DE2802202C2 - Einrichtung zur Erfassung von Druckschwankungen im Brennraum einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Einrichtung zur Erfassung von Druckschwankungen im Brennraum einer Brennkraftmaschine

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DE2802202C2
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Description

In der US-PS .38 22 583 wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung des Klopfverhaltens von Kraftstoffen während des Betriebes einer Brennkraftmaschine vorgeschlagen. Das elektrische Ausgangssignal eines Klopfsensors, insbesondere Beschleunigungsmessers, wird gefiltert und daraus ein Klopfsignal abgeleitet, mit dem ein Servoelement zur Verstellung des Zündverteilers der Brennkraftmaschine angesteuert wird.
In der US-PS 32 86 164 wird ein System zur automatischen Erkennung des Ionisationspotentials von Brennkraftmaschinen vorgeschlagen, bei dem die Zündkerze selbst unverändert als lonisationsdetektor verwendet wird.
In der US-PS 25 43 141 wird ein lonenstromklopfsensor vorgeschlagen, der im wesentlichen einer Zündkerze mit einer weiteren inneren Elektrode entspricht. An
diese weitere Elektrode wird eine Spannung angelegt und der durch die Elektrode fließende Ionenstrom gemessen, um eine mögliche klopfende Verbrennung in der Brennkraftmaschine zu erkennen.
In der Druckschrift »Forschung auf dem Gebiet des Ingenieurwesens«, Heft 1 (Januar/Februar) 1939, Seiten 15 und 16, wird ein Meßverfahren zur Beobachtung des Verbrennungsvorgangs in einer Brennkraftmaschine vorgeschlagen. Ein eigens hierfür in die Brennkammer eingebrachter Ionenstromsensor mit gebogener Drahtelektrode untersucht die elektrische Leitfähigkeit der Verbrennungsflamme selbst zum Nachweis ihrer Gegenwart am Meßort. Zur Ergänzung wird außerdem die Strahlung im Zylinder mittels Fotozelle und der Druckverlauf mit einem piezoelektrischen Indikator aufgenommen.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht nun darin, eine Einrichtung zur Erfassung von Druckschwankungen im Brennraum einer Brennkraftmaschine zu finden, die ein Ionenstromsignal abgibt, das von anderen Einflüssen möglichst ungestört ist, d.h. ein möglichst hohes Verhältnis von Nutzsignal zu Störsignalen aufweist. Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen des Anspruchs 1.
Der Brennraumdruck ist ein wesentlicher Parameter, der Auskunft über den Verbrennungsablauf im Brennraum einer Brennkraftmaschine gibt Änderungen des Zündzeitpunkts, der Gemischzusammensetzung und der Gemischverteilung wirken sich auf den Ablauf des Verbrennungsvorgangs in der Brennkraftmaschine und den dort entstehenden Druck aus. Insbesondere kann es bei ungünstiger Steuerung der genannten Parameter zu einer klopfenden Verbrennung kommen, die für die Laufkultur und die Lebensdauer der Brennkraftmaschine sehr nachteilig sind. Verbunden damit sind auch Aus-Wirkungen auf die Zusammensetzung der Abgase und den Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine.
Das Erfassen des Klopfens ist somit zur Regelung der Gemischzusammensetzung und/oder des Zündzeitpunkts von großem Interesse. Es ist bekannt, das Klopfen mit Hilfe von Kraftmessern, Beschleunigungsmessern oder Mikrofonen zu erfassen. Dazu sind jedoch Frequenzfilter notwendig, die eine klopfspezifische Frequenz durchlassen. Das Klopfen kann auf diese Weise nicht als reines, sondern nur als abgeleitetes Signal gewonnen werden.
Es ist ferner bekannt, daß das Klopfen mit Hilfe einer lonenstromsonde erfaßbar ist. Dabei wurde festgestellt, daß das Ionenstromsonden-Ausgangssignal niedrige und hohe Frequenzantei'«? aufweist und daß die hochfrequenten Anteile nahezu gleichförmig mit der Klopfintensität zunehmen. Die Problematik bestand darin, die niederfrequenten Ionenströme von den klopfspezifischen hochfrequenten lonenströmen zu trennen. Dazu wurde bei der bekannten Einrichtung ein ÄC-Hochpaßfilter vorgesehen, dem ein Amperemeter nachgeschaltet ist, das die mittlere Stromstärke der so ausgefilterten Ionenstromanteile anzeigt. Diese Einrichtung weist jedoch eine erhebliche Abhängigkeit vom mittleren im Brennraum vorherrschenden Gasdruck auf.
Die erfindungsgemäße Einrichtung hat aufgrund des Kennzeichens dieses Anspruchs den Vorteil, daß im wesentlichen nur die Druckschwankungsänderungen als pulsierender Ionenstrom erfaßt werden. Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Einrichtung möglich. Besonders vorteilhaft ist. daß die Geometrie des Totraumes auf die Frequenz der zu messenden Druckschwankungen so abgestimmt ist, daß eine akustische Resonanz bei Anregung durch Druckschwankungen mit dieser Frequenz auftritt. Durch diese Maßnahme wird in einfacher und sicherer Weise besonders der Teil der Druckschwankungen erfaßt, der auf eine klopfende Verbrennung zurückzuführen ist Die Frequenz dieser Druckschwankungen ist im wesentlichen konstant, so daß in einem weiten Betriebsbereich uer Brennkraftmaschine ein mit großer Sicherheit das Klopfen kennzeichnendes Signal gewonnen werden kana.
Durch die Maßnahme, daß die Elektroden so geformt und einander zugeordnet sind, daß die zwischen beiden Elektroden verlaufenden Feldlinien im wesentlichen auf den Verbindungskanal beschränkt sind, wird ebenfalls eine Verbesserung der Erfassung von Ionen erzielt, die ausschließlich aufgrund von Druckschwankungen und insbesondere durch Druckschwankungen, die auf eine klopfende Verbrennung zurückzuführen sind, bewegt werden.
Zehn Ausführungsbeispiele der Evindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. IEs zeigt
F i g. 1 den Druckverlauf im Brennraum bei einer klopfenden und bei einer nichtklopfenden Verbrennung über der Zeit,
F i g. 2 ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung,
F i g. 3 ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einer doppelten Mittelelefctrode der lonenstromsonde,
Fig.4 eine schaltungsmäßige Darstellung eines Ionenstrommeßkreises, wobei die lonenstromsonde gleichzeitig als Zündkerze verwendet wird, und
F i g. 5 bis 11 verschiedene vorteilhafte Ausführungsformen der Elektroden einer lonenstromsonde, die gleichfalls als Zündkerze verwendet werden soll.
Fig.! zeigt den Druckverlauf des Breunraurndrucks über der Zeit bzw. über dem Kurbelwellendrehwinkel im Bereich der Verdichtung und Entflammung .des im Brennraum befindlichen Betriebsgemisches. Dabei zeigt die Kurve a den Druckverlauf bei nichtklopfender Verbrennung und die Kurve b dem Druckverlauf bei klopfender Verbrennung. Charakteristisch für diese Verbrennung ist die oszillierende Oberlagerung von Druckspitzen, die gegenüber dem normalen Druckverlauf hochfrequent sind. Um eine klopfende Verbrennung zu erfassen, müssen diese Druckschwingungen c gemessen werden. Das Ausgangssignal kann dann als Steuergröße einem Regelkreis zugeführt werden.
In F i g. 2 wird eine Einrichtung gezeigt mit der es möglich ist, diese hochfrequentem Druckschwingungen c als Ionenstrom zu erfassen. Dabei ist ein Totraum 1 vorgesehen, der über einen Verbindungskanal 2 mit dam Brennraum 3 der Brennkraftmaschine verbunden ist. Von diesem Brennraum ist lediglich die Brennrfuimbegrenzungswand 4 zum Teil wiedergegeben. Koaxial zum Verbindungskanal 2 ist eine erste Elektrode 7 angeordnet, die über eine Isolierung 8 aus dem Totraum hinausgeführt wird und über eine Leitung 9 mit einer Meßspannungsquelle 10 verbunden ist, deren einer Pol, z. B. der Pluspol, über eine Leitung 11 an Masse gelegt ist, d. h. mit der Brennraumwand, die auch den Verbindungskanal und den Totraum aufnimmt, elektrisch verbunden ist. In der Leitung 9 ist eine Auswerteschaltung 14 vorgesehen, die Λεη durch die Leitung 9 fließenden Ionenstrom in ein durch eine Regelschaltung verwertbares Steuersignal verwandelt.
Die zweite Elektrode wird im wesentlichen durch die
oberfläche 16 des Verbindungskanals 2 gebildet. Die stabförmige, erste Elektrode 7 ragt dabei nur zum Teil durch den Verbindungskanal 2 und ist somit gegenüber dem freien Brennraum 3 etwas zurückgesetzt Die Feldlinien 17, die von der ersten Elektrode zur zweiten Elektrodic gehen, sind gestrichelt dargestellt und charakterisieren weiterhin auch die Feldliniendichte. Durch die Anordnung der ersten Elektrode in bezug auf die zweite Elektrode 16 ist die Feldliniendichte im Bereich des Verbindungskanals 2 am größten. Feldlinien, die z. B. von der Stirnseite der ersten Elektrode 7 ausgehen, greifen nur noch in geringem Maße über den Verbindungskanal 2 hinaus in den Brennraum.
Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung treten, sobald Druckänderungen im Brennraum auftreten, Gasbewegungen auf, die bei Druckanstieg über den Verbindungskanal 2 in den Totraum 1 einströmen und bei Verminderung des Druckes im Brennraum vom Totraum wieder ausströmen. Im VprhinHijngskana! 2 treten somit entsprechend den Druckschwankungen im Brennraum oszillierenden Gasströme auf. Nachdem das Betriebsgemisch im Brennraum 3 entzündet wurde und dabei Ionen eitstanden sind, transportieren diese vorgenannten oszillierende Gasströme diese Ionen durch den Verbindungskanal 2. Durch das angelegte elektrische Feld werden jedoch die Ionen des eintretenden Gases mehr oder weniger stark durch die Elektroden gebunden, so daß das wieder austretende Gas sehr arm an Ionen ist. Auf diese Weise erzielt man einen differenzierenden Effekt des Druckverlaufes im Brennraum. Es werden im wesentlichen die hochfrequenten Schwingungen ein Form von im gleicher Weise schwankenden Ionenströmen erfaßt.
Der Ionenstrom selbst ist vom Ionisationsgrad, dem absoluten Druck bzw. der Ionendichte und vom Verhältnis der Gasgeschwindigkeit im Verbindungskanal 2 zur lonendriftgeschwindigkeit abhängig. Nur die Ionen, die im Feld zwischen den Elektroden 7 und 16 einen ausreichend großen Driftweg zurücklegen können, gelangen an eine Elektrode und geben dort ihre Ladung ab. Bei genügend hoher Feldstärke ist es möglich, daß alle Ionen auch bei hoher Gasgeschwindigkeit an eine Elektrode gelangen und daß somit ein maximaler auswertbarer Strom und eine größtmögliche Differenzierung der Druckschwankungen erzielt wird.
In diesem Sinne ist es ferner wichtig, daß möglichst wenig Feldlinien von der ersten Elektrode 7 in den Brennraum hinausgreifen, da sonst die dort turbulent bewegten vorhandenen Ionen miterfaßt werden, ohne daß diese für Druckänderungen charakteristisch wären.
Da in den Druckrchwingungen c außer jenen Schwingungen, die ausschließlich auf das Klopfen zurückzuführen sind, auch noch Druckschwingungsanteile enthalten sind, die andere Ursachen haben, ist es sehr vorteilhaft, wenn das Volumen des Totraumes als Resonanzkörper ausgebildet ist, der auf die klopfspezifische Frequenz der Druckschwingungen anspricht Damit werden einerseics die vorerwähnten Druckschwingungen anderen Ursprungs ausgeschaltet und andererseits wird der verwertbare lonenstrom durch die erhöhten Gasgeschwindigkeitren im Verbindungskanal 2 vergrößert Solche Schwingungen, die nicht auf das Klopfen zurückzuführen siind, und die im allgemeinen eine andere Frequenz als die Klopfschwingungen haben, können als störende Einflüsse zusätzlich durch Differentiation oder Filterung in der Auswerteschaltung ausgesondert werden. Das in der Auswerteschaltung gebildete Steuersignal kann dann zu einer Regeleinrichtung 19 geführt werden.
die die Parameter beeinflußt, die ursächlich oder mitursächlich für das Klopfen während der Verbrennung des Betriebsgemisches im Brennraum sind. Αΐε Parameter sind dabei z. B. der Zündzeitpunkt und die Gemischzusammensetzung möglich.
F i g. 3 zeigt eine abgewandelte Ausgestaltung der Ionenstromsonde gemäß F i g. 2. Abweichend davon ist die erste Elektrode als Doppelelektrode ausgeführt, mit einer mittleren Elektrode T und einer dritten Elektrode 23, die die erste Elektrode als Röhrchen koaxial umgibt. Die erste Elektrode T weist an ihrem in den Verbindungskanal 2 ragenden Ende einen Kopf 24 auf, der die dritte Elektrode 23 radial überragt. Die dritte Elektrode 23 endet am Eintritt des Verbindungskanals in den Totraum 1, und ist isoliert gegenüber der ersten Elektrode T nach außen geführt. Wie im ersten Ausführungsbeispiel ist die Elektrode T über die Leitung 9 mit der Spannungsquelle 10 verbunden, die wiederum über die
I «Mttina 1 1 an Μα»« cialnert ict Do^oIIoI ^2^!! !Si ftül? u!C
dritte Elektrode 23 über eine Leitung 25 ebenfalls mit der Spannungsquelle 10 verbunden, wobei die Leitung 25 eine Auswerteschaltung 14' enthält, die ein Steuersignal zur Regelschaltung 20 leitet, von der die ausgewählten Parameter der Brennkraftmaschine 21 beeinflußt werden.
Durch den der dritten Elektrode 23 vorgesetzten Kopf 24 der ersten Elektrode T werden die Ionen abgesaugt, d>-: nur bei geringen Gasgeschwindigkeiten entsprechend einer nichtklopfenden Verbrennung, auftreten. Erst bei höheren Gasgeschwindigkeiten, entsprechend hochfrequenten Druckschwankungen bei klopfender Verbrennung, gelangen Ionen auch zur dritten Elektrode 23, so daß der dann dort auftretende lonenstrom 12 durch die Leitung 25 ein direktes Maß für das Klopfen ist Dementsprechend kann die Auswerteschaltung 14' einfacher aufgebaut sein.
Eine besonders vorteilhafte Anordnung ergibt sich dann, wenn die Zündkerze, die zur Zündung des in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingebrachten Betriebsgemisches dient, selbst als Ionenstromsonde verwendet wird. Vorteilhaft ist dabei auch der Umstand, daß keine zusätzliche Bohrung im Zylinderkopf vorgesehen werden muß. In F i g. 4 ist eine solche Anordnung schematisch aufgezeigt Dort dient die Mittelelektrode der Zündkerze 27 als erste Elektrode 7 und das Kerzengehäuse 28 der Zündkerze als zweite Elektrode. Der Raum zwischen Kerzenstein 29 und Kerzengehäuse 28 ist als Totraum 1 ausgebildet Die erste Elektrode 7 ist wie im ersten Ausföhrungsbeispiel über Leitungen 9 und 11 mit einer Meßspannungsquelle 10 verbunden. Weiterhin ist die Mittelelektrode bzw. die erste Elektrode 7 über eine Leitung 31 mit dem Zündverteiler 32 der Brennkraftmaschine verbunden und liegt am negativen Pol der Zündspannungsquelle. Das Kerzengehäuse andererseits ist über eine Leitung 33 mit dem positiven Poi der Zündspannungsquelle 34 verbunden. Zur Trennung von Meßspannungskreis und Zündspannungskreis ist in der Leitung 9 einerseits eine in Ionenstromflußrichtung gepolte Diode 36 und/oder ein hochohmiger Widerstand 37 vorgesehen, wie das gestrichelt in F i g. 4 dargestellt ist Auf der anderen Seite enthält der Zündspannungskreis in der Leitung 31 eine Vorfunkenstrecke 39, die jedoch auch durch einen Schalter 40 ersetzt werden kann. Da jedoch Vorfunkenstrecken zur Stabilisierung der Zündung häufig eingebaut werden, ist diese Vorfunkenstrecke zur Trennung als sehr vorteilhafte Ausführung anzusehen. Bei dieser Anordnung kann selbstverständlich erst dann ein lonenstrom gemessen werden,
wenn der Zündvorgang beendet ist, was sich jedoch auf die Genauigkeit der Erfassung des Ionenstroms nicht auswirkt. Durch die Diode 36 bzw. den Widerstand 37 wird eine unzulässige Belastung des Zündkreises (Nebenschluß) verhindert.
Die Zündkerze stellt ein sehr robustes Geberelement dar, wobei durch die Zündung auch ein Ablagern von isolierenden und die Ionenstromaufnahme verfälschenden Verbrennungsrückständen vermieden wird. Dennoch ist eine normal geformte Zündkerze nur im Ausnahmefall für eine ausreichend genaue Messung der auf eine Klopferscheinung zurückzuführenden Ionenströme geeignet. Wie bereits beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ausgeführt, ist es für die Ionenstrommessung umso mehr von Nachteil, je mehr Feldlinien auch in den freien Brennraum gelangen und dort Ionen einfangen, die nicht allein durch die Druckschwankungen an die Elektroden herangeführt werden. Andererseits bietet eine gemäß Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 zurückgesetzte Elektrode sehr schlechte Voraussetzungen für eine einwandfreie Zündung des Kraftstoff-Luft-Gemisches im Brennraum. In den Ausführungsformen nach F i g. 5 bis 11 sind lonenstromsonden bzw. Zündkerzen gezeigt, die für beide Zwecke ausreichend geeignet sind.
Fig. 5 zeigt eine als Zündkerze ausgebildete Ionenstromsonde, die als zweite Elektrode ein Kerzengehäuse 41 aufweist, das ringförmig zur Spitze einer als erste Elektrode dienenden Mittelelektrode 42 eingezogen ist. Zwischen dem ringförmig eingezogenen Teil 43 des Kerzengehäuses 41 und der Mittelelektrode 42 wird der Verbirdungskanal 2 gebildet. Der zwischen dem Kerzengehäuse und dem die Mittelelektrode 42 umgebenden Kerzenstein 44 liegende Raum ist als Totraum 1 ausgebildet. Durch Formung von Kerzengehäuse und Kerzenstein können dabei spezielle Resonatoreigenschaften dieses Raumes erzielt werden. Die Mittelelektrode 42 endet bündig mit dem ringförmig eingezogenen Teil 43 des Kerzengehäuses und ist stirnseiiig zum Brennraum hin durch eine isolierende Schicht 45 abgeschirmt. Diese isolierende Schicht weist eine geringe Querleitfähigkeit für Ladungsträger auf und stellt, sobald sich dort Ladungsträger festgesetzt haben, eine Abschirmung des elektrischen Feldes zum Brennraum hin dar, so daß das elektrische Feld vorwiegend zwischen Mittelelektrode und dem ringförmig eingezogenen Teil 43 des Kerzengehäuses gebildet wird.
Fig. 6 zeigt eine andere vorteilhafte Art der Ausgestaltung einer als Zündkerze dienenden Ionenstromsonde auf. Dabei ist die Ionenstromsonde zunächst vom Äußeren her wie eine konventionelle Zündkerze ausgestaltet. Von de Stirnseite des Kerzengehäuses 46 geht dabei eine rechtwinklig hakenförmig zur Achse der Mittelelektrode hin abgebogene Elektrode 48 ab, die die übliche Masseelekode der Zündkerze darstellt
F i g. 6 zeigt eine andere vorteilhafte Art der Ausgestaltung einer als Zündkerze dieneden Ionenstromsonde auf. Dabei ist die Ionenstromsonde zunächst vom Äußeren her wie eine konventionelle Zündkerze ausgestaltet. Von der Stirnseite des Kerzengehäuses 46 geht dabei eine rechtwinklig hakenförmig zur Achse der Mittelelektrode hin abgebogene Elektrode 48 ab, die die übliche Masseelektrode der Zündkerze darstellt
Die übliche Mittelelektrode der Zündkerze, die von dem Kerzenstein 44 umgeben ist, ist bei dieser Ausgestaltung in eine Meßelektrode 47 und eine Zündelektrode 50 aufgeteilt Die Zündelektrode 50 ist dabei der Masseelektrode 48 zugeordnet und bildet zu dieser den Spalt, an dem der Zündfunken überspringen soll. Bei der Ausgestaltung nach F i g. 6 ist die Zündelektrode 50 durch eine zweite Vorfunkenstrecke 52 von der Meßelektrode 47 getrennt. Die Zündelektrode 50 wird von einer Halterung 54 getragen, die in das Kerzengehäuse 46 eingesetzt ist und Durchbrüche 53 zur Verbindung des Brennraums mit dem Totraum 1 aufweist. Die zweite Vorfunkenstrecke 52 ist dabei für eine niedrige Überschlagspannung ausgelegt, so daß, wenn die Zündspannung an die Kerzenelektroden angelegt wird, ohne wei-
teres hier der Überschlag bereits bei geringen Spannungen erfolgt und der Hauptzündfunke zwischen der Zündelektrode und der Masseelektrode auftritt. Dieser Zündfunke liegt dann frei im Brennraum und ermöglicht in üblicher Weise die Zündung des Kraftstoff-Luft-Gemisches. Wenn jedoch an der Mittelelektrode gemäß dem Schaltbild nach F i g. 4 nur die geringere Meßspannung anliegt, so bleibt die Zündelektrode elektrisch von der Meßelektrode getrennt. Das sich aufbauende Feld erstreckt sich dabei im wesentlichen nur innerhalb des Totraumes 1. Die gemessenen lonenströme führen dann nur von Ionen her, die durch druckschwankungsbedingte Gasbewegungen über die Durchbrüche 53 in den Totraum eingebracht werden.
Eine andere Ausführungsform der Fixierung der Zündelektrode 50 zeigen die F i g. 9 bis 11. Bei der Ausführung nach Fig.9 weist die Meßelektrode 47' einen Zapfen 56 auf, über den eine Kappe 57 greift, die aus isolierendem Material, wie z. B. Keramik besteht. Auf der Kappe 57 sitzt als Zündelektrode eine zweite Kappe 58 aus Elektrodenmaterial. Diese Kappe kann z. B. aufgespritzt sein und weist den notwendigen Enddurchmesser der Zündelektrode auf. Zwischen der Zündelektrode 58 und der Meßelektrode 47' liegt dann ein isolierender Zwischenring 59, der Bestandteil der isolierenden Kappe 57 ist und dessen Stärke die Größe der zweiten Vorfunkenstrecke bestimmt. Aufgrund dieser Konstruktion springt der Vorfunke an der Oberfläche von der rvießeiektrode 47' auf die Zündelektrode 58 über. Dabei erfolgt eine Reinigung möglicherweise verschmutzter Oberflächen und insbesondere die Reinigung der Oberfläche des Zwischenrings 59, so daß immer eine gute elektrische Trennung beider Elektroden gewährleistet ist.
Die Ausführung nach Fig. 10 entspricht im wesentlichen der F i g. 9. Abweichend davon wird die Zündelektrode 58 mit der Meßelektrode 47' durch einen Trennkörper 61 aus isolierendem Material verbunden, der beiderseits eines Bundes 62 mit Zapfen 63 in je eine Sackbohrung in der Zündelektrode und der Meßelektrode eingreift
Bei der Ausgestaltung nach F i g. 11 ist die Zündelektroos als dünnerer Stift 64 in einen Isolierkörper 65 eingesetzt, der wiederum in einer stirnseitigen Sackbohrung 66 der Meßelektrode 47' sitzt Der Isolierkörper steht dabei gegenüber der Meßelektrode 47' etwas vor und definiert durch seine Dimension den Abstand der zweiten Vorfunkenstrecke. Die isolierenden Teile bei den obengenannten Ausführungsbeispielen sind so dimensioniert, daß sie sich während des Betriebes der Zündkerze bzw. der Ionenstromsonde bis zu einer Temperatur erwärmen, bei der leitfähige Ablagerungen insbesondere auch auf dem Isolierkörper abgebrannt werden, soweit dies nicht durch den Gleitfunken an der zweiten Vorfunkenstrecke erfolgt.
Auch beim Ausführungsbeispiel nach F i g. 7 weist die Ionenstromsonde das übliche Kerzengehäuse 46 einer Zündkerze auf. Wie auch beim Ausführungsbeispiel nach F i g. 6 ist die übliche hakenförmig zur Mittelelek-
ftf trode hin abgebogene Massenelektrode 48 vorgesehen.
'Jy1 Abweichend ist hier jedoch die Unterteilung in die Meß-
p elektrode 47'" und die Zündelektrode 50' so vorgenom-
^ men, daß die Zündelektrode 50' als Zapfen auf die Meß-
L elektrode 47'" aufgesetzt ist und von einem Röhrchen
I 69 aus isolierendem Material umgeben ist. Da» Röhr-
jjij chen überragt dabei vorteilhaft die Zündelektrode 50'
ψ um ein Stück und nähen sich dadurch der Masseclektro-
|j de 48 noch meiir. Durch die scharfen Kanten des Isolieröl teils wird die Feldstärke zwischen Zündelektrode und
Ij Masseelektrode 48 erhöht und die Spannung, ab der ein
®> Überschlag eines Funkens erfolgt, gesenkt. Ferner
Ip schirmt die mit Ladungsträgern besetzte Oberfläche des
p. Isolators, solange die Zündkerze als Ionenstromsonde
jfj dient, das elektrische Feld in Richtung Brennraum ab, so
fy daß das elektrische Feld, das für die Entstehung eines
ε- Ionenstromes maßgebend ist, im wesentlichen radial
JjJ von der Meßelektrode 47" zum Kerzengehäuse 46 ver-
*S läuft. Ein Ionenstrom, der auf die Paarung von Zünd-
ώ elektrode 50' und Röhrchen 69 zu .Massesltktrcde 48
:<! zurückzuführen wäre, wird nur so lange fließen, bis die
i| Oberfläche des isolierenden Röhrchens 69 so stark mit
||! Ladungsträgern besetzt ist, daß durch die dadurch ent-
"|| stehende Feldstärkenverringerung kein Ionenstrom auf
Έ die vertieft sitzende Stirnseite der Zündelektrode 50'
H mehr fließen kann.
ϊ| Der gleiche Effekt wird durch eine Anordnung gemäß
'f:! F i g. 8 erreicht. Hier wird die gesamte Oberfläche der
f° zapfenförmig gegenüber der Meßelektrode 47'" abge-
i setzten Zündelektrode 50' mit einer isolierenden Kappe
i| 70 umgeben, die mehrere öffnungen 71 aufweist oder
β durchgehend poröser Natur ist. Durch die öffnungen 71
'f> kann wie bei der Ausgestaltung nach F i g. 7 der Über-
1} schlag des Zündfunkens erfolgen. Während der Ionen-
iJ: strommessung schirmt die mit Ladungsträgern besetzte
?i Oberfläche der isolierenden Schicht das Feld in Rich-
!■'j tung Brennraum ab. Auch hier befindet sich die Meß-
fi elektrode 47'" von der Stirnfläche des Kerzengehäuses
§ 46 zurückversetzt innerhalb des Totraumes 1, das zur
j; Einfangung der Ionen notwendige Feld erstreckt sich
£: dabei im wesentlichen radial zwischen Kerzengehäuse
|j 46 und Mantelfläche der Meßelektrode 47"'.
Natürlich können auci. durch andere Maßnahmen mehr oder weniger aufwendiger Art weitere Möglichkeiten geschaffen werden, das elektrische Feld, das von der Meßelektrode ausgeht, so weit wie möglich auf den Totraum zu beschränken und ferner auf Verbindungsteile zwischen Totraum und Brennraum, wo hohe Gasgeschwindigkeiten wechselnder Richtung entsprechend den Druckschwankungen im Brennraum auftreten. so
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen
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65

Claims (20)

Patentansprüche:
1. Einrichtung zur Erfassung von Druckschwankungen im Brennraum einer Brennkraftmaschine mit einer dem Gas im Brennraum aussetzbaren Ionenstromsonde bestehend aus einer ersten Elektrode und einer zweiten Elektrode, zwischen welche eine Meßspannung angelegt ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der ersten Elektrode (7, 7', 42,47) und der zweiten Elektrode (16,28, 43, 46) ein Verbindungskanal (2) zwischen freiem Brennraum (3) und einem Totraum (1) verläuft
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Raumgestaltung des Totraums (1) auf die Frequenz der zu messenden Druckschwankungen so abgestimmt ist, daß eine Resonanz bei Anregung durch Druckschwankungen mit klopfspezifischer Frequenz auftritt
3. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet daß die Elektroden so geformt und einander zugeordnet sind, daß die zwischen beiden Elektroden verlaufenden Feldlinien (17) im wesentlichen auf den Verbindungskanal (2) beschränkt sind.
4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet daß die erste Elektrode (7) stabförmig ausgebildet und koaxial zur Achse des Verbind urigskanals (2) angeordnet ist und die zweite Elektrode durch die Wand (16) des Verbindungskanals gebildet wird.
5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet daß die erste Elektrc-ie (7') von einer dritten Elektrode (23) ab tmpm Teilstück der Gesamterstreckung der ersten Elektrode '~a Bereich des Verbindungskanals ringförmig umgeben ist wobei an die erste und die zweite Elektrode dieselbe Polarität der Meßspannung angelegt ist
6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet daß der über die erste Elektrode (7') und über die dritte Elektrode (23) fließende Strom getrennt auswertbar ist.
7. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Totraum der Ionenstromso:nde der vom Kerzengehäuse (28, 41, 46) und Kenienstein (29, 44) einer Zündkerze begrenzte Raum ausgenutzt wird und der Verbindungskanal der zwischen Mittelelektrode der Zündkerze und dem Keirzengehäuse (28,41,46) liegende Spalt ist.
8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die als Zündkerze dienende Ionenstromsonde über eine erste Vorfunkenstrecke (39) mit der Zündspannungsquelle (34) verbunden ist.
9. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die als Zündkerze dienende Ionenstromsonde über einen Schalter (40) von der Zündspannungsquelle trennbar ist.
10. Einrichtung nach einem der vorstehenden Anspüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß in der Verbindung der als Zündkerze dienenden Ionenstromsonde zur Meßspannungsquelle (10) eine Diode (36) in Sperrichtung zur anliegenden Zündspannung und/oder ein Widerstand (37) angeordnet ist.
11. Einrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Elektrode stabförmig ausgebildet ist und ringförmig von dem als zweite Elektrode (43) dienenden Kerzengehäuse umgeben ist.
12. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Elektrode (42) bündig mit der ringförmigen zweiten Elektrode (43) endet
13. Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet daß die Stirnseite der ersten Elektrode (42) mit einer isolierenden Schicht (45) abgedeckt ist
14. Einrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet d?<3 die als
ίο Zündkerze ausgebildete Ionenstromsor.de als zweite Elektrode das offen zum Brennraum (3) mündende Kerzengehäuse (46) besitzt das einen mit diesem verbundenen hakenförmig zur ersten Elektrode abgebogenen Teil als Masseelektrode (48) aufweist und daß die erste Elektrode in eine Zündelektrode (50,50', 58,64) und eine Meßelektrode (47,47', 47", 47'") aufgeteilt ist
15. Einrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet daß die Zündelektrode das offene Ende des Kerzengehäuses überragt und die Meßelektrode zumindest radial allseitig vom Kerzengehäuse umgeben ist
16. Einrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet daß die Zündelektrode (50) von der Meßelektrode (47) durch eine zweite Vorfunkenstrecke (52) getrennt ist
17. Einrichtung nach Anspruch io, dadurch gekennzeichnet daß die Vorfunkenstrecke aus dem Abstand (59,62) an der Außenfläche zwischen Zündelektrode (58,64) und Meßelektrode (47', 47") eines beide verbindenden Isolierkörpers (57,61,65) gebildet wird.
18. Einrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet daß die Zündelektrode (50') als zapfenförmig abgesetztes Teil der Meßelektrode (47'") ausgebildet ist und von einer isolierenden Schicht (63), die eine schiechie Ladüngsiräger-Querieitung aufweist, mantelförmig umgeben ist.
19. Einrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet daß die isolierende Schicht (69) die Zündelektrode (47'") überragt
20. Einrichtung nach einem der Ansprüche 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet daß die Zündelektrode als zapfenförmig abgesetztes Teil der Meßelektrode (47'") ausgebildet ist und allseitig von einer isolierenden Schicht (70) umgeben ist, die zur Masseelektrode (48) hin Durchbrüche (71) aufweist.
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