DE2932202A1

DE2932202A1 - Vorrichtung zum feststellen von klopferscheinungen in brennkraftmaschinen mit einer auf dem gebrauch von temperatursensoren beruhenden geregelten zuendvorrichtung

Info

Publication number: DE2932202A1
Application number: DE19792932202
Authority: DE
Inventors: Nichtnennung Beantragt
Original assignee: Alfa Romeo SpA
Current assignee: Alfa Romeo SpA
Priority date: 1978-08-11
Filing date: 1979-08-08
Publication date: 1980-02-21
Also published as: IT7826738A0; IT1098049B; US4265206A; FR2433104A1; FR2433104B1

Description

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BESCHPEIBUNG

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit geregelter Zündung, ausgestattet mit einem zur Verursachung einer elektrischen Entladung an der Zündkerze eingerichteten Zündsystem, mit einer bestimmten Grundregelung der Zündvorstellung relativ zum oberen Totpunkt der verschiedenen Kolben, und auch ausgestattet mit einer Vorrichtung zum Feststellen des möglichen Auftretens von Klopferscheinungen in der Explosionskammer von wenigstens einem der Motorzylinder.

Es wurden schon Vorrichtungen zum Feststellen des Auftretens von Klopferscheinungen vorgeschlagen und hergestellt, die im wesentlichen Signale verwenden, die von Sensoren für hochfrequente Vibrationserscheinungen kommen, die das Klopfen begleiten.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zu schaffen, die das Auftreten von Klopfen in Brennkraftmaschinen sicher feststellt, und eine Verhinderung von durch Klopfen bedingte Schäden ermöglicht.

Diese Aufgabe wird durch eine Brennkraftmaschine der eingangs beschriebenen Art gelöst, die gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet ist, daß diese Vorrichtung zwei Temperatursensoren, die beide in der Kammer angeordnet sind, wobei der erste der zwei Sensoren in der von der Zündkerze am weitesten entfernten Zone angeordnet ist, in der im wesentlichen die Erscheinung des beginnenden Klopfens erfahren wird, der andere Sensor dagegen in einer Zone nahe an der Zündkerze angeordnet ist, in der die beginnenden Klopferscheinungen nicht auftreten, und einen elektronischen Schaltkreis umfaßt, der die von den Sensoren kommenden Signale aufnimmt, wobei der Schaltkreis mit einer aus einem Signalkomparator bestehenden Einrichtung ausgestattet ist, die diese Signale im wesentlichen durch Vergleichen miteinander benutzen kann, so daß feststellbar ist, ob der Motor unter Klopfbedingungen arbeitet oder nicht.

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Die Brennkraftmaschine mit geregelter Zündung weist zwei Temperatursensoren auf, von denen einer in der am weitesten entfernten Stellung relativ zur Zündkerze und der andere in der Nähe der Zündkerze in einem Zylinder angeordnet ist, die Signale erzeugen, deren Differenz kennzeichnend für die Feststellung von Klopferscheinungen ist. Wenn die Temperaturdifferenz der beiden Sensoren eine vorausgewMhlte Größe übersteigt, kann ein Warnsignal auf das Armaturenbrett gegeben werden, oder das geregelte Zündsystem der Maschine bzw. des Motors kann einen Befehl zur Verminderung des Zündvorstellwinkels aufnehmen, bis daß gewöhnliche, nicht klopfende Betriebsbedingungen für den Motor wiederhergestellt sind.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist zum Unterscheiden der regulären Verbrennung der Mischung von der anomalen Verbrennung durch Klopferscheinungen vorgesehen, indem die Signale verwendet werden, die von Temperatursonden kommen, welche im Inneren der Explosionsbzw. Verbrennungskammer angeordnet sind. Die Vorrichtung beruht eigentlich auf der Tatsache, daß Klopferscheinungen, insbesondere wenn die Art und die Intensität der fraglichen Erscheinungen so ist, daß sie Schaden an den Bestandteilen des Motors, die den Gasen in der Explosionskammer ausgesetzt sind, verursachen, nicht nur einen Druckwellenzug hoher Frequenz in der Explosionskammer einleiten, sondern auch eine erhöhte Wärmeübertragung von dem Gas zu den Motorwänden und so eine Temperaturzunähme in diesen Wänden. Die erhöhte übertragung und die Temperaturzunahme finden insbesondere in der Zone der Explosionskammer statt, in der die anormale Verbrennung entsprechend dem Klopfen geschieht: Diese Zone ist diejenige, in der die Mischung zuletzt verbrennt, und ist im wesentlichen die am weitesten von der Zündkerze entfernte Zone. Es wurde so die Anordnung eines Temperatursensors in dieser Zone der Explosionskammer ins Auge gefaßt, der zur Feststellung der Zunahme der Wärmeübertragung, die für das Klopfen charakteristisch ist, eingerichtet ist. Es ist jedoch bekannt, daß bei Änderung der Betriebsbedingungen des Motors (d.h., wenn die Drehzahl und der Grad der Drosselung geändert werden) die Temperatur des inneren

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Teils der Explosionskairuner beträchtlich variiert, und daß diese Änderungen plötzlich sein können, z.B., wenn die Drosselklappe abrupt beim Beschleunigen geöffnet wird.

Abrupte Änderungen der Temperatur wegen der Änderung der Betriebsbedingungen werden so auch durch den Sensor festgestellt. Um den schnellen Temperaturanstieg im Sensor wegen der Änderung der Betriebsbedingungen von der Temperaturzunahme, die dagegen auf das Klopfen beruht, zu unterscheiden, wurde die Installation eines zweiten Temperatursensors in der Explosionskainmer ins Auge gefaßt, aber in einer Zone näher an der Zündkerze, und in der beginnende Klopferscheinungen niemals zu erwarten sind.

Der zweite Sensor erfährt die schnelle Temperaturzunahme nur in Verbindung mit abrupten Veränderungen der Betriebsbedingungen. Wenn ein elektronischer Schaltkreis, der einen Komparator für zwei Signale umfaßt, die Signale der beiden Sensoren empfängt, ist es dem Schaltkreis möglich, den Ursprung der Erscheinung zu unterscheiden. So besteht, wenn die Temperaturzunahme in beiden Sensoren stattfindet, und so die zwei Signale gleich oder nahezu gleich sind, kein Klopfen, wohingegen, wenn sie nur in dem ersten Sensor stattfinde¹?/ ä§s bezügliche Signal größer als das von dem zweiten Sensor kommende Signal ist, Klopfen vorhanden ist. Die Unterscheidung kann auch erhalten werden, wenn die Sensoren z.B. thermoelektrische Sensoren sind, indem die Kabel der zwei thermoelektrisehen Elemente entgegengesetzt verbunden werden und die elektrische Schaltung so die Spannungsdifferenz aufnimmt, die der Ausdruck der Temperaturdifierenζ zwischen den zwei Sensoren ist, und das Auftreten von Klopfen durch die Schaltung offenkundig gemacht wird, wenn immer eine solche Spannungsdifferenz einen bestimmten vorausgewählten Wert übersteigt.

Gemäß einer ersten Ausführungsform ist dafür Vorkehrung getroffen, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung an eine Signaleinrichtung angepaßt ist, z.B. einem Leuchtsignal, das auf dem Armaturenbrett

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angeordnet ist, so daß der Fahrer, wenn Klopferscheinungen aufgrund des gleichzeitigen Vorhandenseins verschiedener Faktoren (schlechte Qualität des Treibstoffs, Vorhandensein von Verkrustungen in der Explosionskammer, Schleppen eines Wohnwagens an einem steilen Hügel usw.) auftreten, die Möglichkeit hat, die Leistungsabgabe des Motors zu vermindern, bis daß das Signal verschwindet.

Gemäß einer alternativen Ausführungsform ist dagegen Vorkehrung getroffen, daß der erwähnte elektronische Schaltkreis mit einer Steuereinrichtung ausgerüstet ist, die betriebsfähig mit dem Zündsystem der Maschine bzw. des Motors verbunden ist, einem System, das schon selbst durch eine Grundeinstellung der Zündvorstellung als Funktion wenigstens eines der Motorparameter, wie etwa der Motordrehzahl, gekennzeichnet ist. Dadurch liefert die erwähnte Einrichtung des elektronischen Schaltkreises, sobald das Auftreten von Klopfen aufgrund der von den Sensoren kommenden Signale festgestellt wird, einen Befehl zur schnellen Reduzierung der Zündvorstellung relativ zur Grundeinstellung, und dies bis die Temperatursensoren dem elektronischen Schaltkreis signalisiert haben, daß kein Klopfen mehr stattfindet. Wenn die Tatsache in Betracht gezogen wird, daß, während die Vorrichtung zur Verminderung der Vorstellung in Aktion tritt, sich die erwähnten Motorparameter der Grundeinstellung, z.B. der Motordrehzahl, ändern können, wird als bevorzugte unter den verschiedenen Ausführungsformen diejenige geschaffen, in der der Befehl zur Verminderung der Vorstellung sich mit der ganzen Grundverstellung befaßt, und nicht nur den Punkt einer solchen Einstellung, die den Parametern entspricht, die im Augenblick des Auftretens des Klopfens gültig sind. Um zu verhindern, daß wegen der beträchtlichen Veränderung solcher Parameter oder irgendeiner Art des Grads der Betriebsintensität des Motors (z.B. beim übergang nach einer Beschleunigung zum konstanten Geschwindigkeitsbetrieb des Fahrzeugs) die Verminderung der Vorstellung auch aufrechterhalten bleibt, wenn sie nicht länger benötigt wird, ist eine weitere Einrichtung vorgesehen, die innerhalb eines vergleichsweise engen Bereiches eine allmähliche bzw. stufenartige Zurücknahme der Verminderung der Vorstellung befehlen

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kann und diese von dem Augenblick an startet, in dem die Verminderung dem System auferlegt wurde. Es ist offensichtlich, daß bei erneuten Klopferscheinungen während einer solchen allmählichen Zurücknahme bzw. Aufhebung ein neuer Befehl von der Vorrichtung zur Unterdrückung des Klopfens gegeben wird.

Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren. Von den Figuren zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung des Motorblocks mit einer erfindungsgemHßen Zündungsverstellungsvorrichtung; und

Fig. 2 eine Schnittansicht durch einen Zylinder mit Zylinderkopf gemäß der Erfindung.

Zum besseren Verständnis zeigt Fig. 1 schematisch mit 1 den Motorblock (als Beispiel ist ein Vierzylinderreihenmotor gezeigt) wie er entlang der Richtung der Zylinderachsen gesehen wird, und 2, 3, 4 und 5 sind die Motorzylinder, 6, 7, 8, 9 die Zündkerzen und 10, 11, 12 und 13 die Zündkabel, die den Zündstrom zu den Zündkerzen führen, 14 ist das Zündsystem, das den Strom zu den Zündkerzen mit einer bestimmten Grundeinstellung der Zündvorstellung relativ zum oberen Totpunkt der den verschiedenen Zylindern entsprechenden Kolben liefert, 15 und 16 sind zwei Temperatursensoren, die vorzugsweise thermoelektrische Elemente und in der Explosionskammer des Zylinders 2 angeordnet sind, wobei der Sensor 15 in der Zone der Explosionskammer angeordnet ist, die am entferntesten von der Zündkerze liegt und wo die beginnenden Klopferscheinungen im wesentlichen auftreten, und der Sensor 16 ist in einer Zone nahe an der Zündkerze angeordnet, in der die beginnenden Klopferscheinungen nicht auftreten, so daß die gleichzeitige Temperaturzunahme, die von den Sensoren 15 und 16 signalisiert wird, nur auf einer Zunahme der von dem Motor abgegebenen Leistung beruhen kann, wenn kein Klopfen in Gang ist, wohingegen eine Tempe-

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raturzunahme nur des Sensors 15, oder nur des Sensors 15 vorherrschend über den Sensor 16 nur auf das Auftreten von Klopferscheinungen beruhen kann. Mit 17 und 18 sind zwei Verbindungen der Sensoren 15 und 16 mit dem elektronischen Schaltkreis 19 bezeichnet, wobei jede der zwei Verbindungen durch die zwei Leitungen zusammengesetzt ist, die an den thermoelektrischen Elementen beginnen, wenn die Sensoren thermoelektrische Elemente sind, und der elektronische Schaltkreis 19 eine Einrichtung aufweist, die aus einem Signalkomparator besteht, der die von den Sensoren kommenden Signale derart verwenden kann, daß er das Vorhandensein von Klopfen im Vergleich zu dem normalen Arbeiten des Motors unterscheiden kann. In einer ersten Ausführungsform der Vorrichtung wird das mögliches Klopfen angebende Signal über die Verbindung 20 zu der Alarmeinrichtung 21 geschickt, die z.B. auf dem Armaturenbrett des Fahrzeugs angeordnet ist, und in einer zweiten Ausführungsform der Vorrichtung ist der elektronische Schaltkreis 19 auch mit einer Einrichtung ausgestattet, die einen Befehl zur schnellen Verminderung der Vorstellung des Zündsystems 14 geben kann, mit dem sie betriebsfähig über die Leitung 22 verbunden ist.

Eine andere Einrichtung kann in dem Schaltkreis 19 vorgesehen sein, die den Befehl für die fortschreitend schnelle Verminderung der Vorstellung abtrennen kann, sobald sie feststellt, daß kein Klopfen mehr in dem Motor auftritt.

Es kann jedoch auch eine andere Einrichtung vorgesehen sein, die, wenn der Befehl zur schnellen allmählichen Abnahme der Vorstellung vorbei ist, eine weniger schnelle allmähliche Zunahme der Vorstellung befehlen kann, so daß die Vorstellung zum Originalwert der Grundeinstellung hin zurückgestellt wird.

Diese zeitweilige Korrektur der Vorstellung relativ zur Grundeinstellung kann entlang der ganzen Vorstellungskurve ausgeführt werden und so des ganzen Arbeitsbereichs des Motors hindurch, oder nur in einigen wenigen Zonen eines solchen Bereichs.

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Fig. 2 zeigt überdies eine schematische Querschnittsansicht des Kopfs und des Zylinders,der mit 2 in Fig. 1 angegeben.ist, wobei der Querschnitt entlang einer Ebene parallel zur Achse des Zylinders genommen ist, und durch die gerade Linie geht, die die Zündkerze 6 mit den Sensoren 15 und 16 verbindet: In dieser Zeichnung ist mit 26 der Kolben angegeben, mit 27 die Pleuelstange, beide in der Stellung, die dem oberen Totpunkt entspricht, mit 23 die Explosionskammer, in die die Zündkerze 6 und die zwei Sensoren 15 und 16 hineinragen, mit 24 der Zylinderblock und mit 25 der Motorkopf.

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Claims

Alfa Romeo S.p.Α., Mailand/Italien

Vorrichtung zum Feststellen von Klopferscheinungen in

Brennkraftmaschinen mit einer auf dem Gebrauch von Temperatursensoren beruhenden geregelten Zündvorrichtung

PATENTANSPRÜCHE

!./Brennkraftmaschine mit geregelter Zündung, ausgestattet mit einem zur Verursachung einer elektrischen Entladung an der Zündkerze eingerichteten Zündsystem, mit einer bestimmten Grundregelung der Zündvorstellung relativ zum oberen Totpunkt der verschiedenen Kolben, und auch ausgestattet mit einer Vorrichtung zum Feststellen des möglichen Auftretens von Klopferscheinungen in der Explosionskammer von wenigstens einem der Motorzylinder, dadurch gekennzeichnet, daß diese Vorrichtung zwei Temperatursensoren (15, 16), die beide in der Kammer (23) angeordnet sind, wobei der erste (15) der zwei Sensoren in der von der Zündkerze (6) am weitesten entfernten Zone angeordnet ist, in der im wesentlichen die Erscheinung des beginnenden Klopfens erfahren wird, der andere Sensor (16) dagegen in einer Zone nahe an der Zündkerze (6) angeordnet ist, in der die beginnenden Klopferscheinungen nicht auftreten, und einen elektronischen Schaltkreis (19) umfaßt, der die von den Sensoren (15, 16) kommenden Signale auf-

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nimmt, wobei der Schaltkreis (19) mit einer aus einem Signalkamparator bestehenden Einrichtung ausgestattet ist, die diese Signale im wesentlichen durch Vergleichen miteinander benutzen kann, so daß feststellbar ist, ob der Motor unter Klopfbedingungen arbeitet oder nicht.
2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der elektronische Schaltkreis (19) mit einer Alarmeinrlchtung (21) verbunden ist, die vorzugsweise aus einer leuchtenden Warneinrichtung besteht, die auf dem Armaturenbrett vor dem Fahrsitz angeordnet ist, so daß dem Fahrer das mögliche Auftreten von Klopferscheinungen signalisiert wird.
3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der elektronische Schaltkreis (19) mit einer Einrichtung ausgestattet ist, die betriebsfähig mit dem Zündsystem (14) verbunden ist und diesem System einen Befehl zur schnellen Verminderung der Zündvorstellung relativ zu dem der Grundeinstellung entsprechenden Wert geben kann, sobald sie festgestellt hat, daß die Maschine unter Klopfbedingungen arbeitet.
4. Brennkraftmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung des elektronischen Schaltkreises (19) nach der Befehlsgebung an das Zündsystem (14) zur raschen allmählichen Verminderung der Zündvorstellung diesen Befehl abstellen und die allmähliche Verminderung der Zündvorstellung abstellen kann, sobald sie feststellt, daß die Maschine nicht länger unter Klopfbedingungen läuft.
5. Maschine nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung des elektronischen Schaltkreises (19) einen Befehl an das Zündsystem (14) zur Verminderung der Zündvorstellung relativ zu dem der Grundeinstellung entsprechenden Wert senden kann, wobei diese Verminderung in wenigstens einer Zone des Bereichs der Grundeinstellung ausführbar ist und so auch für die Punkte

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des Betriebsbereiches der Maschine, die von dem verschieden sind/ an dem das Auftreten von Klopfen festgestellt wurde.
6. Maschine nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der elektronische Schaltkreis (19) mit einer weiteren Einrichtung ausgestattet ist, die, in dem Augenblick, in dem der Befehl abgetrennt wird, die allmähliche schnelle Verminderung der Zündvorstellung stoppen und einen Befehl zur weniger schnellen allmählichen Zunahme der Zündvorstellung zu dem der Grundeinstellung entsprechenden Wert hin starten kann.

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