DE2830048A1 - Anordnung zur erfassung der fruehzuendung bei einem verbrennungsmotor - Google Patents

Anordnung zur erfassung der fruehzuendung bei einem verbrennungsmotor

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Description

HOFFMANN · IiIXXE Oc PARTNlSR
PATENTANWÄLTE
DR. ING. E. HOFFMANN (1930-197*5) . DIPL.-ING. W.EITLE . DR. RER. NAT. K. HOFFMAN N · DIPL.-ING. W. LEHN
DIPL.-IMG. K. FOCHSLE · DR. RER. NAT. B. HANSEN AP.ABELLASTRASSE 4 {STERN HAUS) · D-8000 MONCH EN 81 · TELEFON (089) J11087 · TELEX 05-29Ä1? (PATHE)
30 198 p/eh
Alfa Romeo S.p.A., Mailand/ Italien
Anordnung zur Erfassung der Frühzündung bei einem
Verbrennungsmotor
Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektronische Vorrichtung, mit der anormale Verbrennungen und insbesondere Frühzündungen in einem Verbrennungsmotor mit gesteuerter Zündung erfaßt werden können.
In den Zündkammern bzw. Verbrennungsräumen der Verbrennungsmotoren kann die Zündung des Luft-Benzin-Gemisches unabhängig von der Tätigkeit der Zündanlage erfolgen, und zwar aufgrund des Vorhandenseins von Heißstellen, wie Kohleablagerungen oder überhitzte Bereiche der Auslaßventile oder der Zündkerzen. Diese Heißstellen entzünden das Gemisch noch bevor der Funken zwischen den Elektroden der Zündkerzen überspringt.
-Diese Glühzündungen, die anfänglich mit ünstetigkeit erfolgen, einmal auf mehrere Arbeitsspiele des Zylinders, die jedoch, wenn nicht eingegriffen wird, dazu tendieren, in einer mehr
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oder weniger kurzen Zeitspanne stabil zu werden, und sich
mit Regelmäßigkeit in allen Arbeitsspielen zu wiederholen,
geben Anlaß zu Leistungsverlusten und zu einem unregelmäßigen Betrieb des Motors, da es sich um unkontrollierte Zündungen
handelt, welche die Gesetzmäßigkeit der Zündeinstellung nicht befolgen, für die das Zündungssystem ausgelegt ist. In einigen Fällen führen sie auch zu erheblichen mechanischen Schäden des Motors.
Es erscheint also wünschenswert, über eine Vorrichtung zu
verfügen, mittels der mit großer Schnelligkeit und Genauigkeit das Entstehen von Frühzündungen in wenigstens einem der Zylinder des Motors festgestellt und einwiesen anormalen Betrieb
des Motors anzeigendes Signal geliefert werden kann.
Es sind bereits Apparate zum Feststellen von Frühzündungen bekannt, die als die Erscheinung anzeigenden Parameter die Ionisierung des Gemisches benutzen. Diese Geräte basieren auf der Tatsache, daß mit der Verbrennung eine Ionisierung des Gemisches erfolgt. Wenn daher in der Verbrennungskammer das Gemisch brennt, wird das zwischen den Elektroden der Zündkerze verhandene Gas stark ionisiert und ist elektrisch leitfähig. Die Ionisierung kann daher als die Frühzündung anzeigender Parameter· benutzt
werden.
Einige Apparate dieser Art verwanden einen Fühler, der zusammen mit der Zündkerze in dem unter Überwachung stehenden 'Zylinder eingebaut wird. Andere Geräte hingegen benutzen die Zündkerze selbst als Fühler, erfordern aber· ein Auslassen der Zündung, wenn eine Frühzündung im Zylinder festgestellt werden soll.
Mit den Geräten der ersten Art ist eine Änderung des Zylinderkopfes erforderlich, um den Fühler in die Brennkammer einzubauen. Mit den Geräten der zweiten Art sind die Messungen nicht sehr
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qenau, weil die Prüfungsverhältnisse des Zylinders von sdnen Betriebsverhältnissen verschieden sind, weil die Zündungen der Kerze ausbleiben. Die erhaltenen Anzeigen sind mn so weniger zuverlässig, je stärker der Verlauf der Frühzündung zyklisch diskontinuierlich ist. Aus denselben Gründen sind diese Geräte für eine beginnende Vorzündung wenig empfindlich.
Daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine elektronische Vorrichtung zur Erfassung von Frühzündungen bei einem Verbrennungsmotor zu schaffen, die auf der Feststellung des Ionisierungsgrades des Gemisches beruht, wobei die Verwendung eines Fühlers neben der Zündkerze unnötig ist und der normale Betrieb der Zündanlage nicht beeinträchtigt wird, d.h. ein Außerbetriebsatzen der Zündkerze während der Feststellung der Frühzündung nicht erforderlich ist.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist für die Zündanlage eines Motors vorgesehen, welche Schaltmittel umfaßt, um das Zünden des Funkens bei jeder der Zündkerzen des Motors zyklisch zu steuern, wobei die besagte Vorrichtung erste mit wenigstens einer der Zündkerzen des Motors in Wirkverbindung stehende Mittel umfaßt, die geeignet sind, den Betriebszustand der betreffenden Zündkerze anzeigende Signale abzugeben, die also die Ionisierung zwischen deren Elektroden anzeigen, welche Vorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, daß sie zweite mit den genannten Schaltmitteln in Wirkverbindung stehende Mittel umfaßt, die geeignet sind, den Betriebszustand der betreffenden Zündkerze zu erfassen und den Übergang des Funkens an der Zündkerze anzeigende Signale abzugeben, und ferner weitere mit den genannten ersten und zweiten Mitteln in Wirkverbindung stehende Mittel umfaßt, die geeignet sind. Signale zu erzeugen, die Funktion der von den ersten Mitteln ausgesandten Signale sind, aber nur in Abwesenheit der von den zweiten Mitteln ausgesandten Signale.
Insbesondere bestehen bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung die ersten Mittel aus wenigstens einem ersten Kreis zur Erfassung
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« *7 mm.
des Leitzustandes einer der Zündkerzen des Motors-, wobei der der erste Kreis eine erste Anpassungsstufe zum Abschalten des betreffenden Kreises von den genannten Schaltmitteln umfaßt, einen Mittelspannungsgenerator für Gleichstrom, der geeignet ist, der Zündkerze Strom zu geben, wenn das zwischen deren Elektroden vorhandene Gemisch ionisiert ist und die Eigenschaften eines elektrischen Leiters annimmt, eine Filtrierstufe, die geeignet ist, die Signale, die hindurchgehen, wenn der besagte Generator in Stromlieferphase befindlich ist, von Interferenzen fremder Signale zu trennen, eine Stufe der Verstärkung der besagten Stromsignale, wobei die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, daß die zweiten Mittel aus einem zweiten, den Betriebszustand der Zündkerze feststellenden Kreis bestehen, wobei der zweite Kreis eine zweite Anpassungsstufe zum Abschalten dieses Kreises von den obengenannten Schaltmitteln und zur Form- und Niveau-Bearbeitung der Niederspannungssignale umfaßt, die in demselben zweiten Kreis entstehen, wenn die Funken zwischen den Elektroden zur Zündkerze überspringen, eine Filtrierstufe, die geeignet ist, die besagten Niederspannungssignale von in Frequenz überlagerten Signalen zu isolieren, eine Steuerstufe, die geeignet ist, die im zweiten Kreis entstehenden Signale zu verstärken, wobei die genannten weiteren Mittel eine mit dem ersten Kreis und mit dem zweiten Kreis verbundene Umschaltstufe unifassen, die geeignet ist, den Durchgang der im ersten Kreis bei Abwesenheit der vom zweiten Kreis ausgesandten Signale erzeugten Signale gegen den betreffenden Ausgang zu gestatten, wobei die Anwesenheit solcher Signale am Ausgang der Umschaltstufe eine Ionisierung des Gemisches im Zylinder vor dem Funken an der Zündkerze, mithin Frühzündung, anzeigt, wobei die genannte Umscha.ltstufe geeignet ist, den Durchgang der im ersten Kreis in Anwesenheit der im zweiten Kreis ausgesandten Signale erzeugten Signale, das heißt also in Anwesenheit des Funkens an der Zündkerze, zu verhindern, wobei die genannten weiteren Mittel schließlich eine Stufe zur Erfassung der am Ausgang der Umschaltstufe anstehenden Signale umfassen.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung benutzt also als Fühler die Zündkerze des unter Überwachung stehenden Zylinders selbst. Die Zündkerze jedoch bleibt stets mit der Zündanlage in Verbindung und ist in der Lage, auch während des Betriebs der die Frühzündung erfassenden Vorrichtung den Funken für die gesteuerte Zündung des Gemisches überspringen zu lassen. Es ergibt sich so eine sehr schnelle und genaue Vorrichtung, mit der auch eine beginnende Frühzündung erfaßt werden kann, weil sie bei jedem Arbeitsspiel des Motors wirkt.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung bietet ferner den Vorteil, einfach genug zu sein, um im Kraftwagen verwendet werden zu können, derart, daß sich das erfaßte Frühzündungssignal als Warnung für den Fahrer benutzen läßt, um ihm den anormalen Betrieb des Motors anzuzeigen, oder als Regelungsparameter für einen Eingriff in die Zündanlage im Sinne einer Regulierung des Motorbetriebes.
Merkmale und Vorteile der Erfindung werden klarer unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung verstanden, in der als Beispiel das Blockschema einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung dargestellt ist.
In der Abbildung ist mit 10 eine Quelle elektrischer Niederspannungsenergie bezeichnet, die über eine Leitung 11 mit einer Primärwicklung 12 einer in ihrer Gesamtheit mit 13 bezeichneten ) Zündspule verbunden ist. Die Zündspule 13 ist mittels eines mit 14 bezeichneten Unterbrechers geerdet. Der Unterbrecher wird von einem in der Abbildung nicht dargestellten gebuckelten Nocken synchron mit dem Motor zyklisch beim öffnen und Schließen betätigt, Mit 15 ist ein mit dem unterbrecher parallel geschalteter Zündkondensator bezeichnet. Eine Sekundärwicklung 16 der Zündspule 13 ist mittels einer Leitung 17 mit einem mit 18 bezeichneten Zündverteiler verbunden, der sich in Reihenfolge mit den verschiedenen Zündkerzen des Motors verbindet, deren Anzahl im dargestellten Fall vier ist und die mit 27, 28, 29 und 30 bezeichnet sind.
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In der Abbildung sind die mit 19, 20, 21, 22 bezeichneten Hochspannungselektroden der Zündkerzen und die entsprechenden Masseelektroden, bezeichnet mit 23, 24, 25, 26, scheinatisch dargestellt.
Mit der Hochspannungselektrode 19 (wenigstens) einer der Zündkerzen des Motors ist ein erster Kreis zur Erfassung des Leitzustandes der Zündkerze verbunden, der aus der Anpassungsstufe 32, aus dem Mittelspannungs-Gleichstrom-Generator 33, aus der Filtrierstufe 34 und aus der Verstärkerstufe 35 besteht.
Die zwischen zwei Leitungen 31 und 51 eingefügte Anpassungsstufe 32 dient zur Abschaltung des Kreises, und insbesondere des Generators 33, von der Hochspannungsleitung, die an der Elektrode 19 der Zündkerze 27 endet. Der Generator 3 3 kann über die Leitungen 31 und 51 der Zündkerze 27 Strom liefern, wenn, wie über dieselben Leitungen angezeigt, das zwischen den Elektroden 19 und 23 vorhandene Gemisch ionisiert ist und daher elektrisch leitend wird. Die Filterungsstufe 34 dient dazu, ein ihr von dem in Lieferphase befindlichen Generator 33 zugeführtes Signal von Interferenzen anderer, insbesondere von den anderen Zündkerzen kommenden Signalen zu isolieren. Die Verstärkerstufe 35 soll das resultierende gefilterte Signal verstärken. Vor dem Unterbrecher 14 ist über die Leitung 36 ein zweiter Kreis zur Erfassung des Unterbrecherzustandes abgezweigt, der aus einer Anpassungsstufe 37, aus einer Filterungsstufe 38 und aus einer Steuerungsstufe 39 besteht.
Die Anpassungsstufe 37 dient zum Abschalten des Kreises von der Niederspannungswicklung 12 der Zündspule 13 und zur Verarbeitung der Form und des Niveaus des Niederspannungssignals, das im Kreis selbst beim öffnen des Unterbrechers 14 entsteht, wenn der Funken zwischen den Elektroden der von Fall zu Fall durch den Zündver-
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teiler 18 gewählten Zündkerzen überspringt. Die Filterungsstufe 38 soll das genannte Niederspannungssignal von frequenzüberlagerten Signalen isolieren, die durch die Induktion der Hochspannungswicklung 16 der Zündspule 13 auf die Niederspannungswicklung entstehen. Die Steuerungsstufe 39 dient zur Verstärkung des Signals das im Kreis durch das besagte Niederspannungssignal erzeugt wird.
In der Zeichnung ist mit 40 eine Umschaltstufe bezeichnet, die mittels einer Leitung 41 mit der Verstärkerstufe 35 des ersten Kreises und mittels Leitung 42 mit der Steuerungsstufe 39 des zweiten Kreises verbunden ist.
Das im ersten Kreis erzeugte Signal gelangt über die Leitung 41 zur Umschalt stufe 40,wenn das Gemisch zwischen den Elektroden 19 und 23 der Zündkerze 27 ionisiert ist. Das Signal, das im zweiten Kreis erzeugt wird, gelangt auch über die Leitung 42 zu demselben Umschaltestadium 40, wann sich der Unterbrecher 14 öffnet.
Die Umschaltstufe läßt ihrem Ausgang das Signal zukommen, das im ersten Kreis erzeugt wird, wenn in der Leitung 42 das Signal fehlt, das im zweiten Kreis erzeugt wird. Dieses Signal am Ausgang der Umschaltstufe 40 zeigt das Vorhandensein einer Ionisierung an, und mithin das Vorhandensein einer Verbrennung des Gemisches in dem mit der Zündkerze 27 versehenen Zylinder, vor dem Funken zwischen den Elektroden 19 und 23 eben dieser Zündkerze 27. Dieses Signal zeigt daher Frühzündung in dem betreffenden Zylinder an.
Die Umschaltstufe fängt hingegen das Signal auf, das ihr über die Leitung 41 zugelangt, wenn ihr gleichzeitig, über die Leitung 42, das im zweiten Kreis, erzeugte Signal zugelangt. Jn diesem Fall nämlich geht die Ionisierung des zwischen den Elektroden 19 und 23 der Zündkerze 27 vorhandenen Gemisches auf den Funken zurück, der
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zwischen denselben Elektroden beim öffnen des Unterbrechers 14 überspringt. Das Fehlen von Signalen am Ausgang der Umschaltstufe zeigt an, daß die Zündung ganz regulär ist, weil sie durch die richtige Zündungseinstellung des Unterbrechers gesteuert ist.
Das Frühzünduiigssignal am Ausgang der Unischaltstufe 40 wird der Feststellungsstufe 43 zugeführt, die es so verarbeitet, daß es in der Folge verwertbar ist. Mit der Feststellungsstufe ist nämlich eine Sxchtbarmachungsstufe 44 verbunden, in der das Frühzündungssignal für einen Beobachter sichtbar gemacht wird. Mit demselben Feststellungsstadium kann auch eine mit 45 bezeichnete und mit Strichlinien dargestellte Wirkstufe verbunden sein, in der das genannte Signal verarbeitet wird, um in dem ebenfalls mit Strichlinien dargestellten Versteller 46 verwertet zu werden, der auf den Unterbrecher 14 wirkt und die Verstellung derart ändert, daß der Betrieb des Motors reguliert wird. Der Versteller kann die Versteilung auch in Abhängigkeit vom Parameter der Frühzündung kontrollieren.
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Claims (4)

  1. HOFFMANN · 23ITLB & PARTNER
    PAT E N TAN WALTE
    DR. ING. E. HOFFMANN (1930-1976) · D! PL.-ING. W.EiUE · D R. RES. NAT. K. HO FFMAN N . Dl PL.-ING. V/. LEHN
    DIPL.-IN G. K. FDCHSLE -DR. RER. NAT. Q. HANSEN ARABELLASTRASSE 4 (STERN HAUS) . D-3000 MON CH EN Sl - TELEFON (089) 911087 . TELEX 05-29419 (PATHE)
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    Alfa Romeo S.p.A., Mailand/ Italien
    Anordnung zur Erfassung der Frühzündung bei einem
    Verbrennung smotor
    Patentansprüche
    Vorrichtung zum Feststellen der Frühzündung eines Verbrennungsmotors mit gesteuerter Zündung, kombinierbar mit der Zündanlage desselben Motors, wobei die Zündanlage Schaltmittel zum zyklischen Steuern des Funkenübergangs an jeder der Zündkerzen des Motors umfaßt und wobei die Vorrichtung mit mindestens einer der Zündkerzen des Motors in Wirkverbindung stehende erste Mittel umfaßt, die geeignet sind, den Leitzustand derselben Kerze, d.h. die Ionisierung zwischen deren Elektroden anzeigende Signale zu erzeugen, dadurch gekennzeichnet, daß sie mit den genannten Schaitmitteln (32-35} in Wirkverbindung stehende zweite Mittel (37-39) umfaßt, die den Betriebszustand derselben Zündkerze feststellen und Signale erzeugen können, welche das überspringen des Funkens an der Sund™
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    ORIGINAL INSPECTED
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    kerze anzeigen, und schließlich weitere mit den genannten ersten und zweiten Mitteln in Wirkverbindung stehende Mittel (4o) umfaßt, die Signale erzeugen können, welche von den durch die ersten Mittel ausgesandten Signalen abhängen, allerdings nur in Abwesenheit von durch die zweiten Mittel erzeugten Signalen.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die genannten ersten Mittel aus mindestens einem ersten Kreis zur Feststellung des Leitzustandes einer der Zündkerzen des Motors bestehen, wobei der erste Kreis eine erste Anpassungsstufe zum Abschalten desselben Kreises von den besagten Schaltmitteln umfaßt, einen Mittelspannungs-Gleichstrom-Generator, der geeignet ist, der besagten Zündkerze Strom zuzuführen, wenn das zwischen deren Elektroden vorhandene Gemisch ionisiert ist und die Eigenschaften eines elektrischen Leiters annimmt, eine Filterstufe, die geeignet ist, die dieselbe passierenden Stromsignale, wenn der Generator in Lieferphase befindlich ist, von Interferenzen fremder Signale zu trennen, eine Verstärkerstufe der Stromsignale, dadurch gekennzeichnet , daß die zweiten Mittel aus einem zweiten Kreis zur Feststellung des Betriebssustandes der Zündkerze bestehen, wobei der zweite Kreis eine zweite Anpassungsstufe (37) umfaßt zum Abschalten desselben Kreises von den Schaltmitteln und zur Verarbeitung der Form und des Niveaus der Niederspannungssignale, die in dem zweiten Kreis entstehen, wenn der Funken zwischen den Elektroden der Zündkerze überspringt, eine Filterstufe (38^, die geeignet ist, die Niederspannungssignale von frequensüberlagerten Signalen zu isolieren, eine Steuerungsstufe (39), die geeignet ist, die Signale zu verstärken, die im zweiten Kreis entstehen, wobei letztere Mittel eine mit dem ersten Krais (32-35) und mit dem zweiten Kreis (37-39) verbundene ümschaltstufe (4o) umfassen, die geeignet ist, den Durchgang zu deren Ausgang der im ersten Kreis entstandenen Signale in Abwesenheit der im zweiten Kreis entstandenen Signale zuzulassen, wobei die Anwesenheit solcher Signale am Ausgang der ümschaltestufe (4o) Ionisierung des Gemisches im Zylinder vor
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    dem Funken an der Zündkerze, mithin also Frühzündung anzeigt, wobei die ümschaltestufe (4o) geeignet ist, den Durchgang der im ersten Kreis erzeugten Signale in Anwesenheit der vom zweiten Kreis erzeugten Signale, d.h. also in Anwesenheit des Funkens an der Zündkerze, zu verhindern und wobei die weiteren Mittel schließlich eine Stufe (43) zum Feststellen der Signale am Ausgang der Umschaltestufe (4o) umfassen.
  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Stufe (44) umfaßt, welche der Bedienungsperson das am Ausgang des Feststellungsstadiums anstehende Signal signalisiert.
  4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Wirkstufe (45) umfaßt, die geeignet ist, das am Ausgang der Feststellungsstufe (44) anstehende Signal zu verarbeiten, um es einem Zündzeitversteller (4G) zuzusenden, mit dem die Verstellung in Abhängigkeit von den Frühzündungsverhältnissen kontrollierbar ist.
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