DE4117675A1 - Ansaugluft-steuervorrichtung fuer eine brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Ansaugluft-Steuervorrichtung für eine Brennkraft­ maschine.

Es sind verschiedenartige Ansaugsysteme für Brennkraftmaschinen vorge­ schlagen und praktisch eingesetzt worden. Eines dieser Systeme wird in der Veröffentlichung SAE Technical Paper Series No. 8 80 388 vorgestellt. Fig. 2 dieser Veröffentlichung zeigt ein Ansaugluft-Steuersystem, bei dem Dreh­ schieberventil im Ansaugkanal stromaufwärts des Einlaßventils angeordnet ist. Das Drehschieberventil wird in zeitlicher Beziehung zu den Öffnungs- und Schließbewegungen des Einlaßventils geöffnet, so daß die Luft beim Saughub des Kolbens während einer Öffnungs-Überlappungsperiode des Drehschie­ berventils und des Einlaßventils in die Brennkammer des Zylinders einge­ saugt wird. Aufgrund der Betätigung des Drehschieberventils wird dabei der Druck in dem Ansaugkanal in der Anfangsphase der Öffnung des Einlaßventils gleich dem Atmosphärendruck, so daß Pumpverluste des Motors vermindert werden.

Außerdem zeigt Fig. 9 dieser Veröffentlichung ein Ansaugluft-Steuersy­ stems, bei dem in dem Ansaugkanal stromaufwärts des Drehschieberventils eine Drosselklappe vorgesehen ist, und bei dem der Druck in dem Ansaugka­ nal zuvor durch Drosselung der Luftströmung mit Hilfe der Drosselklappe auf einen Wert unter dem Atmosphärendruck abgesenkt wird. Hierdurch kann der Brennkammerdruck am unteren Totpunkt des Kolbens eingestellt wer­ den, beispielsweise auf -73,3 kPa (-550 mmHg) relativ zum Atmosphären­ druck im Leerlauf eingestellt werden, so daß auf diese Weise die Ansaugluft­ zufuhr zur Brennkammer gesteuert wird. In der provisorischen japanischen Patentveröffentlichung Nr. 55-1 48 932 wird ein anderes Beispiel eines ähnli­ chen Ansaugluft-Steuersystems beschrieben, bei dem ein Drehventil im An­ saugkanal stromaufwärts des Einlaßventils angeordnet ist.

Bei den oben beschriebenen herkömmlichen Systemen treten jedoch die fol­ genden Probleme auf. Da das Drehschieberventil in Reihe mit dem Einlaßven­ til angeordnet ist, wird ein komplizierter Getriebemechanismus mit einer Vielzahl von Zahnrädern benötigt, um die Drehwinkel-Phase des Drehschie­ berventils zu verändern. Dies erhöht die Reibungsverluste, so daß der durch die Verminderung der Pumpverluste erzielte Effekt völlig wieder aufgezehrt wird. Darüber hinaus ist es schwierig, die Ansaugluftmenge für jeden Zylinder der Brennkraftmaschine mit Hilfe eines solchen komplizierten Getriebeme­ chanismus zu steuern.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Ansaugluft-Steuervorrichtung zu schaffen, die einen einfachen Aufbau aufweist und es gestattet, das Ausgangsdrehmo­ ment der Brennkraftmaschine insbesondere bei niedriger Last auf einem an­ gemessenen (hohen) Wert zu halten und eine Abnahme des Ausgangsdrehmo­ ments bei weit geöffneter Drosselklappe zu verhindern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Im folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigt

Fig. 1 eine Prinzipskizze der Ansaugluft-Steuervorrichtung;

Fig. 2 eine Skizze eines wesentlichen Teils der Steuervorrichtung;

Fig. 3 die Gesamtanordnung der Steuervorrichtung gemäß Fig. 2;

Fig. 4 ein Zeitdiagramm des Ansaugdruckes und des Öffnungsgrades eines Bypassventils bei der Steuervorrichtung nach Fig. 2;

Fig. 5 ein Flußdiagramm für die Steuerung einer Drosselklappe bei der Steuervorrichtung nach Fig. 2;

Fig. 6 eine Graphik zur Illustration der Beziehung zwischen einem be­ grenzten maximalen Öffnungsgrad und der Motordrehzahl bei der Vorrichtung nach Fig. 2;

Fig. 7 ein Diagramm des Ansaugdruckes und eines Soll-Öffnungsgra­ des der Drosselklappe, zur Illustration der Wirkungsweise der Steuervorrichtung; und

Fig. 8 eine Graphik ähnlich Fig. 7 zur Erläuterung der Nachteile ei­ nes Vergleichsbeispiels.

Fig. 1 zeigt eine Ansaugluft-Steuervorrichtung 10 für eine Brennkraftma­ schine 12. Die Steuervorrichtung 10 weist mehrere Ansaugkanäle 14 auf, die jeweils mit einer Brennkammer 12b in einem Zylinder 12a der Brennkraft­ maschine verbindbar sind. Die Ansaugluft strömt durch jeden der Ansaugka­ näle 14 in die zugehörige Brennkammer. In jedem Ansaugkanal ist ein erstes Steuerventil 18 beweglich angeordnet, durch das die Ansaugluftmenge in dem betreffenden Ansaugkanal gesteuert wird. Der Bereich des Ansaugkanals 14 stromaufwärts des ersten Steuerventils 18 steht jeweils mit einem Ver­ bindungskanal 20 in Verbindung, so daß die durch den Ansaugkanal strömen­ de Luft auch in den zugehörigen Verbindungskanal gelangen kann. In dem Verbindungskanal ist jeweils ein zweites Steuerventil 22a angeordnet, durch das der Luftdurchsatz durch den Verbindungskanal gesteuert wird. Jedes der zweiten Steuerventile wird durch eine zugehörige Steuereinrichtung A in Ab­ hängigkeit von wenigstens einem Betriebsparameter für den zugehörigen Zy­ linder gesteuert. Ein Drehzahlfühler B dient zur Erfassung der Drehzahl der Brennkraftmaschine. Durch eine Einstelleinrichtung C wird ein begrenzter maximaler Öffnungsgrad für jedes der ersten Steuerventile in Abhängigkeit von der gemessenen Drehzahl auf einen Wert eingestellt, bei dem der Druck in der zugehörigen Brennkammer zu einem Zeitpunkt vor dem Expansions­ hub annähernd sein Maximum erreicht. Eine Begrenzungseinrichtung D be­ grenzt den Öffnungsgrad des ersten Steuerventils auf den begrenzten maxi­ malen Öffnungsgrad.

Durch den Verbindungskanal 20 und das zweite Steuerventil 22 kann Ansaug­ luft in den stromabwärtigen Teil des Ansaugkanals strömen, so daß der An­ saugdruck in dem relativ kleinvolumigen Teil des Ansaugkanals zwischen dem ersten Steuerventil (Drosselklappe) und dem Einlaßventil 16 während einer Zeit zwischen den Schließ- und Öffnungszeitpunkten des Einlaßventils erhöht wird. Dies führt dazu, daß der Ansaugdruck im Ansaugkanal zur Zeit der Öffnung des Einlaßventils annähernd den Atmosphärendruck erreicht. Auf diese Weise wird mit einer einfachen Anordnung eine weitgehende Ver­ ringerung der Pumpverluste der Brennkraftmaschine erreicht. Darüber hin­ aus wird das Ausgangsdrehmoment der Brennkraftmaschine im Betrieb mit niedriger Last verbessert, und es ist möglich, die Ansaugluftmenge für jeden einzelnen Zylinder der Brennkraftmaschine zu steuern.

Der Öffnungsgrad des ersten Steuerventils ist nach oben durch den in Abhän­ gigkeit von der Maschinendrehzahl eingestellten maximalen Öffnungsgrad begrenzt. Hierdurch wird verhindert, daß der Druck in der Brennkammer durch Rückströmung der Luft durch das erste Steuerventil vermindert wird, und es wird eine Abnahme des Ausgangsdrehmoments der Brennkraftmaschi­ ne vermieden.

Fig. 2 und 3 zeigen ein Beispiel der Ansaugluft-Steuervorrichtung 10 für die Brennkraftmaschine 12, bei der es sich um eine Mehrzylinder-Brenn­ kraftmaschine eines Kraftfahrzeugs handelt.

Die Brennkammer 12b jedes Zylinders 12a der Brennkraftmaschine ist über das Einlaßventil 16 mit dem zugehörigen Ansaugkanal 14 verbindbar. Das stromabwärtige Ende des Ansaugkanals 14 wird durch das Einlaßventil 16 begrenzt. Das erste Steuerventil 18 wird durch eine Drosselklappe gebildet, die stromaufwärts des Einlaßventils 16 drehbar in dem Ansaugkanal 14 ange­ ordnet ist und somit in Reihe mit dem Einlaßventil 16 liegt und die durch den Ansaugkanal 14 strömende Ansaugluftmenge steuert. Jeder der Ansaug­ kanäle 14 der Brennkraftmaschine weist eine eigene Drosselklappe 18 auf.

Der Verbindungskanal 20 ist so angeordnet, daß er die stromaufwärts und stromabwärts der Drosselklappe 18 gelegenen Abschnitte des Ansaugkanals 14 miteinander verbindet und somit einen Bypasskanal für die Drosselklappe 18 bildet. Jeder der Ansaugkanäle 14 der Brennkraftmaschine weist einen gesonderten Bypasskanal 20 auf. Das zweite Steuerventil 22a ist beweglich in dem Bypasskanal 20 angeordnet und soll deshalb auch als Bypassventil be­ zeichnet werden. Es wird betätigt durch ein elektromagnetisches Stellglied 22b, das zusammen mit dem Bypassventil eine Ventileinheit 22 bildet. Der Öffnungsgrad des Bypassventils 22a wird durch das Stellglied 22b in Abhän­ gigkeit von einem elektrischen Signal einer Steuerschaltung 24 gesteuert. Das Volumen des Abschnitts des Ansaugkanals 14 zwischen der Drosselklap­ pe 18 und dem Einlaßventil 16 beträgt höchstens die Hälfte des maximalen Volumens der Brennkammer 12b, also des Volumens der Brennkammer am unteren Totpunkt des Kolbens 12c.

Wie in Fig. 3 gezeigt ist, erhält die Steuerschaltung 24 ein Bezugssignal und ein Positionssignal von einem Kurbelwinkelsensor 26. Das Bezugssignal wird jeweils nach einer Kurbelwellendrehung von 180° erzeugt. Das Positionssignal wird jeweils nach einer Kurbelwellendrehung von 1° erzeugt. Weiterhin er­ hält die Steuerschaltung 24 ein Zylinderdruck-Signal von einem Zylinder- Drucksensor 27, der in eine nicht gezeigte Unterlegscheibenpackung einer nicht gezeigten Zündkerze eingebettet ist, die in die Brennkammer 12b ragt. Ein Gaspedalsensor 28 erfaßt den Betätigungswinkel oder Betätigungsgrad eines Gaspedals 30 und erzeugt ein diesen Betätigungswinkel angebendes Gaspedalsignal.

Die Drosselklappe 18 ist fest auf einer Drosselklappenwelle 18a angeordnet, an deren einem Ende ein Getriebe-Zahnrad 20a angeordnet ist. Das Zahnrad 20a kämmt mit einem weiteren Getriebe-Zahnrad 20b, das auf der Antriebs­ welle eines Motors 22 montiert ist. Auf diese Weise wird die Drosselklappe 18 durch den Motor 22 zu den Öffnungs- und Schließbewegungen angetrie­ ben. Der Motor 22 wird durch ein Drosselklappen-Steuersignal von einer Drosselklappensteuerung 32 angesteuert. Die Drosselklappensteuerung 32 erhält von einem Drosselklappensensor 34 ein Drosselklappensignal, das die Position (den Öffnungsgrad) der Drosselklappe 18 angibt.

Die Drosselklappensteuerung 32 steht in wechselseitiger elektrischer Ver­ bindung mit der Steuerschaltung 24 und erhält ein Sollwertsignal, das den Soll-Öffnungsgrad der Drosselklappe 18 angibt, und/oder ein Grenzwert­ signal, das den begrenzten maximalen Öffnungsgrad für die Drosselklappe an­ gibt. Der Soll-Öffnungsgrad entspricht dem Betätigungswinkel des Gaspedals 30. Das Sollwertsignal wird somit in Abhängigkeit von dem Gaspedalsignal des Gaspedalsensors 28 erzeugt. Die Bedeutung des begrenzten maximalen Öffnungsgrades soll weiter unten näher erläutert werden. Die Drosselklap­ pensteuerung 32 nimmt das Signal des Drosselklappensensors 34 als Rück­ kopplungssignal auf und steuert den Motor 22 so an, daß die Drosselklappe 18 entweder auf den Soll-Öffnungsgrad oder auf den begrenzten maximalen Öffnungsgrad geregelt wird.

Eine Rückholfeder 36 ist so mit der Drosselklappenwelle 18a verbunden, daß sie die Drosselklappe 18 in Richtung auf ihre Schließstellung vorspannt, in der der Ansaugkanal 14 gesperrt ist. Die vollständig geschlossene Stellung der Drosselklappe 18 wird durch einen Anschlag 38 bestimmt. In Fig. 2 ist weiterhin eine Einspritzdüse 40 gezeigt, über die Kraftstoff in den Ansaugka­ nal 14 eingespritzt wird.

Nachfolgend soll die Arbeitsweise der oben beschriebenen Steuervorrichtung erläutert werden.

Zunächst soll die Steuerung des Bypassventils 22a dargestellt werden. Die in den einzelnen Brennkammern 12b der Brennkraftmaschine herrschenden Drücke werden mehrfach (beispielsweise vierfach) mit Hilfe der Drucksenso­ ren 27 gemessen. Die beiden den mehreren Messungen für jede einzelne Brennkammer 12b von dem zugehörigen Drucksensor gemessenen Drücke werden gemittelt, so daß man einen mittleren Brennkammerdruck für jede einzelne Brennkammer 12b erhält.

Danach werden die mittleren Brennkammerdrücke für die einzelnen Zylin­ der 12 gemittelt, so daß man den mittleren Druck sämtlicher Brennkam­ mern erhält. Der mittlere Brennkammerdruck für jeden einzelnen Zylinder 12 wird von dem mittleren Druck sämtlicher Brennkammern substrahiert, so daß man eine Druckdifferenz oder Druckabweichung für jeden einzelnen Zy­ linder 12 erhält. Anhand dieser Abweichung berechnet die Steuerschaltung 24 Steuerwerte für die einzelnen Zylinder 12 in der Weise, daß von den ein­ zelnen Zylindern 12 im wesentlichen das gleiche Ausgangsdrehmoment ge­ liefert wird. Die Steuerschaltung 24 sendet Signale entsprechend den Steu­ erwerten an die jeweiligen elektromagnetischen Stellglieder 22b der Zylin­ der 12 und steuert so den Öffnungsgrad der Bypassventile 22a.

Die Steuerung des Öffnungsgrads der Bypassventile 22a soll nachfolgend an­ hand des Zeitdiagramms in Fig. 4 erläutert werden. Als Beispiel soll der Leerlaufbetrieb betrachtet werden, bei dem die Drosselklappe vollständig ge­ schlossen ist. In Fig. 4 bezeichnet "SAUGEN" den Ansaugtakt, "VERDICH­ TUNG" den Verdichtungstakt, "ARBEIT" den Arbeitstakt und "AUSPUFF" den Auspufftakt eines Zylinders.

Während des Verdichtungstaktes und des Arbeitstaktes ist das Bypassventil 22a vollständig geöffnet, so daß der Druck in dem Abschnitt des Ansaugka­ nals 14 stromabwärts der Drosselklappe 18 bis zur Anfangsphase des Ansaug­ hubes, also bis zum Öffnen des Einlaßventils 16, den Atmosphärendruck er­ reicht. Der Druck stromabwärts der Drosselklappe 18 ändert sich gemäß der gestrichelten Kurve C in Fig. 4 und steigt von dem Wert am unteren Tot­ punkt des Kolbens am Ende des Ansaugtaktes (beispielsweise -73,3 bis -76,0 kPa (-550 bis -570 mmHg im Leerlauf) auf einen Wert in der Nähe des Atmo­ sphärendruckes an.

Wenn, um zu erreichen, daß der Druck in der Anfangsphase des Ansaughubes gleich dem Atmosphärendruck ist, das Bypassventil 22a so gesteuert wird, daß es ständig zu einem gewissen Grad geöffnet ist, so ändert sich der Druck gemäß der durchgezogenen Kurve A in Fig. 4. In diesem Fall kann der An­ saugdruck am unteren Totpunkt am Ende des Saughubes nicht ausreichend absinken, so daß die angesaugte Luftmenge über den Sollwert hinaus erhöht wird. Wenn der Öffnungsgrad des Bypassventils 22a so verringert wird, daß der Druck am unteren Totpunkt des Kolbens den oben genannten Wert von -73,3 bis -76,3 kPa (-550 bis -570 mmHg) annimmt, so erreicht der Druck am Anfang des Ansaughubes nicht den Atmosphärendruck, wie durch die durchgezogene Kurve B in Fig. 4 angegeben wird.

Bei diesem Ausführungsbeispiel wird deshalb am Öffnungszeitpunkt des Ein­ laßventils 16 das Bypassventil 22a aus dem oben erwähnten vollständig geöff­ neten Zustand so weit geschlossen, daß der Öffnungsgrad des Bypassventils 22a auf einen vorgegebenen Wert abnimmt. Infolgedessen erreicht der Druck im Ansaugkanal am Öffnungszeitpunkt des Einlaßventils 16 annähernd des Atmosphärendruck, und am Ende des Ansaughubes hat der Ansaugdruck den vorgesehenen Wert. Somit ist es möglich, die Ansaugluftmenge in der ge­ wünschten Weise zu steuern. Im einzelnen wird bei diesem Ausführungsbei­ spiel das Bypassventil 22a vollständig geöffnet, wenn das Einlaßventil 16 schließt, und das Bypassventil wird bis auf den vorgegebenen Öffnungsgrad geschlossen, unmittelbar bevor das Einlaßventil 16 wieder öffnet. Bei dieser Steuerungsart kann der Öffnungsgrad des Bypassventils 22a einfach propor­ tional zur Motordrehzahl gesteuert werden. Wenn man annimmt, daß der An­ saugdruck in der Anfangsphase des Ansaughubes gleich dem Atmosphären­ druck ist, so erhält man die angesaugte Luftmenge aus dem Verhältnis zwi­ schen dem Volumen des Abschnitts des Ansaugkanals 14 stromabwärts der Drosselklappe 18 und dem Volumen der Brennkammer 12b, das bei der Ab­ wärtsbewegung des Kolbens 12c größer wird. Dabei reicht es aus, mit der Öffnungs-Steuerung des Bypassventils 22a einen Fehlbetrag an Luft zuzufüh­ ren.

Gemäß Fig. 4 liegt der Schließzeitpunkt für das Bypassventil 22a vor dem Beginn des Ansaugtaktes (also im Auspufftakt). Dies liegt daran, daß eine An­ sprechverzögerung des Steuersystems berücksichtigt wird. In der Praxis wird das Bypassventil 22a unmittelbar vor dem Öffnen des Einlaßventils 16 auf den vorgegebenen Öffnungsgrad geschlossen. Es versteht sich, daß der Luftdurch­ satz durch den Bypasskanal 20 mit Hilfe des elektromagnetischen Stellglie­ des 22b in der oben beschriebenen Weise gesteuert werden kann, indem Signale mit einem bestimmten Ein-Aus-Tastverhältnis verwendet werden.

Nachfolgend soll anhand des Flußdiagramms in Fig. 5 die Steuerung des Öff­ nungsgrades der Drosselklappe 18 erläutert werden. Die Steuerschaltung 24 legt in Abhängigkeit von dem Betätigungswinkel des Gaspedals 30, also in Ab­ hängigkeit vom Signal des Gaspedalsensors 28, den Soll-Öffnungsgrad fest. Das Sollwertsignal wird an die Drosselklappensteuerung 32 übermittelt, die daraufhin den Motor 22 so ansteuert, daß die Drosselklappe 18 anhand des Drosselklappensignals von dem Drosselklappensensor 34 auf den Sollwert ge­ regelt wird.

Bei dieser Steuerung wird in der Steuerschaltung 24 in bestimmten Zeitin­ tervallen, beispielsweise alle 10 ms, das in Fig. 5 gezeigte Programm abge­ arbeitet. In Schritt S1 wird die Maschinendrehzahl anhand des Signals des Kurbelwinkelsensors 26 ermittelt. In Schritt S2 wird in einer nicht gezeigten Steuertabelle ein zu der ermittelten Maschinendrehzahl gehörender begrenz­ ter maximaler Öffnungsgrad aufgesucht. Dieser aufgesuchte Wert bestimmt den maximalen Öffnungsgrad der Drosselklappe 18 und nimmt zu, wenn die Maschinendrehzahl größer wird. Der begrenzte maximale Öffnungsgrad ist ein Wert, bei dem der Druck in der Brennkammer 12b beim Schließen des Einlaßventils 16 das Maximum erreicht, sofern der Öffnungsgrad der Dros­ selklappe 18 in einem Zustand geändert wird, in dem die Maschinendreh­ zahl konstant ist.

In Schritt S3 wird überprüft, ob der Soll-Öffnungsgrad für die Drosselklappe 18 den begrenzten maximalen Öffnungsgrad übersteigt. Wenn dies der Fall ist, so wird anschließend der Schritt S4 ausgeführt. Andernfalls wird der Pro­ grammlauf unmittelbar beendet. In Schritt S4 wird der Soll-Öffnungsgrad auf den begrenzten maximalen Öffnungsgrad eingestellt, und ein diesem Wert entsprechendes Signal wird von der Steuerschaltung 24 an die Drosselklap­ pensteuerung 32 übermittelt.

Infolge der oben beschriebenen Steuerung steuert die Drosselklappensteue­ rung 32 den Motor 22 so an, daß der Öffnungsgrad der Drosselklappe 18 auch dann nicht über den maximalen Öffnungsgrad hinaus ansteigt, wenn der Betätigungswinkel des Gaspedals 30 weiter zunimmt (d. h. unabhängig von der Betätigung des Gaspedals).

Nachfolgend sollen die Vorteile der oben beschriebenen Steuervorrichtung erläutert werden.

Mit Hilfe der für jeden einzelnen Zylinder 12a vorgesehenen Bypassventile 22a wird der Druck in der Brennkammer 12a (der im wesentlichen gleich dem Ansaugdruck im Ansaugkanal 14 ist) auf einem Wert in der Nähe des At­ mosphärendruckes gehalten, wenn die Öffnungsbewegung des Einlaßventils 16 beginnt. Folglich nimmt der Brennkammerdruck geradlinig von dem At­ mosphärendruck auf den Wert am unteren Totpunkt am Ende des Saughubes (beispielsweise -73,3 bis 76,0 kPa; -550 bis -570 mmHg) ab, während sich der Kolben 12c im Leerlauf abwärts bewegt. Dies führt zu einer wesentlichen Verringerung der Pumpverluste im Vergleich zu einem herkömmlichen Sy­ stem, bei dem die Ansaugluft ausschließlich mit Hilfe von Drosselklappen für die einzelnen Zylinder der Brennkraftmaschine gesteuert wird, und die Lei­ stungsabgabe des Motors wird wesentlich verbessert. Die Bypassventile 22a können dabei mit Hilfe der elektromagnetischen Stellglieder 22b gesteuert werden, so daß gegenüber herkömmlichen Systemen mit vergleichbarer Wir­ kung eine wesentliche Vereinfachung der Konstruktion erreicht wird.

Der Grund dafür, daß das Volumen des Abschnitts des Ansaugkanals 14 zwi­ schen der Drosselklappe 18 und dem Einlaßventil 16 höchstens etwa die Hälfte des maximalen Volumens der Brennkammer 12b beträgt, soll unter der Annahme erläutert werden, daß das maximale Volumen der Brennkam­ mer 12b den Wert A und das Volumen des Abschnitts des Ansaugkanals 14 zwischen der Drosselklappe und dem Einlaßventil den Wert B hat, das Ver­ dichtungsverhältnis 1/10 beträgt und der Druck in der Brennkammer 12b am unteren Totpunkt (Ansaugdruck) im Leerlauf -60,8 kPa (-456 mmH be­ trägt (bei einer hochdrehenden Brennkraftmaschine mit einer relativ langen Ventilüberlappungszeit).

Das Gesamtvolumen des Ansaugkanals und der Brennkammer am oberen Tot­ punkt des Kolbens beträgt (A/10+b), und das Gesamtvolumen des Ansaugka­ nals und der Brennkammer am unteren Totpunkt des Kolbens beträgt (A+B). Wenn sich unter diesen Bedingungen der Druck in der Brennkammer und der Ansaugdruck vom Atmosphärendruck (100 kPa absolut; 1 atm) auf -60 kPa relativ (0,4 atm absolut) ändern, so gilt die folgende Gleichung: (A/10+B)/ (A+B)=0,4. Hieraus erhält man: A=2B. Wenn das Volumen des Abschnitts des Ansaugkanals 14 zwischen der Drosselklappe 18 und dem Einlaßventil 16 höchstens etwa die Hälfte des maximalen Volumens der Brennkammer be­ trägt, kann somit unter niedriger Last oder im Leerlauf ein angemessener Brennkammerdruck am unteren Totpunkt erreicht werden.

Da außerdem die Abweichung des Brennkammerdruckes vom Mittelwert für alle Zylinder überprüft wird, kann der Brennkammerdruck für jeden Zylinder dem Mittelwert angenähert werden, so daß die Brennkammerdrücke sämtli­ cher Zylinder einander im wesentlichen angeglichen werden. Auf diese Weise werden die von den einzelnen Zylindern gelieferten Beiträge zum Ausgangs­ drehmoment vereinheitlicht, und die Stabilität und die Laufruhe des Motors im Leerlauf werden verbessert.

Da weiterhin die Steuerwerte für die elektromagnetischen Stellglieder 22b in jedem Verbrennungszyklus (alle vier Takte) oder bei jeder Ausgabe des Refe­ renzsignals vom Kurbelwinkelsensor 26 neu festgelegt werden, kann das Aus­ gangsdrehmoment und die Drehzahl für die einzelnen Zylinder 12a verein­ heitlicht werden, so daß ein stabiler Motorbetrieb im Leerlauf erreicht wird.

Schließlich wird der maximale Öffnungsgrad der Drosselklappe 18 unabhän­ gig von der Betätigung des Gaspedals 30 auf einen Wert begrenzt, bei dem der Brennkammerdruck beim Schließen des Einlaßventils sein Maximum er­ reicht. Hierdurch wird in der Zeit nach dem unteren Totpunkt des Kolbens 12c ein Rückstrom der Ansaugluft an der Drosselklappe 18 vorbei unter­ drückt. Infolgedessen kann der Brennkammerdruck (und damit die in die Brennkammer eingesaugte Ansaugluftmenge) bei dem begrenzten maximalen Öffnungsgrad der Drosselklappe 18 gemäß Fig. 7 auf einem hohen Wert (über dem Atmosphärendruck) gehalten werden, so daß eine Abnahme des Ausgangsdrehmoments bei sehr weiter Öffnung der Drosselklappe 18 verhin­ dert wird.

Wenn die Drosselklappe 18 nicht in der oben beschriebenen Weise gesteuert wird, so treten bei Brennkraftmaschinen, bei denen der Schließzeitpunkt des Einlaßventils nach dem unteren Totpunkt des Kolbens liegt, die folgenden Probleme auf. Nach dem unteren Totpunkt des Kolbens nimmt der Druck in der Brennkammer zu, da das Volumen der Brennkammer kleiner wird, so daß das Brennkammervolumen gleich der angesaugten Luftmenge wird und somit der Brennkammerdruck an den Atmosphärendruck angeglichen wird. Danach steigt der Brennkammerdruck bei der Abnahme des Brennkammer­ volumens über den Atmosphärendruck an, und bis zu dem Zeitpunkt, an dem das Einlaßventil geschlossen wird, strömt die Luft aus der Brennkammer durch das Einlaßventil zurück in den Ansaugkanal. Wenn die Drosselklappe 18 weit geöffnet ist, so strömt die Luft aus der Brennkammer weiter zurück und an der Drosselklappe vorbei. Infolgedessen kann der Brennkammerdruck (die Ansaugluftmenge in der Brennkammer) nicht auf einem so hohen Wert gehalten werden (Fig. 7), wie bei dem oben beschriebenen Ausführungsbei­ spiel.

Während bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel die Bypassventile 22a anhand des Ausgangsdrehmoments (der einzelnen Zylinder) gesteuert werden, das anhand der Drücke in den einzelnen Brennkammern vorherge­ sagt wird, ist es auch möglich, die Bypassventile auf der Grundlage des An­ saugdruckes, der Ansaugluftmenge, des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses und/oder des tatsächlichen Ausgangsdrehmoments des einzelnen Zylinders zu steuern. Das Luft/Kraftstoff-Verhältnis kann anhand eines Signals eines nicht gezeigten Sauerstoffsensors vorhergesagt werden, das die Sauerstoff­ konzentration im Abgas angibt.

Bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel ist das Bypassventil in dem Bypasskanal angeordnet. Es ist jedoch auch möglich, ein entsprechendes Ventil in einem Verbindungskanal anzuordnen, der den Abschnitt des An­ saugkanals stromabwärts der Drosselklappe mit einem Speichervolumen ver­ bindet, in dem Luft unter Druck gespeichert ist.

Claims (10)

1. Ansaugluft-Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine, gekenn­ zeichnet durch:

• - eine Anzahl erster Steuerventile (18), die jeweils in einem zur Brenn­ kammer (12b) eines einzelnen Zylinders (12a) der Brennkraftmaschine (12) führenden Ansaugkanals (14) angeordnet sind,
• - Verbindungskanäle (20), die den einzelnen Ansaugkanälen (14) zugeord­ net sind und durch die jeweils Luft in den Abschnitt des Ansaugkanals strom­ abwärts des ersten Steuerventils (18) einleitbar ist,
• - zweite Steuerventile (22a) zur Steuerung des Luftdurchsatzes durch die einzelnen Verbindungskanäle (20),
• - Mittel (24, 22b) zur Betätigung der zweiten Steuerventile (22a) in Abhän­ gigkeit von wenigstens einem auf den zugehörigen Zylinder (12a) bezogenen Betriebsparameter der Brennkraftmaschine,
• - einen Drehzahlsensor (B, 26),
• - Mittel (C) zur Bestimmung eines Maximalwertes für den Öffnungsgrad des ersten Steuerventils (18) in Abhängigkeit von der gemessenen Maschi­ nendrehzahl, wobei der Maximalwert so gewählt ist, daß der Druck in der Brennkammer zu einem Zeitpunkt vor dem Expansionshub in dem betreffen­ den Zylinder annähernd sein Maximum erreicht, falls das erste Steuerventil auf den Maximalwert geöffnet ist, und
• - Mittel zur Begrenzung des Öffnungsgrades des ersten Steuerventils (18) auf den Maximalwert.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Maxi­ malwert für den Öffnungsgrad des ersten Steuerventils (18) so gewählt ist, daß der Druck in dem Zylinder sein Maximum annähernd zu dem Zeitpunkt erreicht, an dem das Einlaßventil (16) des betreffenden Zylinders schließt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zur Steuerung des zweiten Steuerventils (22a) benutzte Betriebsparameter für das von dem zugehörigen Zylinder (12a) gelieferte Ausgangsdrehmoment re­ präsentativ ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Be­ triebsparameter der Druck in der zugehörigen Brennkammer (12b) ist.

5. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Mittel zur Steuerung des zweiten Steuerventils (22a) in der Weise, daß der Luftdurchsatz durch den Verbindungskanal (20) während der Zeit zwi­ schen dem Schließen und dem Öffnen des Einlaßventils (16) des zugehöri­ gen Zylinders größer ist als während der Zeit zwischen dem Öffnen und dem Schließen des Einlaßventils.

6. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das zweite Steuerventil (22a) beim Schließen des Einlaßventils (16) des zugehörigen Zylinders vollständig geöffnet und unmittelbar vor dem Öffnen des Einlaßventils auf einen vorgegebenen Öffnungsgrad geschlossen wird.

7. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Mittel zum Einstellen eines Sollwertes für den Öffnungsgrad des er­ sten Steuerventils (18) in Abhängigkeit vom Grad der Betätigung eines Gas­ pedals (30).

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch Mittel zur Steue­ rung des Öffnungsgrades des ersten Steuerventils (18) auf den Sollwert.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Begrenzung des Öffnungsgrades des ersten Steuerventils (18) Mittel um­ fassen, die den Sollwert auf den Maximalwert begrenzen.

10. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Volumen des Abschnitts des Ansaugkanals (14) zwischen dem ersten Steuerventil (18) und dem Einlaßventil (16) nicht größer ist als die Hälfte des maximalen Volumens der Brennkammer (12b).