DE2802196A1 - Ionenstromsonde zur erfassung des ionisationszustandes von reaktionsgemischen - Google Patents

Description

• Stand der Technik
• Es ist bekannt, eine Ionenstromsonde zur Erfassung der Verbrennungsabläufe von Reaktionsgemischen zu verwenden. Dabei ist bei einer bekannten Ausführung eine Ionenstromsonde im Brennraum einer Brennkraftmaschine angeordnet. Der von dieser Ionenstromsonde erfaßte Ionenstrom wird quantitativ oder qualitativ zur Bildung einer Steuergröße verwendet. Im einen Fall wird die Laufzeit einer Flammfront im Brennraum als Steuergröße für eine Regeleinrichtung des Kraftstoff/Luft-Mengenverhältnisses erfaßt und im anderen Fall wird die Stärke der Ionisat-ion als Steuergröße für die Regelung der Betriebsgemischzusammensetzung gemessen.
• Es sind andere Einrichtungen bekannt, bei denen die Ionenstromsonde zur qualitativen oder quantitativen Erfassung des Ionisationszustandes gasförmiger Verbrennungsprodukte dienen, dabei ist die Sonde im Abgasauslaßkanal möglichst dicht an den Auslaßventilen einer Brennkraftmaschine angeordnet. Bei all diesen Einrichtungen kann es bei ungünstiger Zusammensetzung der zur Reaktion kommenden Bestandteile zur Bildung ablagerungsfreundlicher Verbrennungsrückstände kommen, die sich an den Elektroden der Ionenstromsonde anlagern und die Feldstärke und die Funktion der Sonde beeinträchtigen. Insbesondere ist dies bei niedrigen Gas- oder Reaktionstemperaturen der Fall.
• Vorteile der Erfindung Die erfindungsgemäße Ionenstromsonde mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß je nach Verschmutzungsgefahr Zeitabschnitte in kürzerer oder längerer Folge festgelegt werden können, in denen durch einen Zündfunken mit großer Sicherheit die Rückstände auf den Elektroden oder wenigstens einer der Elektroden abbrennbar sind und daß dabei die Bildung des Ionenstroms und dessen Aus wertung weder durch solche Rückstände noch das erfindungsgemäße Beseitigen der Rückstände in nachteiliger Weise beeinflußt werden.
• Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen der im Hauptanspruch gekennzeichneten Anordnung möglich.
• Zeichnung Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
• Beschreibung der Erfindung In der Figur ist schematisch eine Brennkraftmaschine dargestellt, in dessen von einem Kolben 3 in einer Zylinderbohrung 2 eingeschlossenen Brennraum 4 über eine Einlaßleitung 5, die von einem Einlaßventil 6 kontrolliert wird, das Betriebsgemisch aus Kraftstoff und Luft zugeführt wird. Dies erfolgt während des Saugtaktes des auf- und abgehenden Kolbens 3, der in bekannter Weise nach den dem Ansaugtakt folgenden Kompressions-und Expansionstakt die verbrannten Abgase über das dann geöffnete Auslaßventil 8 in ein Abgassammelsystem ausschiebt, von dem eine Teilleitung 7 in der Zeichnung dargestellt ist. Die Brennkraftmaschine arbeitet somit nach dem bekannten Viertaktverfahren. Die Versorgung mit Betriebsgemisch erfolgt über die Einlaßleitung 5 in der zur Erzeugung des KraftstofftLuft-Gemisches ein Gemischerzeuger 10 angeordnet ist. Dabei kann es sich um einen bekannten Vergaser oder aber auch um eine Saugrohreinspritzanlage handeln.
• Unmittelbar stromabwärts des Auslaßventils 8 ist in die Abgasleitung 7 eine Zündkerze 12 üblicher Bauart mit einer Masse-Elektrode 13 und einer dieser/gegenüber isolierten Mittelelektrode 14. Diese Zündkerze dient wie das z. B.
• in der D E -OS 255lot988 beschrieben wird als Ionenstromsonde, die den Ionisationsgrad der am Auslaßventil 8 austretenden Verbrennungsprodukte quantitativ in Form eines Ionenstromes faßt, der einer Auswerteinrichtung 15 zugeführt wird.
• Wie in der bekannten Einrichtung beschrieben, wird in der Auswerteinrichtung ein Steuersignal erzeugt, das einer Regeleinrichtung 17 zugeführt wird, in der wiederum ein Korrektursignal zur Beeinflussung der Gemischbildung in Bezug auf die Zusammensetzung des Gemisches erzeugt wird und entsprechend ausgebildeten Stelleinrichtungen des Gemischerzeugers 10 zugeführt wird.
• Zusätzlich zu dieser bekannten Einrichtung ist nun in der Verbindung zwischen der Ionenstromsonde 12 und der Auswerteinrichtung 15 eine Trenneinrichtung, die im Ausführungsbeispiel als Schalter 18 verdeutlicht ist, vorgesehen.
• Ferner ist die Zündkerze über eine zusätzliche Schalteinrichtung 19 unmittelbar mit einer Zündspannungsquelle 21 verbunden.
• Die Schalteinrichtung 19 und je nach Ausführung der Trenneinrichtung auch der Schalter 18 werden von einer Steuereinrichtung 22 betätigt, die in Abhängigkeit von einem Zeitgeber und wahlweise auch in Abhängigkeit von einem oder mehreren Betriebsparametern der Brennkraftmaschine ein Schaltsignal erzeugt.
• Als Zeitgeber kann z. B. ein Induktivgeber 23 dienen, der mit einem Nocken 24 an der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine zusammenarbeitet. Damit wird beim gezeigten Ausführungsbeispiel in Meßpausen, in denen kein Ionenstrom gemessen werden kann, nämlich dann, wenn das Auslaßventil 8 geschlossen ist und kein Abgas durch die Leitung 7 strömt, die Verbindung zwischen Ionenstromsonde und Zündspannungsquelle 21 durch Schließen der Schalteinrichtung 19 hergestellt und gleichzeitig die Verbindung zur Auswerteinrichtung 15 unterbrochen. Als Zündspannungsversorgungseinrichtung kann eine entsprechend ergänzte Zündanlage der Brennkraftmaschine verwendet werden, wobei diese die Steuereinrichtung 22 zur Betätigung der Schalteinrichtung 19 ersetzt.
• Als Trenneinrichtung, die als Schalter 18 im Ausführungsbeispiel gezeigt wird, wird in vorteilhafter Ausführung eine hochspannungsfeste Diode in Sperrichtung zur Zündspannung geschaltet. Die Meßspannung, die an der Zündkerze anliegt, wird in diesem Fall umgekehrt gepolt.
• Bei einer getrennt vorgesehenen Steuereinrichtung 22 können neben dem Zeitglied zur Ansteuerung der Schalteinrichtung 19 auch ein oder mehrere Betriebsparameter der Brennkraftmaschine berücksichtigt werden und entsprechend diesen Parametern die Zündabstände variiert werden. Diese Abstände können z. B. verkürzt werden, wenn die Brennkraftmaschine mit einem Betriebsgemisch betrieben wird, das verstärkt dazu neigt, Verbrennungsrückstände an den Elektroden der Ionenstromsonde anzulagern. Dies ist z. B. während des Warmlaufes der Fall. Bei optimaler Betriebsweise der Brennkraftmaschine können die Abstände auch mehrere Ausschubzyklen umfassen.
• Die beschriebene Einrichtung zur Freibrennung der Elektrode der Ionenstromsonde kann auch dann verwendet werden, wenn die Ionenstromsonde an anderen Orten einem zur Verbrennung gebrachten Reaktionsgemisches ausgesetzt wird und der dabei gemessene Ionenstrom in anderer Weise ausgewertet wird zu Regel-oder Steuerzwecken. Die Sonde kann auch sowohl im Brennraum als auch im Abgassammelsystem angeordnet sein. Die Anwendung ist jedoch nicht nur auf das Gebiet der Brennkraftmaschine beschränkt.

Claims (6)

1. Ansprüche C Ionenstromsonde zur Erfassung des Ionisationszustandes von Reaktionsgemischen, insbesondere eines zur Verbrennung gebrachten Kraftstoff/Luft-Gemisches, welche wenigstens zwei gegeneinander isolierte, an einer Meßspannung liegende Elektroden aufweist und welche mit einer Auswerteinrichtung zur Auswertung des Ionenstroms zur Bildung einer Steuer-oder Anzeigegröße verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (13., 14) der Ionenstromsonde (12) in festgelegten Zeitabständen an eine einen Funkenüberschlag zwischen den Elektroden bewirkende Zündspannung gelegt wird und daß eine Einrichtung (18) vorgesehen ist, die die Zündspannung von der Auswerteinrichtung (15) trennt.
2. 2. Ionenstromsonde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Ionenstromsonde eine Zündkerze dient.
3. 3. Ionenstromsonde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Trennvorrichtung ein Schalter dient.
4. 4. Ionenstromsonde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Trennvorrichtung (18) eine spannungsfeste Diode dient.
5. 5. Ionenstromsonde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ionenstromsonde den Verbrennungsprodukten des in dem Brennraum (4) einer Brennkraftmaschine zur Verbrennung kommenden Betriebsgemisch vorzugweise unmittelbar stromabwärts des Auslaßventils ausgesetzt ist und in Zeitabständen, die in Abhängigkeit von wenigstens einem Betriebsparameter variabel sind, an die Zündspannung legbar ist.
6. 6. lonenstromsonde nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Zündspannungsquelle und Schalt einrichtung zum Zuschalten der Zündspannung die Zündanlage der Brennkraftmaschine dient.