also ebenfalls das beschriebene Verfahren betrachtet.

Claims (4)

1. Kraftstoffeinspritz-Steuersystem für eine Vergaserbrennkraftmaschine mit wenigstens einem Zylinder (2) und einem Einspritzer (10) zur Direkteinspritzung von Kraftstoff in den Zylinder, wobei das Steuersystem aufweist: Detektiereinrichtungen (40-42), die die Maschinendrehzahl und die Maschinenlast detektieren und ein Betriebszustandssignal erzeugen, eine Einspritzmengen-Bestimmungseinrichtung (53), die aufgrund des Betriebszustandssignals eine Kraftstoffmenge bestimmt, einen Einspritzzeitpunktgeber (54), der aufgrund des Betriebszustandssignals und der Kraftstoffmenge einen Zeitpunkt zur Kraftstoffeinspritzung bestimmt, und einen Treiber (58), der den Einspritzer (10) zur Einspritzung der Kraftstoffmenge zum Einspritzzeitpunkt ansteuert, gekennzeichnet durch
einen Verbrennungsmodus-Bestimmungsteil (56), der die Kraftstoffmenge mit einem einer Schichtladung entsprechenden kleineren Bezugswert und mit einem einer homogenen Ladung entsprechenden größeren Bezugswert vergleicht und ein Kombinationsmodussignal erzeugt, wenn die Kraftstoffmenge zwischen dem kleineren und dem größeren Bezugswert liegt;
den Einspritzzeitpunktgeber (54), der aufgrund des Betriebszustandssignals den Einspritzzeitpunkt zur Erzeugung einer Schichtladung verzögert, wenn die Maschinenlast in einen Niedrig- und einem Mittellastbereich der Maschine liegt, und den Einspritzzeitpunkt zum Erhalt der homogenen Ladung vorverlegt, wenn die Maschinenlast in einem Hochlastbereich der Maschine liegt; und
einen Zweifach-Einspritzzeitpunktgeber (62), der aufgrund des Kombinationsmodussignals einen früheren bzw. ersten und einen späteren bzw. zweiten Einspritzzeitpunkt während der Verdichtung bestimmt, so daß zum Erhalt einer homogenen Ladungsverbrennung und einer Schichtladungsverbrennung zweimal Kraftstoff eingespritzt wird.

2. Kraftstoffeinspritz-Steuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspritzmengen-Bestimmungseinrichtung (53) eine größere Kraftstoffmenge zum ersten Einspritzzeitpunkt und eine kleinere Kraftstoffmenge zum zweiten Einspritzzeitpunkt einzuspritzen.

3. Kraftstoffeinspritz-Steuersystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspritzmenge zum ersten Einspritzzeitpunkt mit der Maschinenlast größer wird und die Einspritzmenge zum zweiten Einspritzzeitpunkt mit der Maschinenlast kleiner wird.

4. Kraftstoffeinspritz-Steuersystem nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Zweiteinspritzsteuerteil (64) zur Kraftstoffeinspritzung in einer späteren Periode des Verdichtungshubs bei homogener Ladung im Hochlastbereich der Maschine.