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Hintergrund der Erfindung
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1. Technischer
Bereich der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Lufteinlassanordnung für eine Brennkraftmaschine
und insbesondere eine Lufteinlassanordnung für eine Brennkraftmaschine zum
Ausführen
eines sogenannten Betriebs mit einem mageren Luft-/Kraftstoffverhältnis, bei
dem der Motor zur Verbesserung der Kraftstoffökonomie statt mit dem stöchiometrischen Luft-/Kraftstoffverhältnis mit
einem mageren Luft-/Kraftstoffverhältnis betrieben wird.
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2. Beschreibung verwandter
Techniken
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In
der JP-A-62-48927 (1987) ist beispielsweise eine herkömmliche
Lufteinlaßanordnung
zum Ausführen
eines Betriebs mit einem mageren Luft-/Kraftstoffverhältnis beschrieben,
wobei in einem Motor mit zwei Lufteinlaßventilen zwei getrennte, zu den
jeweiligen Lufteinlaßventilen
führende
Kanäle vorgesehen
sind. In einem der Kanäle
ist ein Einlaßluftsteuerventil
vorgesehen, so daß das
Einlaßluftsteuerventil
bei einer geringen Motorlast in einer geraden Öffnung geschlossen wird, um
die Strömungsgeschwindigkeit
der in die Brennkammer strömenden eingesaugten
Luft zu steigern. In dem anderen Kanal ist eine in einem derartigen
Zustand mit geringer Motorlast verwendete Wirbelöffnung oder spiralförmige Öffnung so
gebogen, daß sie
der inneren Wandfläche der
Brennkammer folgt. Dadurch wird ein Wirbel in der Brennkammer verursacht,
durch den die Verbrennungsgeschwindigkeit des Gasgemischs gesteigert
und selbst bei einem mageren Kraftstoffgemisch eine stabile Verbrennung
erzielt werden.
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Während des
Betriebs eines Motors im Leerlauf ist es normalerweise erforderlich,
zur Realisierung eines gleichmäßigen Betriebs
des Motors dem Motor mit einer guten Reaktion eine geringe Menge an
Luft zuzuführen.
Ferner ist die Maßnahme
bekannt, die Luftmenge zur Kompensation eines durch Zusatzvorrichtungen
verbrauchten Drehmoments zu steigern, um eine Schwankung des Betriebszustands des
Motors zu verhindern, wenn Zusatzvorrichtungen, wie eine Klimaanlage,
aktiviert sind. Zum Erzielen eines gleichmäßigen Betriebs des Motors ist
es jedoch die Möglichkeit
wünschenswert,
Luft zur Steigerung des Drehmoments sofort zuzuführen, wenn die Zusatzvorrichtungen
eingeschaltet werden und die Notwendigkeit einer Steigerung des
Drehmoments auftritt. Es ist nämlich
wünschenswert,
daß die Luft
für eine
Steigerung des Drehmoments eine gute Reaktion zeigt.
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Ist
ferner ein sogenannter Betrieb mit Abgasrückführung beabsichtigt, der die
Kraftstoffökonomie verbessert
und das Abgas durch eine Verringerung der Verbrennungstemperatur
durch die Abgasrückführung bei
einer teilweisen Auslastung des Motors reinigt, ist das Einleiten
von Abgas in einen Kollektor allgemein bekannt, der ein Einzugsabschnitt
der Lufteinlaßleitungen
ist. Ferner wird eine Abgasrückführung von
ca. 0–20
% Abgas als geeigneter Bereich für
eine Verbesserung der Kraftstoffökonomie
empfohlen, daher ist es vorzuziehen, eine Abgasrückführung mit einem möglichst
hohen Prozentsatz an Abgas innerhalb des vorstehend genannten Rahmens auszuführen.
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Bei
der herkömmlichen
Lufeinlaßanordnung, die
derart konstruiert ist, daß sie
einen Wirbel erzeugt, ist ein Einlaßluftsteuerventil in einem
Hauptluftkanal in der Nähe
eines Lufteinlaßventils
angeordnet, daher tritt das Problem auf, daß das Einlaßluftsteuerventil der eingelassenen
Luft bei einem Betrieb des Motors mit voller Last einen Widerstand
bietet und die Wirkung einer Verringerung der Leistung des Motors
hat.
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Ferner
lagert sich bei geschlossenem Lufteinlaßventil Kraftstoff auf dem
Lufteinlaßventil
ab und verursacht das Problem einer Ver ringerung der Reaktion der
Kraftstoffzufuhr bei einer Beschleunigung.
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Weiterhin
wurden ein Kraftstoffeinspritzventil, der Montageabschnitt, die
Kraftstoffleitungen und die Luftleitungen für die Kraftstoffzerstäubung durch das
Kraftstoffeinspritzventil und die Lufteinlaßleitungen herkömmlicher
Weise getrennt konstruiert und zusammengebaut, das Kraftstoffeinspritzventil
war weit entfernt von der Mittelachse der Lufteinlaßleitung
angeordnet, wodurch ein durch die Zerstäubungsachse des Kraftstoffeinspritzventils
und die Mittelachse der Lufteinlaßleitung gebildeter Winkel
vergrößert wurde,
was selbst dann eine leichte Ablagerung des Kraftstoffs auf der
Innenwand der Lufteinlaßleitungen
ermöglicht,
wenn das Lufteinlaßventil geöffnet ist,
und das Problem einer Verringerung der Reaktion der Kraftstoffzufuhr
bei einer Beschleunigung verursacht.
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Da
ferner die Richtung der eingelassenen Luft durch den Hauptluftkanal
selbst bestimmt wird, ist es schwierig, effektiv einen Wirbel zu
induzieren.
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Überdies
müssen
bei dem Motor mit zwei Lufteinlaßventilen entweder minimale
Abmessungen des Querschnitts des Strömungskanals der Verwirbelungsöffnung von
ca. der Hälfte
derer des Hauptkanals ausgewählt
werden, oder die Verwirbelungsöffnung
muß begrenzter
als die gerade Öffnung
sein. In beiden Fällen
ist der Einstellbereich der Verwirbelungsstärke in Abhängigkeit von den Betriebszuständen des
Motors begrenzt, und es tritt das Problem auf, daß ein erhaltener
Wirbel in Abhängigkeit
von der Drehzahl des Motors gelegentlich schwächer und gelegentlich stärker als
der erforderliche ist. Andererseits wird bei geöffnetem Einlaßluftsteuerventil
der Lufteinlaßkanal
durch das Vorhandensein der Verwirbelungsöffnung verengt, und die Lufteinlaßeigenschaften
des Kanals einschließlich
der geraden Öffnung
und der Verwirbelungsöffnung
werden verschlechtert, wodurch das Problem einer Verringerung der
maximalen Motorleistung verursacht wird.
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Wenn
im Leerlaufzustand des Motors und für eine Steigerung des Drehmoments
Luft in den Kollektor eingeleitet wird, der ein Sammelabschnitt
der Lufteinlaßleitungen
ist, tritt ferner aufgrund des großen Volumens des Kollektors
das Problem einer Verschlechterung der Reaktionseigenschaften der
eingelassenen Luft auf.
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Normalerweise
beeinträchtigt
bei einer Abgasrückführung in
den Kollektor das zurückgeführte Abgas
die Verbrennung. Insbesondere wenn eine Beschleunigung der Verbrennung
mittels eines Wirbels erforderlich ist, ist ein gleichmäßiges Einleiten des
zurückgeführten Abgases
in die jeweiligen Zylinder des Motors schwierig. Ferner wird bei
einem Übergangsbetrieb
des Motors die Reaktion der Zufuhr des zurückgeführten Abgases verzögert, und
die Verbrennung des Gasgemischs wird abhängig von dem Betriebszustand
des Motors extrem beeinträchtigt,
wodurch das Problem auftritt, daß die Rückführung einer großen Menge
an Abgas verhindert wird.
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JP-A-58104359
offenbart eine Vorrichtung zur Zufuhr von Kraftstoff mittels einer
Einspritzvorrichtung in einen Motor, ohne den Kraftstofffluss in beachtenswerter
Weise umzulenken. Das betreffende Lufteinlassmodul umfasst einen
Luftfilter, ein Drosselklappenkörper,
ein Drosselklappenventil und einen Einlasskrümmer. Ein Saugabschnitt zwischen einer
Venturileitung und dem Einlasskrümmer
ist ungefähr
horizontal angeordnet und liegt auf gleicher Ebene. Dementsprechend
wird der durch den Injektor eingespritzte Kraftstoff dem Motor zugeführt, ohne dabei
bezüglich
seiner Richtung in nennenswerter Weise abgelenkt zu werden, um eine
ungleichmäßige Verteilung
des Kraftstoffs aufgrund von Adhäsion an
Wandungsabschnitten zu vermeiden, um aus diese Weise die Responsezeit
des Kraftstoffs zur Brennmaschine zu verkürzen.
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Die
technische Publikation „Die
neuen Achtzylinder-Motoren mit 5,0 und 4,21 Hubraum für die neuen
Mercedes-Benz S-Klasse",
publiziert in Motortechnische Zeitschrift, Volumen 52, Nr. 6, Juni
01, 1991 beschreibt auf den Seiten 288, 292 und 294 eine Lufteinlassstruktur
mit einem Luftfilter, einem Luftmengenmesssensor und einem Drosselklappenventil.
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Die
Drosselklappe ist mit einem Aktuator ausgerüstet. Im Vergleich zu vorhergehenden
Typen des Lufteinlassmoduls für
SL-Motoren von Mercedes-Benz
wurde die Deckenhöhe
des Kurbelgehäuses
verringert, wodurch es möglich
wird, den Abgaskrümmer,
die Einlassleitungen, Hauptzusammenbaukomponenten und eine Anzahl
an Teilen zu standardisieren, um auf diese Weise die Produktionen
und die Montage zu vereinfachen.
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WO
93/00505 zeigt in 7 ein Motoreinlasskrümmer mit
zwei Drosselklappen, die in einem Drosselklappenkörper angeordnet
sind und eine Komponente, die einen Einlasskrümmerabschnitt darstellt, der
sich auf beiden Seiten eines Leitungsabschnittes erstreckt, der
mit dem Drosselklappenkörper
verbunden ist und indem ein Ventilteil angeordnet ist, das über eine
drehbare Welle betätigt
werden kann.
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Eine
Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes Lufteinlassmodul
mit kompakter Größe und geringem
Gewicht zu schaffen.
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Diese
Aufgabe wird durch Einlassmodule mit den Merkmalen des Anspruchs
1 oder 2 gelöst.
Die abhängigen
Ansprüche
zeigen Beispiele weiterer Ausführungsformen
der Erfindung.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
ein schematisches Diagramm des Fluidsystems eines Beispiels von
Lufteinlaßanordnungen
für eine
Brennkraftmaschine;
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die 2(a) und 2(b) sind
Beispiele von zur Steuerung der Lufteinlaßanordnungen für eine Brennkraftmaschine
verwendeten Masken, wobei 2(a) eine
Maske zur Bestimmung eines Luft-/Kraftstoffverhältnisses
und einer Menge des zurückgeführten Abgases
für einen
Motor auf der Grundlage eines durch eine Motordrehzahl und eine Motorlast
repräsentierten
Betriebszustands des Motors ist und 2(b) eine
Maske zur Bestimmung eines Öffnungsgrads
eines Einlaßluftsteuerventils
in den Betriebsbereichen I und II des Motors gemäß 2(a) auf
der Grundlage eines durch eine Motordrehzahl und eine Motorlast
repräsentierten
Betriebszustands des Motors ist;
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3 ist
das in 1 gezeigte schematische Diagramm des Fluidsystems
zur Erläuterung seines
Betriebszustands im Betriebsbereich I des Motors gemäß 2(a);
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4 ist
das in 1 gezeigte schematische Diagramm des Fluidsystems
zur Erläuterung seines
Betriebszustands in dem Betriebsbereich II des Motors gemäß 2(a);
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5 ist
das in 1 gezeigte schematische Diagramm des Fluidsystems
zur Erläuterung seines
Betriebszustands in dem Betriebsbereich III des Motors gemäß 2(a);
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6 ist
das in 1 gezeigte schematische Diagramm des Fluidsystems
zur Erläuterung seines
Betriebszustands in dem Betriebsbereich IV bzw. V des Motors gemäß 2(a);
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7 ist
ein schematisches strukturelles Beispiel einer in der Nähe eines
Gaseinlaßventils
für einen
Zylinder eines Motors in einen Hauptluftkanal mündenden Auslaßöffnung eines
zusätzlichen
Gaskanals, der in den erfindungsgemäßen Lufteinlaßanordnungen
enthalten ist;
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8 ist
ein weiteres schematisches strukturelles Beispiel einer in der Nähe eines
Gaseinlaßventils
für einen
Zylinder eines Motors in einen Hauptluftkanal mündenden Auslaßöffnung eines
zusätzlichen
Gaskanals, der in den erfindungsgemäßen Lufteinlaßanordnungen
enthalten ist;
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9 ist
ein weiteres schematisches strukturelles Beispiel einer in der Nähe eines
Gaseinlaßventils
für einen
Zylinder eines Motors in einen Hauptluftkanal mündenden Auslaßöffnung eines
zusätzlichen
Gaskanals, der in den erfindungsgemäßen Lufteinlaßanordnungen
enthalten ist;
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10 ist
ein weiteres schematisches strukturelles Beispiel einer in der Nähe eines
Gaseinlaßventils
für einen
Zylinder eines Motors in einen Hauptluftkanal mündenden Auslaßöffnung eines
zu sätzlichen
Gaskanals, der in den erfindungsgemäßen Lufteinlaßanordnungen
enthalten ist;
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11 ist
ein schematisches Diagramm des Fluidsystems der Lufteinlaßanordnungen
für eine Brennkraftmaschine;
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12 ist
ein schematisches Diagramm des Fluidsystems der Lufteinlaßanordnungen
für eine Brennkraftmaschine;
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13 ist
ein schematisches Diagramm des Fluidsystems der erfindungsgemäßen Lufteinlaßanordnungen
für eine
Brennkraftmaschine;
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14 ist
eine strukturelle Ausführungsform eines
Hauptluftkanals an einem Abschnitt, an dem ein in den Lufteinlaßanordnungen
enthaltenes Kraftstoffeinspritzventil montiert ist;
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15 ist
ein dem in 1 dargestellten ersten Beispiel ähnliches
schematisches Diagramm des Fluidsystems bei der Anwendung für eine Brennkraftmaschine
mit vier Zylindern;
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16(a) ist ein dem in 12 gezeigten Beispiel ähnliches
schematisches Diagramm des Fluidsystems bei der Anwendung für eine Brennkraftmaschine
mit vier Zylindern;
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16(b) ist ein Diagramm, das eine Veränderung
der in einen Zylinder des Motors eingelassenen Luft und der Öffnungsgrade
eines Zusatzeinlaßluftsteuerventils 313 und
eines Drosselventils 314 gemäß 16(a) in
Abhängigkeit
vom Öffnungsgrad des
Gaspedals zeigt;
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17 ist
ein schematisches Diagramm des Fluidsystems der Lufteinlaßanordnungen
für eine Brennkraftmaschine;
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18(a) stellt eine Veränderung des Betriebszustands
des Motors aus dem Bereich III in den Bereich II gemäß der in 2(a) gezeigten Maske dar;
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18(b) zeigt Veränderungen des Winkels des Gaspedals,
der Menge des eingespritzten Kraftstoffs, der Menge der über den
Hauptluftkanal zugeführten
Luft und der Menge der über
den Zusatzgaskanal zugeführten
Luft in bezug auf die Zeit bei einem der Beispiele der Lufteinlaßanordnungen
als Reaktion auf die in 18(a) dargestellte Änderung;
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19(a) ist ein Ablaufdiagramm, das eine bei einem
der Beispiele der Lufteinlaßanordnungen unmittelbar
nach der Erfassung der in 18(a) dargestellten
Veränderung
ausgeführte
Steuerungssequenz darstellt;
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19(b) ist ein Ablaufdiagramm, das eine bei einem
der Beispiele der Lufteinlaßanordnungen nach
der Beendigung der in 19(a) gezeigten Steuerungssequenz
ausgeführte
Steuerungssequenz darstellt;
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20 ist
ein Ablaufdiagramm, das eine modifizierte Version der in 19(b) dargestellten Steuerungssequenz zeigt;
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21 ist
ein Ablaufdiagramm, das eine weitere modifizierte Version der in 19(b) dargestellten Steuerungssequenz zeigt, bei
der ein Motorrauhigkeitssignal verwendet wird;
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22 ist
ein Ablaufdiagramm, das eine modifizierte Version der in 21 gezeigten
Steuerungssequenz darstellt, die eine Lernfunktion für den Öffnungsgrad
eines elektromagnetischen Ventils zur Erzeugung eines Wirbels enthält;
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23(a) stellt eine Verschiebung des Betriebszustands
eines Motors aus dem Bereich II der in 2(a) gezeigten
Maske dar;
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23(b) stellt Veränderungen des Winkels des Gaspedals,
der Menge des eingespritzten Kraftstoffs, der Menge der über den
Hauptluftkanal zugeführten
Luft und der Menge der über
den zusätzlichen Gaskanal
zugeführten
Luft in Bezug auf die Zeit bei einem der Beispiele der Lufteinlaßanordnungen
als Reaktion auf die in 23(a) gezeigte
Veränderung dar;
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24 ist
ein Ablaufdiagramm, das eine bei einem der Beispiele der Lufteinlaßanordnungen
unmittelbar nach der Erfassung der in 23(a) dargestellten
Veränderung
ausgeführte
Steuerungssequenz darstellt;
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25(a) zeigt eine Verschiebung des Betriebszustands
eines Motors aus dem Bereich II in den Bereich II der in 2(a) gezeigten Übersicht;
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25(b) zeigt Veränderungen des Winkels des Gaspedals,
der Menge des eingespritzten Kraftstoffs, der Menge der über den
Hauptluftkanal zugeführten
Luft und der Menge der über
den Zusatzgaskanal zugeführten
Luft in bezug auf die Zeit bei einem der Beispiele der Lufteinlaßanordnungen
als Reaktion auf die in 25(a) dargestellte
Veränderung;
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26 ist
ein Ablaufdiagram, das eine bei einem der Beispiele der Lufteinlaßanordnungen
unmittelbar nach der Erfassung der in 25(a) dargestellten
Veränderung
ausgeführte
Steuerungssequenz darstellt;
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27 ist
eine Draufsicht einer strukturellen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lufteinlaßanordnungen
von oben, die auf der Grundlage einer der durch die schematischen
Diagramme des Fluidsystems gemäß den 1, 11, 12, 13, 15, 16(a) und 17 dargestellten Ausführungsformen
realisiert wurde;
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28 ist
eine Schnittansicht entlang der Linie A-A in 27;
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29 ist
eine Schnittansicht entlang der Linie B-B in 27;
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30 ist
eine Schnittansicht entlang der Linie C-C in 27;
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31 ist
eine Draufsicht einer weiteren, auf der Grundlage einer der durch
die schematischen Diagramme des Fluidsystems gemäß den 1, 11, 12, 13 und 15, 16(a) und 17 dargestellten
Ausführungsformen
realisierten strukturellen Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Lufteinlaßanordnungen
von oben;
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32 ist
eine Schnittansicht entlang der Linie A-A in 31;
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33 ist
eine Schnittansicht entlang der Linie B-B in 31; und
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34 ist
eine Schnittansicht entlang der Linie C-C in 31.
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Genaue Beschreibung
der Ausführungsformen
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1 zeigt,
daß eingelassene
Luft von einem Luftreiniger 201 eingeleitet und ihre Strömungsgeschwindigkeit
von einem Luftströmungsmesser 208 gemessen
wird. Die Menge der durch einen Hauptkanal 202 strömenden Luft
wird von einer Drosselklappe 203 eingestellt, dann von
einem Kollektor 204 auf jeweilige Zylinder des Motors verteilt
und anschließend über jeweilige
unabhängige
Lufteinlaßleitungen 205 in
einen Motor 206 eingeleitet. Bei der vorliegenden Ausführungsform
ist parallel zu den jeweiligen unabhängigen Lufteinlaßleitungen 205 ein zusätzlicher
Gaskanal 210 vorgesehen. Die Strömungsmenge der durch den zusätzlichen
Gaskanal 210 strömenden
Luft wird auf der Grundlage eines Signals von einer Einrichtung 221 zur
Erfassung des Öffnungsgrads
eines Gaspedals, eines Ein-/Aussignals von Zusatzeinrichtungen 220 des
Motors, eines Signals von einer Einrichtung 223 zur Erfassung
der Drehzahl des Motors und eines Signals bezüglich der Menge der eingelassenen
Luft von dem Luftströmungsmesser 208 von
einem Computer 222 durch die Steuerung eines Einlaßluftsteuerventils 211 eingestellt.
Zusätz lich
zu Vorstehendem wird dem zusätzlichen
Gaskanal 210 über
eine Abgasrückführleitung 214 und
ein Abgasrückführventil 212 zurückgeführtes Abgas
aus einer Abgasleitung 207 des Motors zugeführt. Eine
Auslaßöffnung 213 des
zusätzlichen
Gaskanals 210 mündet
in der Nähe
eines (nicht dargestellten) Lufteinlaßventils des Motors 206 in
die unabhängige
Lufteinlaßleitung 205.
In diesem Moment wird die Strömungsgeschwindigkeit
der in den Motor 206 strömenden eingelassenen Luft auf
der Grundlage der Strömungsmenge
der zusätzlichen Luft
und dem Querschnittsbereich der Öffnung
der Auslaßöffnung 213 des
zusätzlichen
Gaskanals bestimmt. Wenn der Querschnittsbereich der Öffnung der
Auslaßöffnung 213 des
zusätzlichen
Gaskanals kleiner als der der unabhängigen Lufteinlaßleitung 205 festgesetzt
ist, wird die Strömungsgeschwindigkeit
der eingelassenen Luft erhöht,
und ferner kann, wenn die Auslaßöffnung 213 in
bezug auf den Umfang der Lufteinlaßleitung 205 exzentrisch
angeordnet ist, in einer (nicht dargestellten) Brennkammer des Motors 206 ein
Wirbel induziert werden.
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Die 3 bis 6 zeigen
Diagramme zur Erläuterung
der Betriebszustände
des Beispiels gemäß 1 in
Abhängigkeit
von den in 2(a) dargestellten Betriebsbereichen
des Motors.
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Die 2(a) und 2(b) sind
Beispiele von zur Steuerung der erfindungsgemäßen Lufteinlaßanordnungen
für eine
Brennkraftmaschine verwendeten Masken, wobei 2(a) eine
Maske zur Bestimmung eines Luft-/Kraftstoffverhältnisses und einer Menge des
zurückgeführten Abgases
für einen
Motor auf der Grundlage eines durch die Drehzahl des Motors und
die Motorlast repräsentierten
Betriebszustands und 2(b) eine
Maske zur Bestimmung eines Öffnungsgrads
eines Einlaßluftsteuerventils
in den Betriebsbereichen I und II des Motors gemäß 2(a) auf
der Grundlage eines durch die Drehzahl des Motors und die Motorlast
repräsentierten
Betriebszustands eines Motors sind.
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Eine
Bestimmung, in welchen Bereich gemäß 2(a) der
vorliegende Betriebszustand des Motors fällt, erfolgt auf der Grundlage
eines Signals von dem Sensor 223 zur Erfassung der Drehzahl
des Motors und eines Signals von dem Sensor 221 zur Erfassung
des Öffnungsgrads
des Gaspedals durch den Computer 222. Abhängig von
der Bestimmung werden das Einlaßgassteuerventil 211 und
das Abgasrückführventil 212 so
gesteuert, daß sie
eine den jeweiligen Betriebsbereichen angemessene Steuerung ausführen.
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Den
jeweiligen Betriebsbereichen entsprechende Steuerungen sind in den 3 bis 6 dargestellt.
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3 zeigt
einen Betriebszustand in dem Bereich I, in dem die Drehzahl des
Motors niedrig ist und keine wesentliche Last aufgebracht wird.
Die Drosselklappe 203 und das Abgasrückführventil 212 sind
geschlossen, und der Lufteinlaß wird
durch das Einlaßluftsteuerventil 211 eingestellt.
Die Luft 231 wird nämlich über den
zusätzlichen
Gaskanal 210 so zugeführt,
daß Luft-/Kraftstoffverhältnis auf
dem stöchiometrischen
Luft-/Kraftstoffverhältnis
gehalten wird. Wenn in diesem Zustand die Motorlast aufgrund eines
Einschaltens oder Ausschaltens der Zusatzeinrichtungen 220 des
Motors verändert
wird oder wenn sich die Drehzahl des Motors aufgrund einer kleinen Veränderung
des internen Zustands des Motors 206 verändert, muß als Reaktion
auf diese Veränderungen
sofort eine geeignete Menge an eingelassener Luft zugeführt werden,
um einen gleichmäßigen Betrieb
des Motors aufrecht zu erhalten. Bei dem vorliegenden Beispiel wird
das gesamte innere Volumen des zusätzlichen Gaskanals 210 derart
bestimmt, daß es
kleiner als das gesamte Volumen des Hauptkanals 202 einschließlich des
Kollektors 204 und der unabhängigen Gasein laßleitungen 205 für die jeweiligen
Zylinder des Motors ist und beispielsweise 80 % des gesamten Volumens
beträgt,
wobei die Reaktionseigenschaften in bezug auf eine erforderliche Veränderung
der Luftmenge im Vergleich zu der herkömmlichen Anordnung verbessert
wird und die Zufuhr der eingelassenen Luft über den Hauptkanal 202 erfolgt.
Dementsprechend kann bei dem vorliegenden Beispiel die Luft für den Leerlaufbetrieb
bei guten Reaktionseigenschaften zur Bewältigung einer Veränderung
der Drehzahl des Motors zugeführt
werden, und die Stabilität
der Drehzahl des Motors wird verbessert.
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4 zeigt
einen Betriebszustand im Bereich II, in dem die Drehzahl des Motors
höher als
im Bereich I ist und sich die Motorlast von einem niedrigen Bereich
zu einem Zwischenbereich erstreckt. Die Drosselklappe 203 wird
in Abhängigkeit
von Motorlast und Drehzahl des Motors leicht geöffnet. Das Abgasrückführventil 212 verbleibt
in einem geschlossenen Zustand. Im Bereich II wird das Luft-/Kraftstoffverhältnis auf
ein mageres Luft-/Kraftstoffverhältnis von
beispielsweise 22–23
gesteuert, so daß bei
einer Verschiebung des Betriebszustands des Motors in andere Bereiche
eine Einstellung des Luft-/Kraftstoffverhältnisses erforderlich wird.
Wenn bei dem vorliegenden Beispiel der Betriebszustand des Motors
in den Bereich II verschoben wird, wird das Einlaßluftsteuerventil 211 zur
Steigerung der Menge der eingelassenen Luft weiter als in den anderen
Bereichen geöffnet.
Zudem wird die Strömungsmenge
der über die
Einlaßöffnung 213 des
zusätzlichen
Gaskanals in den Motor 206 strömenden Luft 231 gesteigert,
und die Strömungsgeschwindigkeit
des eingelassenen Gases wird erhöht,
so daß ein
Wirbel in der (nicht dargestellten) Brennkammer des Motors induziert und
die Verbrennungsgeschwindigkeit des Gasgemischs gesteigert werden,
wodurch selbst bei einem mageren Gasgemisch eine wünschenswerte
Verbrennung erzielt wird. In diesem Fall wird durch Bestimmung eines
geeigneten Querschnittsbereichs der Auslaßöffnung 213 des zusätzlichen
Gaskanals die Stärke
des Wirbels optimiert. Wenn nämlich
eine Steigerung der Stärke
des Wirbels erforderlich ist, wird der Querschnittsbereich der Ausgangsöffnung 213 des
Kanals klein eingestellt; wenn andererseits eine Verringerung der
Stärke
erforderlich ist, wird ihr Querschnittsbereich groß eingestellt.
Ferner kann für die
Steuerung des Luft-/Kraftstoffverhältnisses parallel eine Maßnahme zur
Veränderung
der dem Motor 206 von dem (nicht dargestellten) Kraftstoffeinspritzventil
zugeführten
Kraftstoffmenge verwendet werden. Bei dem vorliegenden Beispiel
kann sowohl in dem Fall, in dem der Betriebszustand des Motors aus einem
der angrenzenden Bereiche in den Bereich II verschoben wird, als
auch in dem, in dem der Betriebszustand des Motors aus dem Bereich
II in einen angrenzenden anderen Bereich verschoben wird, die Menge
der eingelassenen Luft 231 mit einer guten Reaktion gesteigert
oder verringert werden.
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5 zeigt
einen Betriebszustand im Bereich III, in dem entweder die Drehzahl
des Motors extrem niedrig und die Motorlast größer als im Leerlaufzustand
oder die Motorlast höher
als im Bereich II oder die Drehzahl des Motors höher als im Bereich II ist.
In diesem Bereich wird das Luft-/Kraftstoffverhältnis zum Erzielen eines höheren Drehmoments
auf das stöchiometrische
Luft-/Kraftstoffverhältnis
eingestellt. Die Drosselklappe 203 wird als Reaktion auf die
Motorlast oder die Drehzahl des Motors geöffnet. Die Menge des zurückgeführten Abgases
wird von dem Abgasrückführventil 212 abhängig von
dem Betriebszustand des Motors eingestellt, wodurch die Verbrennungstemperatur
verringert und die Kraftstoffökonomie
durch eine Verringerung des Pumpverlusts verbessert werden. Das
Einlaßluftsteuerventil 211 ist
zu diesem Zeitpunkt geschlossen, um einen Rückstrom des zurückgeführten Abgases
zu verhindern. Zu diesem Zeitpunkt wird das zurückgeführte Abgas 232 von
der Auslaßöffnung 213 des
zusätzlichen
Gaskanals mit einer hohen Geschwindigkeit zugeführt und gleichmäßig mit
der durch den Hauptkanal 202 strömenden Luft 231 gemischt,
wodurch die Verteilung des zurückgeführten Abgases
auf die jeweiligen Zylinder des Motors im Vergleich zu der herkömmlichen
Anordnung verbessert wird, bei der das zurückgeführte Abgas dem Kollektorabschnitt 204 zugeführt wird,
wodurch die Grenze der Menge an zurückgeführtem Abgas erweitert werden
kann. Ferner wird durch Ausrichtung der Auslaßöffnung 213 des zusätzlichen
Gaskanals zur Richtung längs
der Wandfläche
der (nicht dargestellten) Brennkammer des Motors ein Wirbel in der
Brennkammer induziert, wodurch die Verbrennung verbessert sowie
eine Schicht des zurückgeführten Abgases 232 in
der Nähe
der ihrer Wandfläche
erzeugt werden, die einen Wärmeverlust
durch die Wandfläche
verringert und eine Verbesserung der Kraftstoffökonomie bewirkt. Wenn ferner
das innere Volumen des Abgasrückführkanals 214 derart
festgelegt wird, daß es
kleiner als das summierte Volumen des Hauptkanals 202 einschließlich des
Kollektors 204 und der unabhängigen Gaseinlaßleitungen 205 für die jeweiligen
Zylinder des Motors ist, kann das zurückgeführte Abgas dem Motor mit einer
guten Reaktion zugeführt
werden.
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6 zeigt
einen Betriebszustand im Bereich IV und im Bereich V, in dem die
Drehzahl des Motors noch höher
als im Bereich III oder die Motorlast noch größer als im Bereich III ist.
In diesen Bereichen ist das Luft-/Kraftstoffverhältnis auf das stöchiometrische
Luft-/Kraftstoffverhältnis oder
auf ein fettes Luft-/Kraftstoffverhältnis eingestellt, wobei zum
Erreichen eines erforderlichen Drehmoments einem Betrieb des Motors
Bedeutung beigemessen wird. Das Abgasrückführventil 212 ist geschlossen,
das Einlaßluftsteuerventil 211 kann
jedoch beide Zustände
annehmen, d.h. sowohl einen geöffneten
als auch einen geschlossenen Zustand. Die Drosselklappe 203 in dem
Hauptkanal 202 wird bei einer hohen Motorlast vollständig geöffnet, und
bei einer hohen Drehzahl des Motors wird der Öffnungsgrad der Drosselklappe 203 in
Abhängigkeit
von dem erforderlichen Drehmoment gesteuert. Hierbei werden, anders
als bei der herkömmlichen
Anordnung, die Elemente in den unabhängigen Gaseinlaßleitungen 205,
die einen Widerstand für
die eingelassene Luft bilden, wie ein Einlaßluftsteuerventil und eine
Drossel für
die Lufteinlaßleitungen,
weggelassen, wodurch eine Verringerung der Leistung des Motors verhindert
wird.
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Die 7 bis 10 zeigen
strukturelle Beispiele der erfindungsgemäßen Ausgangsöffnungen 213 der
zusätzlichen
Gaskanäle.
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7 zeigt
ein Beispiel, bei dem die Auslaßöffnung 213 des
zusätzlichen
Gaskanals in bezug auf die rechte oder die linke Seite der unabhängigen Gaseinlaßleitung 205 exzentrisch
angeordnet ist. Bei diesem Aufbau strömt das zusätzliche Gas durch das Lufteinlaßventil 241 und
den Umfang einer Zylinderwand des Motors entlang, wodurch in einer
zur Ebene der Oberseite des Kolbens parallelen Ebene ein starker
Wirbel induziert wird. Wenn als zusätzliches Gas Luft eingeleitet
wird, wird in Bezug auf den Kraftstoff überschüssige Luft zugeführt, und
es wird ein Zustand mit einem mageren Luft-/Kraftstoffverhältnis erzeugt, durch das Induzieren
des Wirbels werden jedoch die Verbrennungsgeschwindigkeit gesteigert und
eine gewünschte
Verbrennung realisiert. Ferner wird beim Einleiten von zurückgeführtem Abgas
als zusätzlichem
Gas durch die Nutzung des Wirbels ein gleichmäßiges Gemisch des zurückgeführten Abgases
und der Luft erzeugt, wodurch die Verbrennungstemperatur und ein über die
Zylinderwand des Motors verursachter Wärmeverlust verringert sowie
der Ausstoß von
Stickoxiden unterdrückt
werden.
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Ferner
wird durch das Leiten von Luft oder zurückgeführtem Abgas aus der Ausgangsöffnung 213 des
zusätzlichen
Gaskanals zu der Wandfläche 242 des
Zylinders des Motors eine Schicht aus Luft oder zurückgeführtem Abgas
längs dem
Umfang erzeugt, und es wird eine Verbrennung in der Nähe des mittleren
Abschnitts der Brennkammer 244 veranlaßt, wo eine Zündkerze 243 angeordnet
ist, wodurch ein Wärmeverlust über die
Wandfläche 242 des
Zylinders des Motors durch eine adiabatische Wirkung der Luft bzw.
des zurückgeführten Abgases
verringert wird.
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8 zeigt
ein weiteres Beispiel, bei dem die Auslaßöffnung 213 des zusätzlichen
Gaskanals in bezug auf die Oberseite der unabhängigen Lufteinlaßleitung 205 exzentrisch
angeordnet ist. Bei diesem Aufbau strömt das zusätzliche Gas durch das Lufteinlaßventil 241 und
induziert einen vertikalen Wirbel (eine Umwälzung). Hierbei wird beim Einspritzen
von Kraftstoff durch ein (nicht dargestelltes) Kraftstoffeinspritzventil
zu nur einem der beiden Lufteinlaßventile 241 nur in
einem von dem einen, auf einer Seite angeordneten Lufteinlaßventil 241 abgedeckten
Teilbereich der Brennkammer 244 ein Gasgemisch erzeugt.
Dadurch wird eine Schichtenbildung des Gasgemischs in der Brennkammer 244 erzielt,
und ein hinreichend brennbares mageres Gasgemisch wird erhalten.
Ferner kollabieren die Wirbel beim Verdichtungshub des Motors, und
es werden mehrere kleine Turbulenzen erzeugt, so daß die Verbrennungsgeschwindigkeit
selbst bei einem mageren Gasgemisch verbessert wird.
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9 zeigt
ein weiteres Beispiel, bei dem die Auslaßöffnung 213 des zusätzlichen
Gaskanals in bezug auf die Unterseite der unabhängigen Lufteinlaßleitung 205 exzentrisch
angeordnet ist. Bei diesem Aufbau strömt das zusätzliche Gas durch das Lufteinlaßventil 241 und
induziert einen Wirbel, der sich in der der in 8 gezeigten entgegengesetzten Richtung
bewegt. Wenn hierbei von einem (nicht dargestellten) Kraftstoffeinspritzventil
Kraftstoff zu nur einem der beiden Lufteinlaßventile 241 eingespritzt wird,
wird nur in einem von dem einen, auf einer Seite angeordneten Lufteinlaßventil 241 abgedeckten
Teilbereich der Brennkammer 244 ein Gasgemisch erzeugt.
Dadurch wird eine Schichtenbildung des Gasgemischs in der Brennkammer 244 erzielt,
und es wird ein hinreichend brennbares mageres Gasgemisch erhalten.
Ferner kollabieren beim Verdichtungshub des Motors die Wirbel, und
mehrere kleine Turbulenzen werden erzeugt, so daß die Verbrennungsgeschwindigkeit
selbst bei einem mageren Gasgemisch verbessert wird.
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10 zeigt
ein weiteres Beispiel, bei dem auf der rechten und auf der linken
Seite der unabhängigen
Gaseinlaßleitung 205 in
der Nähe
von deren Ende zwei Auslaßöffnungen 213 des
zusätzlichen Gaskanals
vorgesehen sind. Die jeweiligen Auslaßöffnungen 213 des Kanals
sind zur Mitte der Brennkammer 244 gerichtet. Ferner ist
der zerstäubte Kraftstoff
von dem Kraftstoffeinspritzventil 245 derart eingestellt,
daß er
mit dem Gasstrom von den Auslaßöffnungen 213 des
zusätzlichen
Gaskanals kollidiert. Bei diesem Aufbau wird im mittleren Abschnitt der
Brennkammer 244 ein leicht entzündliches fettes Gasgemisch
erzeugt; daher wird, wenn die Zündkerze 243 in
diesem Bereich angeordnet ist, selbst dann eine wünschenswerte
Zündung
und Verbrennung erzielt, wenn ein Gasgemisch mit einem insgesamt
mageren Luft-/Kraftstoffverhältnis
in die Brennkammer 244 gefüllt wird. Ferner müssen, wenn
der zerstäubte Kraftstoff 246 von
dem Kraftstoffeinspritzventil 245 in der Mitte der Brennkammer 244 konzentriert
werden kann, die Auslaßöffnungen 213 des
zusätzlichen Gaskanals
nicht notwendigerweise auf beiden Seiten der unabhängigen Lufteinlaßleitung 205 vorgesehen sein,
statt dessen kann zum Erhalt von im wesentlichen den gleichen Vorteilen
wie vorstehend be schrieben nur eine einzige Auslaßöffnung 213 des zusätzlichen
Gaskanals exzentrisch zur Oberseite oder Unterseite der unabhängigen Lufteinlaßleitung 205 angeordnet
sein.
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Die 11 bis 13 zeigen
weitere Beispiele mit einem modifizierten Aufbau des zusätzlichen
Gaskanals.
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Bei
dem Beispiel gemäß 11 wird
eingelassene Luft durch einen Luftreiniger 201 geleitet, nach
einer Messung ihrer Strömungsmenge
durch einen Luftstrommesser 208 wird die Menge der eingelassenen
Luft durch eine Drosselklappe 203 eingestellt, und das
Teilungsverhältnis
der eingelassenen Luft für
einen Hauptkanal 202 und einen zusätzlichen Gaskanal 210 wird
durch ein Einlaßluftsteuerventil 251 eingestellt.
Das Einlaßluftsteuerventil 251 ist
entweder derart konstruiert, daß es
sich synchron mit der Drosselklappe 203, jedoch mit einer
vorgegebenen Verzögerung,
oder dann öffnet,
wenn der negative Druck der eingelassenen Luft einen vorgegebenen
Wert nahe dem Atmosphärendruck
erreicht, wodurch eine Wirbelstärke
eingestellt wird. Bei einem derartigen Aufbau kann die Menge der
durch ein zusätzliches
Luftsteuerventil 252 strömenden Luft bei einem Leerlaufbetrieb
und bei einer Steigerung des Drehmoments zum Antreiben von Zusatzeinrichtungen
des Motors verringert werden, wodurch die Herstellungskosten der
Anordnung verringert werden. Ferner ist es nicht erforderlich, entsprechend
der Anzahl der Zylinder des Motors mehrere Einlaßluftsteuerventile vorzusehen,
wie bei der herkömmlichen
Anordnung, sondern nur ein Lufteinlaßsteuerventil 251 ist
ausreichend, da das Einlaßluftsteuerventil 251 stromaufseitig
des Kollektors 204 angeordnet ist. Dementsprechend werden
die Herstellungskosten der Anordnung weiter verringert. Da bei der
vorliegenden Ausführungsform
das innere Volumen des zusätzlichen
Gaskanals 210 ebenso im Vergleich zu dem Gesamtvolumen
des Haupt gaskanals 202 einschließlich des Kollektors 204 und
der unabhängigen Gaseinlaßleitungen
für die
jeweiligen Zylinder des Motors klein konstruiert ist, werden selbstverständlich eine
Verbesserung der Reaktionseigenschaften des zusätzlichen Gases und ein Induzieren
eines Gaswirbels mit einer erforderlichen Stärke erzielt.
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12 zeigt
ein Beispiel, bei dem eine zusätzliche
Drosselklappe 253 derart in dem zusätzlichen Gaskanal 210 vorgesehen
ist, daß das
Einlaßluftsteuerventil 211 umgangen
wird. Bei dem vorliegenden Beispiel wird das Einlaßluftsteuerventil 211 zur
Steuerung der Luftmenge für
einen Leerlaufbetrieb und für
eine Steigerung des Drehmoments verwendet, und die zusätzliche
Drosselklappe 253 wird in einem Betriebsbereich mit einem
mageren Luft-/Kraftstoffverhältnis
zum Einstellen der Strömungsmenge
der zum Induzieren eines Gaswirbels verwendeten Luft verwendet,
wodurch die Kapazität des
Einlaßluftsteuerventils 211 reduziert
werden kann und die Herstellungskosten der Anordnung verringert
werden. Ebenso können
bei dem vorliegenden Aufbau auch eine Verbesserung der Reaktionseigenschaften
und ein Induzieren eines Gaswirbels mit einer erforderlichen Stärke erzielt
werden.
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13 ist
ein Beispiel, bei dem eine Drosseldüse 254 an der Auslaßöffnung 213 des
zusätzlichen Gaskanals
vorgesehen ist und deren grundlegender Aufbau und Funktionsweise
im wesentlichen mit den im Zusammenhang mit den 1 bis 6 erläuterten übereinstimmen.
Wenn bei dem vorliegenden Beispiel der Öffnungsgrad der Drosselklappe 203 gering
und die Strömungsmenge
der zusätzlichen
Luft klein sind, wie im Leerlaufbereich, wird die Ausgangsöffnung 213 des
zusätzlichen
Gaskanals von der Drosseldüse 254 begrenzt,
wodurch die Strömungsgeschwindigkeit
der zusätzlichen
Luft gesteigert und die Stärke
des Gaswirbels vergrößert werden,
wodurch selbst dann eine stabile Verbrennung erzielt wird, wenn
die Verbrennung bei einem Gasgemisch mit einem mageren Luft-/Kraftstoffverhältnis erfolgt.
Ebenso werden bei dem vorliegenden Beispiel selbstverständlich verbesserte
Reaktionseigenschaften des zusätzlichen
Gases erzielt, da das innere Volumen des zusätzlichen Gaskanals 210 derart festgelegt
ist, daß es
kleiner als das Gesamtvolumen des Hauptluftkanals 202 einschließlich des
Kollektors 204 und der unabhängigen Lufteinlaßleitungen 205 für die jeweiligen
Zylinder des Motors ist.
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14 zeigt
ein strukturelles Beispiel der unabhängigen Lufteinlaßleitung 205 mit
einer integrierten Anordnung zum Einpassen eines Kraftstoffeinspritzventils.
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Sowohl
ein Montageabschnitt 262 als auch Kraftstoffleitungen 263 und
Luftleitungen 264 zur Kraftstoffzerstäubung durch das Kraftstoffeinspritzventil
sind strukturell in die unabhängige
Lufteinlaßleitung 205 integriert.
Das Kraftstoffeinspritzventil 261 ist durch ein Anschlagelement 262 in
der unabhängigen
Lufteinlaßleitung 205 gesichert.
Durch die Integration des Montageabschnitts 262, der Kraftstoffleitungen 263 und
der Luftleitungen 264 zur Kraftstoffzerstäubung durch
das Kraftstoffeinspritzventil in der unabhängigen Lufteinlaßleitung 205 kann
das Kraftstoffeinspritzventil 261 im Vergleich zu der herkömmlichen
Anordnung, bei der die vier Teile getrennt hergestellt werden, in
der Nähe
der Mittelachse der Lufteinlaßleitung 205 angeordnet
sein, so daß ein
von der Kraftstoffzerstäubungsachse
und der Mittelachse der Lufteinlaßleitung 205 gebildeter
Winkel α verringert
werden kann. Ferner kann die Lufteinlaßleitung 205 optimal
konstruiert werden, so daß sie einer
sich ausbreitenden Konfiguration des zerstäubten Kraftstoffs entspricht
und die an der Innenwand der Lufteinlaßleitung 205 abgelagerte
Menge des von dem Kraftstoffeinspritzventil 261 eingespritzten zerstäubten Kraftstoffs
verringert wird. Dadurch wird die Kraftstoffablagerung in der Lufteinlaßleitung 205 verringert.
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15 zeigt
ein weiters, dem Beispiel gemäß 1 ähnliches
Beispiel. Die Luft wird über
einen Luftreiniger 301, einen Sensor 302 für die Luftströmungsmenge
und eine Drosselklappe 303 in einen Kollektor 304 eingesaugt,
ferner strömt
die Luft durch unabhängige
Lufteinlaßleitungen 305 für die jeweiligen
Zylinder des Motors und wird über
Lufteinlaßventile 306 in
die jeweiligen Brennkammern des Motors 307 aufgenommen.
Ein Kanal 308 ist vorgesehen, der die Drosselklappe 303 umgeht
und durch den einer Gaseinlaßöffnung 309 der
jeweiligen unabhängigen
Lufteinlaßleitungen 305 Luft
zugeführt
wird. Die Strömungsgeschwindigkeit
der die Drosselklappe 303 umgehenden Luft ist höher als
die der durch die unabhängigen
Lufteinlaßleitungen 305 strömenden Hauptluft.
Der Auslaß des
Umgehungskanals 308 wird geöffnet, um einen Zug für den Luftstrom
in der Gaseinlaßöffnung 309 zu
erzeugen. Der stromaufseitige Einlaß des Umgehungskanals 308 öffnet sich
an der Stromaufseite der Drosselklappe 303. Ferner ist
ein weiterer von dem Umgehungskanal 308 abzweigender Umgehungskanal 310 vorgesehen.
Der Kanal 310 wird zur Zufuhr von Luft zur Kraftstoffzerstäubung zu
einem Kraftstoffeinspritzabschnitt 312 eines Kraftstoffeinspritzventils 311 verwendet.
Die Auslässe
des Umgehungskanals 308 öffnen sich zu den unabhängigen Gaseinlaßöffnungen 309 für die jeweiligen
Zylinder des Motors. In den Umgehungskanälen 308 und 310 ist
ein Ventil 313 zur Steuerung der Strömungsmenge vorgesehen, das
derart beschaffen ist, daß es
die Menge der durch es strömenden
Luft in Abhängigkeit
von dem Betriebszustand des Motors steuert. Das Ventil 313 zur
Steuerung der Strömungsmenge
wird durch ein elektrisches Signal aktiviert. Wie vorstehend angegeben,
wird eine Sogströmung
in dem Luftstrom verursacht, da der Auslaßabschnitt des Umgehungskanals 308 in
bezug auf die Gaseinlaßöffnung 309 exzentrisch
angeordnet ist. Dadurch wird ein Gaswirbel in der Brennkammer erzeugt,
und die Verbrennung wird bei einem Betrieb mit einem mageren Luft-/Kraftstoffverhältnis stabilisiert.
Da ferner die Luft für
eine Steuerung der Drehzahl im Leerlauf und für einen schnellen Leerlauf
ebenso über
das Steuerventil 313 zugeführt wird, wird die Verbrennung
im Leerlaufbetrieb und im Anlaßbetrieb
verbessert, und die emittierte Menge an nicht verbranntem Kohlenwasserstoff
wird verringert. Überdies
kann das Luft-/Kraftstoffverhältnis
im Leerlaufbetrieb und im Anlaßbetrieb
auf ein mageres Luft-/Kraftstoffverhältnis eingestellt werden, wobei
dies zur Verringerung der Kraftstoffkosten und zur Verringerung
der Emission von nicht verbranntem Kohlenwasserstoff wirkungsvoll ist.
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16(a) zeigt ein weiteres, dem Beispiel gemäß 12 ähnliches
Beispiel, bei dem zwei Drosselventile 313 und 314 vorgesehen
sind, die jeweils der Zufuhr von Luft zu dem Umgehungskanal 308,
der so beschaffen ist, daß er
der Gaseinlaßöffnung 309 Luft
zuführt,
und dem Umgehungskanal 310 dienen, der so beschaffen ist,
daß er
Luft zur Zerstäubung
von durch das Kraftstoffeinspritzventil 311 eingespritzten
Kraftstoff zuführt.
Die Einlaßöffnung des
Umgehungskanals mündet
stromaufseitig der Drosselklappe 314. Die jeweiligen Drosselklappen 313 und 314 sind
mechanisch mit einem Gaspedal 315 gekoppelt. Die Drosselklappe 313 wird
zunächst als
Reaktion auf ein Niederdrücken
des Gaspedals 315 geöffnet.
Nach dem vollständigen Öffnen der Drosselklappe 313 beginnt
die Drosselklappe 314, sich zu öffnen, wobei diese Operationssequenz
in 16(b) dargestellt ist, in der
eine Kurve a einen Öffnungsgrad
der Drosselklappe 313 und eine Kurve b einen Öffnungsgrad
der Drosselklappe 314 zeigen. Während des Betriebs mit einem
mageren Luft- /Kraftstoffverhältnis wird über die
Drosselklappe 313 und den Umgehungskanal 308 Luft
eingesaugt. Dementsprechend werden ein Wirbel in dem eingelassenen
Gas induziert und die Verbrennung stabilisiert. Wenn das Gaspedal 315 über einen
vorgegebenen Grad hinaus niedergedrückt wird, wird auch die durch
die Drosselklappe 314 strömende Luft eingesaugt. Auch
in diesem Zustand ist eine Verbrennung bei einem mageren Luft-/Kraftstoffgemisch möglich, da über den
Umgehungskanal 308 mit hoher Geschwindigkeit strömende Luft
zugeführt
wird. Als Reaktion auf das Öffnen
der Drosselklappe 314 kann der Betrieb mit einem mageren
Luft-/Kraftstoffverhältnis
jedoch in den Betrieb mit einem normalen Luft-/Kraftstoffverhältnis zurückgeführt werden.
Bei dem vorliegenden Beispiel wird die Zufuhr eines Gases mit hoher
Geschwindigkeit über
einen mechanischen Ansteuervorgang gesteuert. Ein Steuerventil 31b zur
Steuerung der Drehzahl im Leerlauf ist so angeordnet, daß es das
Drosselventil 313 oder 314 umgeht. Zur Verbesserung
der Verbrennung während des
Leerlaufbetriebs ist das Steuerventil 316 zur Steuerung
der Drehzahl im Leerlauf jedoch so angeordnet, daß das Drosselventil 313 umgangen
wird. Ferner ist vorzugsweise auch ein Steuerventil 317 für die Steuerung
eines schnellen Leerlaufs so vorgesehen, daß es das Drosselventil 313 umgeht.
Durch eine derart aufgebaute Anordnung werden die Verbrennung während des
Anlaß-
und Leerlaufbetriebs verbessert und die ausgestoßene Menge des unverbrannten
Kohlenwasserstoffs verringert. Gemäß dem vorliegenden Beispiel
ist ein Betrieb bei einem mageren Luft-/Kraftstoffverhältnis möglich, da
Luft durch den Kanal 308 strömt, bis ein Öffnungsgrad
des Gaspedals 315 den vorgegebenen Grad erreicht.
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17 zeigt
ein weiteres Beispiel, bei dem ein Kollektor 318, dessen
Durchlaßabmessungen größer als
die des Umgehungskanals 308 sind, in dem mit der Drosselklappe 313 verbundenen
Umge hungskanal 308 vorgesehen ist. Bei einem derartigen Aufbau
werden ein Trägheitseffekt
der eingelassenen Luft in dem Umgehungskanal 308 induziert
und das Drehmoment bei einer niedrigen Drehzahl des Motors erhöht. Ferner
wird die durch die Drosselklappe 314 strömende Luft
in einen herkömmlichen
Kollektor 319 geleitet. In der die Drosselklappe 314 strömende Luft
wird ebenso mittels des Kollektors 319 ein Einlaßluft-Trägheitseffekt
induziert.
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Das
in 2(a) gezeigte, Einstellungen
des Luft-/Kraftstoffverhältnisses
darstellende Diagramm wird erneut erläutert. Im Leerlaufbetrieb im
Bereich I ist ein Luft-/Kraftstoffverhältnis, nämlich das Verhältnis λ der überschüssigen Luft,
in der Nähe
von 1 eingestellt. Ferner ist in einem Zustand mit geringer Last im
Bereich II die Menge der überschüssigen Luft
auf λ > 1,0, d.h. auf ein
mageres Luft-/Kraftstoffverhältnis eingestellt.
Außerhalb
dieses Bereichs ist das Luft-/Kraftstoffverhältnis auf λ = 1, d.h. auf das stöchiometrische
Luft-/Kraftstoffverhältnis,
eingestellt, da auf die Leistung des Motors Wert gelegt wird. Ein
weiterer äußerer Bereich
bildet einen Leistungsbereich, in dem das Luft-/Kraftstoffverhältnis auf λ < 1,0, d.h. auf ein
fettes Luft-/Kraftstoffverhältnis,
eingestellt ist. Luft zum Induzieren eines Gaswirbels in der Brennkammer
wird in einem Betriebszustand im Bereich II eingeleitet, in dem
das Luft-/Kraftstoffverhältnis auf λ > 1,0, d.h. auf ein
mageres Luft-/Kraftstoffverhältnis, eingestellt
ist. Wie vorstehend angegeben, wird die Verbrennung im Anlaßbetrieb
und im Leerlaufbetrieb verbessert, da selbst im Leerlaufbetrieb
die Drosselklappe umgehende Luft zur Verwendung für die Steuerung
der Leerlaufdrehzahl (ISC) in die Gaseinlaßöffnung eingeleitet wird. Gemäß 2(a) ist das Luft-/Kraftstoffverhältnis in dem einem Leerlaufbetrieb
entsprechenden Bereich I auf λ =
1 eingestellt, mittels der vorstehend beschriebenen Wirkung der Verbesserung
der Verbrennung kann das Luft- /Kraftstoffverhältnis jedoch
auf λ > 1,0, d.h. auf ein
mageres Luft-/Kraftstoffverhältnis, eingestellt
werden. 2(b) zeigt ein Beispiel von
Diagrammen des Öffnungsgrads
der Steuerventile für
die Umgehungsluft in den Bereichen I und II. Im Bereich I für den Leerlaufbetrieb
wird die Menge der Luft unter Verwendung eines Steuerventils zur
Steuerung der Leerlaufdrehzahl gesteuert. Ferner wird im Bereich
II für
einen Betrieb mit einer geringen Last die Menge der Umgehungsluft
unter Verwendung eines separaten Luftsteuerventils gesteuert, wobei
der Öffnungsgrad des
Steuerventils in Abhängigkeit
von einer von dem Motor benötigten
Luftmenge verändert
wird.
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Ebenso
zeigt das Diagramm gemäß 2(b) die Verwendung der separaten Steuerventile
für den
Bereich I und den Bereich II, wobei für die beiden Bereiche I und
II ein gemeinsames Steuerventil verwendet werden kann, wie für das Beispiel gemäß 1 dargestellt.
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Die 18(a) und 18(b) sind
Ansichten zur Erläuterung
des Betriebs des Steuerventils 313. 18(a) ist
ein Diagramm, das eine Verschiebung des Betriebszustands des Motors
von einem Punkt A zu einem Punkt B darstellt, wobei das Gaspedal
heruntergedrückt
und der Betriebsbereich des Motors in den einem mageren Luft-/Kraftstoffverhältnis entsprechenden
Bereich II verschoben werden. 18(b) zeigt
Veränderungen
der Steuerungsvariablen in bezug auf die Zeit als Reaktion auf die
Veränderung des Betriebszustands des Motors. θac bezeichnet
einen Senkungswinkel des Gaspedals, und in der Zeichnung wird der
Senkungswinkel gesteigert, wobei dies einen Beschleunigungszustand
repräsentiert.
Unmittelbar nach der Verschiebung des Betriebszustands in den Bereich
II, in dem mit einem mageren Luft-/Kraftstoffverhältnis gearbeitet
wird, wird die Grundmenge an eingespritztem Kraftstoff auf den vorhergehenden
Wert festgelegt. Da jedoch das Luft-/Kraftstoffverhältnis auf
ein mageres Luft-/Kraftstoffverhältnis
eingestellt ist, wird die Menge der Umgehungsluft gesteigert, um
das eingestellte Luft-/Kraftstoffverhältnis festzulegen. In der Zeichnung
bezeichnen Qm und Qs jeweils die zu diesem Zeitpunkt durch die jeweiligen
Einlaßkanäle strömende Hauptmenge
der Luft und die Menge der umgehenden Luft. Unmittelbar nach der
Verschiebung des Betriebszustands des Motors in den Bereich II mit
einem mageren Luft-/Kraftstoffverhältnis wird die Menge Qs der
umgehenden Luft gesteigert, um das Luft-/Kraftstoffverhältnis zu einem mageren Luft-/Kraftstoffverhältnis zu
verschieben. Die Hauptmenge Qm der Luft wird als Reaktion auf den
Senkungswinkel des Gaspedals gesteigert. Die umgehende Luftmenge
Qs kann als die zur Verschiebung des Luft-/Kraftstoffverhältnisses
zu einem mageren Luft-/Kraftstoffverhältnis erforderliche Luftmenge
betrachtet werden. Wird davon ausgegangen, daß Qf eine Kraftstoffmenge bezeichnet,
mit der sich in bezug auf die Luftmenge unmittelbar vor dem Herunterdrücken des
Gaspedals das stöchiometrische Luft-/Kraftstoffverhältnis ergibt,
entspricht der Betrag der Steigerung von Qs einer zur Verschiebung
des Luft-/Kraftstoffverhältnisses
aus dem stöchiometrischen
Luft-/Kraftstoffverhältnis
in das magere Luft-/Kraftstoffverhältnis verwendeten
Luftmenge. Durch eine derartige Maßnahme erfolgt eine gleichmäßige Verschiebung
des Betriebszustands des Motors aus dem Betrieb mit dem stöchiometrischen Luft-/Kraftstoffverhältnis in
den Betrieb mit einem mageren Luft-/Kraftstoffverhältnis.
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19(a) zeigt eine Steuerungsablaufübersicht
der vorstehend erläuterten
Steuerungssequenz. Zunächst
wird festgestellt, ob der Betriebszustand des Motors in einen Bereich
mit einem mageren Luft-/Kraftstoffverhältnis verschoben wurde. Wird festgestellt,
daß Zustand
in einen Bereich verschoben wurde, der einen Betrieb mit einem mageren Luft-/Kraftstoffverhältnis zuläßt, wird
die Kraftstoff menge vorübergehend
unverändert
beibehalten. Anschließend
wird der Öffnungsgrad
des (nachstehend als elektromagnetisches Ventil zur Erzeugung eines Wirbels
bezeichneten) Steuerventils 313 in einer Maske eingesehen,
das elektromagnetische Ventil zur Erzeugung eines Wirbels wird entsprechend
dem der Maske entnommenen Öffnungsgrad
betätigt,
und nach Abschluß des
vorstehend beschriebenen Vorgangs wird das Halten der Kraftstoffmenge
beendet. Anschließend
bewegt sich der Prozeß zu
einem weiteren Betriebsablauf in einem Betriebsbereich mit einem
mageren Luft-/Kraftstoffverhältnis, wie
in 19(b) dargestellt, wobei zunächst festgestellt wird,
ob der Betriebszustand nach wie vor in dem Betriebsbereich mit dem
mageren Luft-/Kraftstoffverhältnis
bleibt, und wenn festgestellt wird, daß der Zustand in dem Betriebsbereich
mit einem mageren Luft-/Kraftstoffverhältnis bleibt, wird die Maske
für den Öffnungsgrad
des elektromagnetischen Ventils zur Erzeugung eines Wirbels eingesehen,
und der erhaltene Wert wird ausgegeben. Anschließend wird festgestellt, ob
das Luft-/Kraftstoffverhältnis
ein Soll-Luft-/Kraftstoffverhältnis
erreicht hat, und wenn das tatsächliche
Luft-/Kraftstoffverhältnis
in bezug auf das Soll-Luft-/Kraftstoffverhältnis mager
ist, wird die Kraftstoffmenge erhöht, und wenn das tatsächliche
Luft-/Kraftstoffverhältnis
in bezug auf das Soll-Luft-/Kraftstoffverhältnis fett ist, wird die Kraftstoffmenge
verringert. Nach dem Öffnen
des elektromagnetischen Ventils zur Erzeugung eines Wirbels auf
einen Sollöffnungsgrad
wird nämlich
die Steuerung des Luft-/Kraftstoffverhältnisses durch Steigern oder
Verringern der Kraftstoffmenge ausgeführt.
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20 zeigt
eine in bezug auf die in 19(b) dargestellte
modifizierte Steuersequenz des Luft-/Kraftstoffverhältnisses.
Wird festgestellt, daß sich
der Betriebszustand in einem Betriebsbereich mit einem mageren Luft-/Kraftstoffverhältnis befindet,
wird die Menge des eingespritzten Kraftstoffs einer Maske entnommen,
und die der Maske entnommene Kraftstoffmenge wird von dem Kraftstoffeinspritzventil
eingespritzt. Anschließend
wird festgestellt, ob das tatsächliche
Luft-/Kraftstoffverhältnis
ein Soll-Luft-/Kraftstoffverhältnis
erreicht hat, und wenn festgestellt wird, daß das tatsächliche Luft-/Kraftstoffverhältnis in
bezug auf das Soll-Luft-/Kraftstoffverhältnis mager ist, wird das elektromagnetische
Ventil zur Erzeugung eines Wirbels geschlossen, um das Luft-/Kraftstoffverhältnis in
einen fetten Bereich zu verschieben, und ferner wird das elektromagnetische Ventil
zur Erzeugung eines Wirbels geöffnet,
um das Luft-/Kraftstoffverhältnis in
einen mageren Bereich zu verschieben, wenn festgestellt wird, daß das tatsächliche
Luft-/Kraftstoffverhältnis
im Vergleich zu dem Soll-Luft-/Kraftstoffverhältnis fett ist. Bei dem vorliegenden
Steuerverfahren wird das Luft-/Kraftstoffverhältnis nämlich über die Steuerung des Öffnungsgrads
des elektromagnetischen Ventils zur Erzeugung eines Wirbels durch
Verändern
der Luftmenge eingestellt. Ein Beispiel der bei den in den 19(b) und 20 beispielhaft
dargestellten Verfahren verwendeten Verfahren zur Feststellung,
ob das tatsächliche
Luft-/Kraftstoffverhältnis
das Soll-Luft-/Kraftstoffverhältnis erreicht
hat, ist eines, bei dem die Feststellung auf der Grundlage eines
erfaßten
Werts von einem das Abgas erfassenden Sensor für das Luft-/Kraftstoffverhältnis erfolgt.
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Anstelle
des das Abgas erfassenden Sensors für das Luft-/Kraftstoffverhältnis kann ein Sensor zur Erfassung
der Rauhigkeit des Motors zur Bestimmung des Luft-/Kraftstoffverhältnisses
verwendet werden.
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Die
Rauhigkeit des Motors kann entweder auf der Grundlage einer von
einem an der Brennkammer befestigten Verbrennungsdrucksensor erfaßten Veränderung
des Verbrennungsdrucks, auf der Grundlage einer beispielsweise von
einem an der Nockenwelle befestigten Kurbelwinkelsensor bzw. einem
Zahnradsensor erfaßten
Veränderung
der Drehzahl des Motors oder auf der Grundlage einer von einem am
Motorblock befestigten Klopfsensor erfaßten Klopfgröße bestimmt
werden.
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21 zeigt
eine weitere Sequenz zur Steuerung des Luft-/Kraftstoffverhältnisses, bei dem ein Motorrauhigkeitssensor
verwendet wird, Wird festgestellt, daß der Betriebszustand des Motors
in einem Betriebsbereich mit einem mageren Luft-/Kraftstoffverhältnis liegt,
wird ein erfaßter
Wert der Motorrauhigkeit gelesen. Die Motorrauhigkeit wird unter
Verwendung eines der vorstehend beschriebenen Verfahren bestimmt,
und wenn die erfaßte
Motorrauhigkeit größer als
ein Sollwert ist, wird festgestellt, daß das gegenwärtige Luft-/Kraftstoffverhältnis eine Grenze
des mageren Luft-/Kraftstoffverhältnisses
erreicht hat, das elektromagnetische Ventil zur Erzeugung eines
Wirbels wird geschlossen, und das Luft-/Kraftstoffverhältnis wird in einen fetten
Bereich verschoben. Umgekehrt wird das elektromagnetische Ventil
zur Erzeugung eines Wirbels geöffnet, und
das Luft-/Kraftstoffverhältnis
wird in einem mageren Bereich verschoben, wenn die erfaßte Rauhigkeit des
Motors kleiner als der Sollwert ist. Daher ist bei einer Betätigung des
elektromagnetischen Ventils zur Erzeugung eines Wirbels in Abhängigkeit
von der Rauhigkeit des Motors ein ständiger Betrieb des Motors an
der mageren Grenze des Luft-/Kraftstoffverhältnisses zulässig.
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22 zeigt
eine weitere modifizierte Sequenz zur Steuerung des Luft-/Kraftstoffverhältnisses
mit einer den Öffnungsgrad
des elektromagnetischen Ventils zur Erzeugung eines Wirbels betreffenden
Lernfunktion. Nach der Erfassung der Rauhigkeit des Motors wird
festgestellt, daß die
erfaßte
Rauhigkeit des Motors kleiner als ein Sollwert ist, der Öffnungsgrad
des elektromagnetischen Ventils zur Erzeugung eines Wirbels wird
gesteigert, und die Rauhigkeit des Motors wird erneut bewertet. Übersteigt zu
diesem Zeitpunkt die erfaßte
Rauhigkeit des Motors den Sollwert, wird der Öffnungsgrad des elektromagnetischen
Ventils zur Erzeugung eines Wirbels leicht verringert, und der Öffnungsgrad
des elektromagnetischen Ventils zur Erzeugung eines Wirbels zu diesem
Zeitpunkt wird in eine Maske eingeschrieben und gespeichert. Der
neu gespeicherte Öffnungsgrad
des elektromagnetischen Ventils zur Erzeugung eines Wirbels repräsentiert
nämlich
ein Luft-/Kraftstoffverhältnis
in der Nähe
der mageren Grenze des Luft-/Kraftstoffverhältnisses zu diesem Zeitpunkt.
Bei diesem Verfahren wird die Maske stets auf einem Stand gehalten,
auf dem sie selbst dann eine Grenze des Öffnungsgrads repräsentiert,
wenn Komponenten des Kraftfahrzeugs, wie der Motor, einer säkulären Veränderung
unterliegen.
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23(a) zeigt ein Diagramm, das eine Verschiebung
des Betriebsbereichs des Motors von einem Punkt C zu einem Punkt
D bei einem Herunterdrücken
des Gaspedals in einem Betriebszustand des Motors im Betriebsbereich
II mit einem mageren Luft-/Kraftstoffverhältnis darstellt.
Zu diesem Zeitpunkt wird auch die Kraftstoffmenge Qf entsprechend einer
Steigerung des Winkels θac
des Gaspedals gesteigert, wie in 23(b) dargestellt.
Die Tendenz zur Steigerung der Luftmenge zu diesem Zeitpunkt ist ebenfalls
in 23(b) durch die Luftmenge Qm
des Hauptgaseinlaßkanals
und die Luftmenge Qs des zusätzlichen
Gaskanals 308 dargestellt. Die beiden Luftmengen Qm und
Qs sind derart eingestellt, daß sie
entsprechend der Steigerung des Winkels θac des Gaspedals mit einer
vorgegebenen Rate gesteigert werden. Durch eine derartige Steuerung
wird stets ein Gaswirbel mit einer vorgegebenen Stärke erzielt.
Alternativ können
die Strömungsmengen
Qm und Qs abhängig
von der Drehzahl des Motors verändert
werden. In beiden Fällen
kann die Steuerung durch Speichern der optimalen Öffnungsgrade
des elektromagnetischen Ventils zur Erzeugung eines Wirbels in der
Maske mit Parametern der Drehzahl des Motors und der Motorlast erfolgen,
wie in 2(b) dargestellt.
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24 zeigt
ein Ablaufdiagramm der vorstehend erläuterten Steuersequenz. Zunächst wird
festgestellt, ob der Motor in einem Betriebsbereich mit einem mageren
Luft-/Kraftstoffverhältnis
beschleunigt wird, und wenn die Antwort ja ist, wird die Maske für die Öffnungsgrade
des elektromagnetischen Ventils zur Erzeugung eines Wirbels abgerufen,
das elektromagnetische Ventil zur Erzeugung eines Wirbels wird auf
der Grundlage des abgerufenen Öffnungsgrads geöffnet, und
die der Summe von Qm und Qs entsprechende Menge an Kraftstoff wird
eingespritzt, in diesem Moment wird jedoch das Luft-/Kraftstoffverhältnis auf
einen mageren Bereich eingestellt, wobei die Menge des eingespritzten
Kraftstoffs der bei dem eingestellten mageren Luft-/Kraftstoffverhältnis entspricht.
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25(a) zeigt ein Diagramm, das eine Verschiebung
des Betriebszustands des Motors von einem Punkt E zu einem Punkt
F darstellt, wobei hier eine Veränderung
des Betriebszustands des Motors aus einem Betriebsbereich mit einem
mageren Luft-/Kraftstoffverhältnis zu
einem Betriebsbereich mit einem anderen Luft-/Kraftstoffverhältnis erfolgt. Wie
in 25(b) dargestellt, wird unmittelbar
nach der Verschiebung des Betriebszustands des Motors aus einem
Betriebsbereich mit einem mageren Luft-/Kraftstoffverhältnis als Reaktion auf eine
Steigerung des Winkels θac
des Gaspedals die Kraftstoffmenge Qf unverändert beibehalten. Zu diesem
Zeitpunkt erfolgt eine Veränderung
des Luft-/Kraftstoffverhältnisses
durch eine Veränderung
der durch den Luft kanal 308 strömenden Luftmenge. Das Luft-/Kraftstoffverhältnis wird
nämlich
durch Verändern
von Qs gesteuert, wobei Qm im wesentlichen konstant gehalten wird.
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Ein
Ablaufdiagramm der Steuerungssequenz zu diesem Zeitpunkt ist in 26 dargestellt. Zunächst wird
festgestellt, ob der Betriebszustand des Motors aus dem Betriebsbereich
II mit einem mageren Luft-/Kraftstoffverhältnis verschoben wurde, und
wenn die Antwort ja ist, wird die Menge des eingespritzten Kraftstoffs
vorübergehend
unverändert beibehalten.
Anschließend
wird der Öffnungsgrad des
elektromagnetischen Ventils zur Erzeugung eines Wirbels verringert.
Nach Abschluß des
vorstehend beschriebenen Vorgangs wird das Beibehalten der Kraftstoffmenge
beendet. Daher erfolgt die Steuerung lediglich durch Verändern der
Luftmenge ohne eine Veränderung
der Kraftstoffmenge, wodurch ein Drehmomentstoß verringert wird, der beim Übergang zu
einem Betriebszustand mit einem anderen Luft-/Kraftstoffverhältnis verursacht
werden kann.
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27 ist
eine Draufsicht, die eine strukturelle Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung darstellt. 28 ist eine Schnittansicht entlang
der Linie A-A in 27, 29 ist
eine weitere Schnittansicht entlang der Linie B-B in 27,
und 30 ist eine weitere Schnittansicht längs der
Linie C-C in 27. In diesen Zeichnungen bezeichnen
das Bezugszeichen 101 einen Luftreiniger, 102 einen
Abschnitt zum Messen der Strömungsmenge
der eingelassenen Luft, 103 eine Drosselklappe, 104 einen Ausgleichsbehälter bzw.
eine Hauptkollektorkammer, 105 unabhängige, abzweigende Lufteinlaßleitungen, 106 eine
Steuereinheit, 107 Kraftstoffeinspritzeinrichtungen, 108 einen
Druckregler, 109 ein zusätzliches Luftsteuerventil, 110 ein
Abgasrückführventil, 111 eine
Lufteinlaßventil
zur Veränderung
der Kanallänge (wobei
die geöffnete
Stellung des Ventils durch die durchgehende Linie und die geschlossene
Stellung des Ventils durch die gestrichelte Linie dargestellt ist), 112 ein
Stellglied zum Öffnen
und Schließen
des Lufteinlaßventils
zur Veränderung
der Kanallänge, 113 einen
zusätzlichen
Lufteinlaßkanal
und 150 einen Hauptkörper
des Motors. Ferner zeigen die Pfeile in den Zeichnungen die Strömungsrichtung
der eingelassenen Luft in der Anordnung, und die durch gestrichelte
Linien dargestellten Pfeile zeigen die Strömungsrichtung der eingelassenen
Luft bei geschlossenem Lufteinlaßventil 111 zur Veränderung der
Kanallänge.
Die in den Motor einzulassende Luft wird über dessen Einlaßöffnung in
den Luftreiniger 101 eingeleitet, über ein darin vorgesehenes
Luftfilter 101a gefiltert und über den Abschnitt 102 zum
Messen der Strömungsmenge
der Luft zu der Drosselklappe 103 geleitet, die derart
betätigt
wird, daß sie sich
entsprechend den Absichten des Fahrers des Kraftfahrzeugs öffnet bzw.
schließt.
Der Strom der eingelassenen Luft wird durch einen durch die Drosselklappe 103 bestimmten Öffnungsbereich
gesteuert. Die durch die Drosselklappe 103 strömende Luft wird über die
unabhängigen,
abzweigenden Lufteinlaßleitungen 105 aus
dem Ausgleichsbehälter 104 auf
die jeweiligen Zylinder des Motors verteilt. In den jeweiligen unabhängigen abzweigenden
Lufteinlaßleitungen 105 ist
das Lufteinlaßventil 111 zur
Veränderung
der Kanallänge
vorgesehen, dessen Öffnungs-
und Schließvorgänge von
dem Stellglied 112 gesteuert werden. Außer über den vorstehend beschriebenen
Luftkanal wird dem Motor ferner nach der Steuerung der Menge der
eingelassenen Luft durch das zusätzliche
Luftsteuerventil 109 stromabseitig des Abschnitts 102 zur
Messung der Strömungsmenge
der Luft über
den zusätzlichen
Lufteinlaßkanal 113 die
Drosselklappe 103 umgehende eingelassene Luft zugeführt.
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Der
dem Motor zuzuführende
Kraftstoff, dessen Druck in den Kraftstoffleitungen durch den Druckregler 108 konstant
gehalten wird, wird von den auf der Grundlage eines in der Steuereinheit 106 unter
Verwendung von Signalen beispielsweise von dem Abschnitt 102 zur
Messung der Luft berechneten Signalwerts betätigten Einrichtungen 107 zum Einspritzen
des Kraftstoffs in die jeweiligen Zylinder des Motors eingespritzt.
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Bei
der vorliegenden Ausführungsform
sind die vorstehend genannten Elemente sowie das Abgasrückführventil 112 zur
Zufuhr eines Teils des Abgases zu dem Motor als einstückiger Körper aufgebaut.
Einige der Elemente können
gegebenenfalls aus dem integrierten Körper entfernt und zusätzliche Elemente
hinzugefügt
werden, die in den einstückigen
Körper
integrierten Elemente sind nicht auf die vorstehend genannten begrenzt.
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Bei
dem vorstehend beschriebenen Aufbau wird ein bei einer herkömmlichen
Lufteinlaßanordnung
vorgesehener, den Luftreiniger bzw. den Abschnitt zur Aufnahme des
Einlaßluftstömungsmessers
mit dem Abschnitt zur Aufnahme der Drosselklappe verbindender Kanal
weggelassen, und der Luftreiniger und der Abschnitt zur Aufnahme
des Luftströmungsmessers
können
an dem Motorabschnitt montiert werden. Da bei der vorliegenden Ausführungsform
die Drosselklappe 103 zwischen den unabhängigen abzweigenden
Lufteinlaßleitungen 105 angeordnet
ist, kann ferner das Volumen des Ausgleichsbehälters 104 gesteigert
werden, wobei die Länge
der unabhängigen,
abzweigenden Lufteinlaßleitungen 105 für die mehreren
Zylinder in dem begrenzten Raum im wesentlichen identisch gehalten wird.
Dementsprechend kann der Raum für
die Lufteinlaßanordnung
verringert werden, und die gesamte Lufteinlaßanordnung kann als einheitlicher
Körper behandelt
werden, wodurch ihre Anordnung in einem Motorraum eines Kraftfahrzeugs
erleichtert und ihre Standardisierung ermöglicht werden. Ferner wird
die Anzahl der Schritte für ihren
Zusammenbau verringert, und eine Motorleistungsprüfung an
den jeweiligen tatsächlichen
Erzeugnissen in einer Fertigungsstraße für die Motoren wird ermöglicht.
Da die Lufteinlaßanordnung
selbst darüber
hinaus als einstückiger
Körper
ausgebildet ist, wird eine Leistungsprüfung an den jeweiligen tatsächlichen
Erzeugnissen ermöglicht,
wodurch die Leistung der gesamten Lufteinlaßanordnung zum Zeitpunkt ihrer
Herstellung überprüft werden
kann. Darüber
hinaus besteht die allgemeine Tendenz eines Schwankens des Ausgangssignals
des Luftströmungsmessers
aufgrund von Kräuselwellen
in der in den Motor eingelassenen Luft, und die Schwingung wird
maximiert, wenn die Drehzahl des Motors mit der Eigenschwingungsfrequenz
in der Lufteinlaßleitung übereinstimmt.
Da die Länge
des Kanalabschnitts, in dem der Luftströmungsmesser angeordnet ist,
im wesentlichen dem Abstand zwischen dem Luftreiniger und dem Ausgleichsbehälter entspricht,
war bei der herkömmlichen
Anordnung, bei der die Kanallänge
aufgrund der Anordnung des Kanals verlängert war, die Eigenschwingungsfrequenz
des Kanals eine Frequenz in einem niederfrequenten Bereich, wodurch
die Wahrscheinlichkeit bestand, daß bei dessen tatsächlicher Verwendung
eine Störung
des Ausgangssignals des Luftströmungsmessers
verursacht wurde, bei der vorliegenden Erfindung ist jedoch die
Kanallänge verkürzt, wodurch
die Eigenschwingungsfrequenz der Leitung dahingehend verbessert
wird, daß sie eine
Frequenz in einem höheren
Frequenzbereich (eine um das Fünffache
höhere
Frequenz als bei der herkömmlichen
Anordnung, beispielsweise 25–125 Hz)
ist und die herkömmlicher
Weise verursachte Störung
des Ausgangssignals des Luftströmungsmessers
verringert wird.
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Ferner
erfolgt durch Verlängern
der jeweiligen unabhängigen
abzweigenden Lufteinlaßleitungen
eine Steigerung des Drehmoments bei einer niedrigen Drehzahl des
Motors. Bei der vorliegenden Aus führungsform wird die Verlängerung
der jeweiligen unabhängigen
abzweigenden Lufteinlaßleitungen
durch Anordnen der jeweiligen unabhängigen abzweigenden Lufteinlaßleitungen 105 um
den Umfang des Ausgleichsbehälters 104 und
durch Nutzen eines Teils der äußeren Wandfläche des
Ausgleichsbehälters 104 auf
einem begrenzten Raum realisiert. Dagegen erfolgt eine Steigerung
des Drehmoments bei einer hohen Drehzahl des Motors durch Verkürzen der
jeweiligen unabhängigen
abzweigenden Lufteinlaßleitungen,
wobei dies eine der für
eine niedrige Drehzahl des Motors genau entgegengesetzte Anforderung
ist. Bei der vorliegenden Ausführungsform
werden die unabhängigen
abzweigenden Lufteinlaßleitungen,
die die vorstehend genannten entgegengesetzten Anforderungen erfüllen, durch
Einbauen des Lufteinlaßventils 111 zum
Verändern
der Länge
des Kanals leicht realisiert, wie in 27 deutlich
dargestellt. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird das Lufteinlaßventil 111 zum
Verändern
der Länge
des Kanals derart gesteuert, daß das
Ventil bei einer hohen Drehzahl des Motors durch einen Membranmechanismus
des Stellglieds 112 geöffnet und
bei einer niedrigen Drehzahl des Motors geschlossen wird. Das Steuerverfahren
des Ventils ist jedoch nicht spezifisch auf das vorstehend beschriebene
begrenzt, das Ventil kann beispielsweise unter Verwendung eines
Elektromotors linear gesteuert werden.
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Ferner
ist die Steuereinheit 106, die die Betriebszustände des
Motors steuert, an der Außenwand
des Luftreinigers 101 montiert. Dementsprechend wird die
Steuereinheit 106 durch die eingelassene Luft gekühlt, und
eine Wärmewirkung
des Motors 150 auf sie wird verringert. Ferner wird die
Arbeit des Ersetzens der Steuereinheit 106 in Werkstätten erleichtert,
und die Wartungseigenschaften des Kraftfahrzeugs werden weiter verbessert.
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Darüber hinaus
ist der zusätzliche
Lufteinlaßkanal 113,
in dem das zusätzliche
Luftsteuerventil 109 untergebracht ist, ebenfalls in die
erfindungsgemäße Lufteinlaßanordnung
integriert, wobei Leitungen, wie Gummischläuche, entfallen und die Herstellungskosten
der Anordnung verringert werden.
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Obwohl
die vorstehend beschriebene Lufteinlaßanordnung durch eine Kombination
jeweiliger getrennt hergestellter funktioneller Elemente erzeugt werden
kann, können
jedoch überdies
ihre Herstellungskosten weiter verringert werden, wenn so viele dieser
funktionellen Elemente wie möglich
durch einstückiges
Gießen,
beispielsweise aus einem Kunstharz, hergestellt werden.
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Die 31 bis 34 zeigen
eine weitere strukturelle Ausführungsform.
Diese Figuren entsprechen jeweils den 27 bis 30 der
vorstehend beschriebenen strukturellen Ausführungsform, und die gleichen
Bezugszeichen wie bei der vorstehend beschriebenen strukturellen
Ausführungsform
werden zur Bezeichnung der gleichen bzw. äquivalenter Elemente verwendet.
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Bei
der vorliegenden Ausführungsform
ist die Drosselklappe 103 außerhalb der jeweiligen unabhängigen abzweigenden
Lufteinlaßleitungen 105 angeordnet.
Bei diesem Aufbau wird das Volumen des Luftfilters 101a gesteigert,
und der Widerstand für den
eingelassenen Luftstrom wird verringert, wodurch die Motorleistung
gesteigert werden kann. Ferner wird das einstückige Gießen der jeweiligen funktionellen
Elemente weiter erleichtert.
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Zudem
ist die Steuereinheit 106 auf der Innenseite des Luftreinigers 101 montiert.
Bei diesem Aufbau wird die Steuereinheit 106 ferner durch
die eingelassene Luft zwangsweise gekühlt, und da die Steuereinheit 106 überdies
stromabseitig des Luftfilters 101a angeordnet ist, ist
die Steuereinheit 106 beispielsweise Wasserspritzern und
Staub kaum ausgesetzt, wodurch die Zuverlässigkeit der Steuereinheit 106 weiter
verbessert wird. Ferner wird die Arbeit des Ersetzens der Steuereinheit
in einer Werkstatt leichter als bei dem Luftfilter 101a.
Ferner wird die Effizienz des Zusammenbaus weiter verbessert, wenn
bei den beiden vorstehend beschriebenen strukturellen Ausführungsformen
die Lufteinlaßanordnung
nach der Fertigstellung des Motors als Unterbaugruppe mit diesem
kombiniert wird.
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Durch
das Vorsehen des zusätzlichen
Gaskanals, durch den außer über den
Hauptkanal der Lufteinlaßleitung
mehrere Gase eingeleitet werden, und seine Auslaßöffnung in der Nähe des Lufteinlaßventils
kann die Richtung des zusätzlichen
Gaskanals in bezug auf den Hauptlufteinlaßkanal frei eingestellt werden,
und die Menge des zusätzlichen
Gases kann selbst während
des Betriebs des Motors durch das Steuerventil gesteuert werden,
wodurch die Stärke
des induzierten Gaswirbels im Vergleich zu einer herkömmlichen
Anordnung in einem weiten Bereich frei verändert werden kann.
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Da
die erfindungsgemäße Einrichtung
zum Induzieren eines Gaswirbels kein Einlaßluftsteuerventil und keine
spiralförmige Öffnung in
dem Hauptluftkanal erfordert, wie es bei der herkömmlichen
Anordnung der Fall ist, d.h. da die bei einem Betrieb des Motors
mit voller Last in dem Hauptluftkanal einen Widerstand für den Strom
der eingelassenen Luft bildenden Elemente wegfallen, wird eine Verringerung der
Motorleistung unterdrückt.
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Da
das Innenvolumen des zusätzlichen
Gaskanals derart festgelegt wird, daß es kleiner als das des Hauptluftkanals
ist, kann dem Motor eine erforderliche Gasmenge prompt zugeführt werden,
wodurch die Stabilität
des Motors während
eines Leerlaufbetriebs und die Reaktionseigenschaften des Motors
im Leerlaufbetrieb, bei einer Steigerung des Drehmoments und bei
einem Betrieb mit Abgasrückführung verbessert
werden.
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Da
das zurückgeführte Abgas
gleichmäßig in die
jeweiligen Zylinder des Motors oder in einer Richtung eingeleitet
werden kann, in der es die Verbrennung darin nicht beeinträchtigt,
kann der Motor in einem Abgasrückführbetrieb
mit einer großen
Menge an zurückgeführtem Abgas
stabil arbeiten.
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Da
der Montageabschnitt, die Kraftstoffleitungen und die Luftleitungen
zur Zerstäubung
des Kraftstoffs durch das Kraftstoffeinspritzventil einstückig mit
der Lufteinlaßleitung
ausgebildet sind, kann das Kraftstoffeinspritzventil in der Nähe der Mittelachse
der Lufteinlaßleitung
angeordnet sein, und der von der Achse des zerstäubten Kraftstoffs und der Mittelachse
des Lufteinlaßleitung
gebildete Winkel kann verringert werden. Ferner kann die Lufteinlaßleitung
entsprechend dem sich ausweitenden Aufbau des zerstäubten Kraftstoffs
optimal beschaffen sein, so daß die
Menge des auf der Innenwand der Lufteinlaßleitung abgelagerten, von
dem Kraftstoffeinspritzventil eingespritzten, zerstäuben Kraftstoffs
verringert wird. Dadurch wird die Kraftstoffablagerung in der Lufteinlaßleitung
verringert, und eine Lufteinlaßanordnung
mit guten Reaktionseigenschaften des Kraftstoffs bei einer Beschleunigung
wird erhalten.