-
Stand der Technik
-
Der Brennraumdruck ist ein wesentlicher Parameter, der Auskunft über
den Verbrennungsablauf im Brennraum einer Brennkraftmaschine gibt. Änaerungen 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
zur einer klopfenden Verbrennung kommen, die für die Laufkultur und die Lebensdauer
der Brennkraftmaschine sehr nachteilig sind. Verbunden damit sind auch Auswirkungen
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 Ionenstromsonde
erfaßbar ist. Dabei wurde festgestellt, daß das Ionenstromsonden-Ausgangssignal
niedrige und hohe Frequenzanteile aufweist und daß die hochfrequenten Anteile nahezu
gleichförmig mit der Klopfintensität zunehmen. Die Problematik bestand darin, die
niederfrequenten Ionenströme von den klopfspezifischen hochfrequenten Ionenströmen
zu trennen. Dazu wurde bei der bekannten Einrichtung ein RC-Hochpaßfilter vorgesehen,
dem ein Amperemeter nachgeschaltet ist, das die mittlere Stromstärke der so ausgefilterten
Ionenstromanteile anzeigt.
-
Diese Einrichtung weist jedoch noch eine erhebliche Abhängigkeit vom
mittleren im Brennraum vorherrschenden Gasdruck auf.
-
Vorteile der Erfindung L'Ie erfindungsgemäße Anordnung mit dem kennzeichnenden
Merkmal hat demgegenüber 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 init 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 der- Brennkraftmaschine ein mit großer Sicherheit
das Klopfen kennzeichnendes Signal gewonnen werden kann.
-
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.
-
Zeichnung Zwölf AusführungsbeispieX der Erfindung sind in der Zeichnung
dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen
Figur 1 den Druckverlauf im Brennraum bei einer klopfenden und bei einer nichtklopfenden
Verbrennung über der Zeit, Figur 2 ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Figur 3 ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung
mit einer
doppelten itteleiektrode der lonenstromsonde, Figur 4 eine schaltungsmäßige Darstellung
eines Ionenstrom--r:eßkreises, wobei die lonenstromsonde gleichzeitig als Zündkerze
verwendet wird und Figur 5 bis 11 verschiedene vorteilhafte Ausführungsformen der
Elektroden einer Ionenstromsonde, die gleichfalls als Zündkerze verwendet werden
soll. Figur 12 und 13 zeigen ein elftes und zwiftes Ausführungsbeispiel mit in der
Mittelelektrode einer Zündkerze angeordneten Totraum.
-
Beschreibung der Erfindung Figur 1 zeigt den Druckverlauf des Brennraumdrucks
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 den Druckverlauf
bei klopfender Verbrennung. Charakteristisch für diese Verbrennung ist die oszillierende
Überlagerung 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 Figur 2 wird eine Einrichtung gezeigt mit der es möglich ist, diese
hochfrequenten Druckschwingungen c als Ionenstrom zu erfassen. Dabei ist ein Totraum
1 vorgesehen, der über einen Verbindungskanal 2 mit dem Brennraum 3 der Brennkraftmaschine
verbunden ist. Von diesem Brennraum ist lediglich die Brennraumbegrenzungswand 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 den 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
Elektrode 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 gröbsten. 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 Verbindungskanal 2 treten somit entsprechend den Druckschwankungen
im Brennraum oszillierende Gasströme auf. Nachdem das Betriebsgemisch im Brennraum
3 entzündet wurde und dabei Ionen entstanden 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 c in Form
von in gleicher Weise schwankenden Ionenströmen erfaßt.
-
Der Ionenstrom selbst ist vom Ionisationsgrad, dem absoluten
Druck
bzw. der Ionenaichte und vom Verhältnis der Gasgeschwindigkeit im Verbindungskanal
2 zur Ionendriftgeschwindigkeit 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 Druckschwingungen 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 einerseits die vorerwähnten Druckschwingungen anderen Ursprungs
ausgeschaltet und andererseits wird der verwertbare Ionenstrom durch die erhöhten
Gasgeschwindigkeiten im Verbindungskanal 2 vergrößert. Solche Schwingungen, die
nicht auf das Klopfen zurückzuführen sind, und die im allgemeinen eine andere Frequenz
als die Xlopfschwingungen 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.
Als Parameter sind dabei z.B. der Zündzeitpunkt und die Gemischzusammensetzung möglich.
-
Figur 3 zeigt eine abgewandelte Ausgestaltung der lonenstromsonde
gemäß Figur 2. Abweichend davon ist die erste Elektrode als Doppelelektrode ausgeführt,
mit einer mittleren Elektrode 7' und einer dritten Elektrode 23, die die erste Elektrode
als Röhrchen koaxial umgibt. Die erste Elektrode 7' 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 Elektroden 7' nach außen geführt. Wie im ersten
Ausführungsbeispiel ist die Elektrode 7' über die Leitung 9 mit der Spannungsqelle
10 verbunden, die wiederum über die Leitung 11 an Masse gelegt ist. Parallel dazu
ist nun die 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 7' werden die Ionen abgesaugt, die 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 Ionenstrom
I2 -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
Figur 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 Xerzenstein 29 und Kerzengehäuse
28 ist als Totraum 1 ausgebildet.
-
Die erste Elektrode 7 ist wie im ersten Ausführungsbeispiel 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 Pol 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 Figur 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 Ionenstrom 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
Figur 1 ausgeführt, ist es für die lonenstrommessung 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 Figur 1
zurückgesetzte Elektrode sehr schlechte Voraussetzungen für eine einwandfreie Zündung
des Kraft stoff-Luft-Gemisches im Brennraum. In den Ausführungsformen nach Figur
5 bis 11 sind lonenstromsonden bzw. Zündkerzen gezeigt, die für beide Zwecke ausreichend
geeignet sind.
-
Figur 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 Verbindungskanal
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 stirnseitig 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.
-
Figur 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 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 Figur 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 weiteres
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 Figur 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 Ionenströme rühren 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 Figuren 9 bis 11. Bei der Ausführung nach Figur 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 Meßelektrode 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 Figur 10 entspricht im wesentlichen der nach Figur
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 Figur 11 ist die Zündelektrode 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 die mensioniert, 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 Figur 7 weist die Ionenstromsonde
das übliche Kerzengehäuse 46 einer Zündkerze auf.
-
Wie auch beim Ausführungsbeispiel nach Figur 6 ist die übliche hakenförmig
zur Mittelelektrode hin abgebogene Massenelektrode 48 vorgesehen. Abweichend ist
hier jedoch die Unterteilung in die Meßelektrode 47"' und die Zündelektrode 50'
so vorgenommen, daß die Zündelektrode 50' als Zapfen auf die Meßelektrode 47"' aufgesetzt
ist und von einem Röhrchen 69 aus isolierendem Material umgeben ist. Das Röhrchen
überragt dabei vorteilhaft die Zündelektrode 50' um ein Stück und nähert
sich
dadurch der Masseelektrode 48 noch mehr. Durch die scharfen Kanten des Isolierteils
wird die Feldstärke zwischen Zündelektrode und Masseelektrode 48 erhöht und die
Spannung, ab der ein Überschlag eines Funkens erfolgt, gesenkt. Ferner schirmt die
mit Ladungsträgern besetzte Oberfläche des Isolators, solange die Zündkerze als
Ionens-romsonde dient, das elektrische Feld in Richtung Brennraum ab, so daß das
elektrische Feld, das für die Entstehung eines Ionenstromes maßgebend ist, im wesentlichen
radial von der Meßelektrode 47" zum Kerzengehäuse 46 verläuft. Ein Ionenstrom, der
auf die Paarung von Zündelektrode 50' und Röhrchen 69 zu Masseelektrode 48 zurückzuführen
wäre, wird nur so lange fließen, bis die Oberfläche des isolierenden Röhrchens 69
so stark mit Ladungsträgern besetzt ist, daß durch die dadurch entstehende Feldstärkenverringerung
kein Ionenstrom auf die vertieft sitzende Stirnseite der Zündelektrode 50' mehr
fließen kann.
-
Der gleiche Effekt wird durch eine Anordnung gemäß Figur 8 erreicht.
Hier wird die gesamte Oberfläche der zapfenförmig gegenüber der Meßelektrode 47"'
abgesetzten Zündelektrode 561 mit einer isolierenden Kappe 70 umgeben, die mehrere
Öffnungen 71 aufweist-oder durchgehend poröser Natur ist. Durch die Öffnungen 71
kann wie bei der Ausgestaltung nach Figur 7 der Überschlag des Zündfunkens erfolgen.
Während der lonenstrommessung schirmt die mit Ladungsträgern besetzte Oberfläche
der isolierenden Schicht das Feld in Richtung Brennraum ab. Auch hier befindet sich
die Meßelektrode 47"' von der Stirnfläche des Kerzengehäuses 46 zurückversetzt innerhalb
des Totraumes 1, das zur Einfangung der Ionen notwendige Feld erstreckt sich dabei
im wesentlichen radial zwischen Kerzengehäuse 46 und Mantelfläche der Meßelektrode
47"t.
-
Natürlich können auch 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.
-
Eine sehr einfache Ausführungsform einer als Ionenstromsonde ausgestalteten
Zündkerze bieten die Figuren 12 und 13. Figur 12 zeigt den Schnitt durch den Fußteil
einer Zündkerze 72, die im wesentlichen einer Standartzündkerze entspricht mit einer
Mittelelektrode 73, die.von einem üblichen Kerzenstein 74 gefaßt ist und mit einer
vom Einschraubgehäuse 76 der Zündkerze abführenden, hakenförmig zur Mittelelektrode
hin abgebogenen Masselektrode 77 zwischen der und der Stirnseite 78 der Mittelelektrode
ein Zündfunken gebildet werden kann. Von der Stirnseite 78 erstreckt sich nun zentral
ins Innere der Mittelelektrode 73 ein Sackloch 79, das die Funktion des Totraumes
übernimmt. Zwischen der als erste Elektrode dienenden Mittelelektrode 73 und der
als zweite Elektrode dienenden Masseelektrode 77 wird gemäß dem Beschaltungsbeispiel
nach Figur 4 ein Meßspannungsfeld angelegt, durch dessen Hilfe ein Ionenstrom erzeugbar
ist.
-
Das Sackloch 79 ist geometrisch so geformt, daß während des Klopfbetriebes
die Gassäule im Sackloch ebenfalls in Schwingung gerät und das neutralisierte Gasvolumen
im Sackloch aufgrund der Schwingungen nur pulsierend frisches ionenangereichertes
Gas aus dem Brennraum in den Bereich des Meßspannungsfelds gelangen läßt. Der zwischen
den beiden Elektroden auftretende Ionenstrom wird auf diese Weise mit der klopfbedingten
Gasschwingung im Brennraum moduliert.
-
Um die Klopfschwingungen noch exakter zu erfassen, können mit Hilfe
eines solchermaßen gebildeten Totraumes
in der Mittelelektrode
auch Pfeifenschwingungen, d.h.
-
durch die Klopfschwingung angeregte Resonanzschwingungen erzeugt werden.
In diesem Falle wird gemäß Ausgestaltung nach Figur 13 das Sackloch als einfache
Sackbohrung 80 ausgebildet.
-
Die zuvor beschriebenen Ausgestaltungen lassen sich in gleicher Weise
wie die Ausgestaltungen nach Figur 6 bis 11 gemäß dem Schaltplan nach Figur 4 beschalten.
Der Ionenstrom ist dann in analoger Weise, wie bei den vorstehenden Beispielen beschrieben,
auswertbar und als Steuergröße einer Regeleinrichtung verwendbar.