DE3139000A1

DE3139000A1 - Verfahren zur verbrennungsablaufverstellung bei einer fremdgezuendeten brennkraftmaschine und fremdgezuendete brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE3139000A1
Application number: DE19813139000
Authority: DE
Inventors: Michael G Dipl Ing May
Original assignee: MAY MICHAEL G DIPL ING ETH
Current assignee: MAY MICHAEL G DIPL ING ETH
Priority date: 1980-10-17
Filing date: 1981-09-30
Publication date: 1982-05-27
Also published as: IT8124546A0; IT1139243B; FR2492460A1; US4465046A; DE3139000C2; GB2102879A

Description

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Dipl.-Ing. Liichael G. May CH-1180 Rolle

Verfahren zur Verbrennungsablaufverstellung

bei einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine und fremdgezündete Brennkraftmaschine

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 und eine fremdgezündete Brennkraftmaschine zur Durchführung dieses Verfahrens.

Es sind anterschiedliche Maßnahmen zur Beeinflussung dor Verbrennung bei fremdgezündeten Brennkraftmaschinen, die mindestens- einen Verbrennungsraum mit mindestens einem Hubkolben cder Drehkolben aufweisen, bekannt. So ist es bekannt, den Zündzeitpunkt und die Zusammensetzung der während eines einzelnen Verbrennungstaktes verbrennenden Ladung, d. h. des zu verbrennenden Kraftstoff-Luft-Gemisches in Abhängigkeit vorbestimmter Parameter zu verstellen, beispielsweise in Abhängigkeit der Drehzahl, Außentemperatur, barometrischer Luftdruck, Wassertemperatur des Kühlwassers, Temperatur des Schmieröles,

^ow Temperatur der Frischladung, Sauerstoffgehalt des Abgases.

Auch ist bekannt, Klopfsensoren vorzusehen, die Klopfen der Brennkraftmaschine fühlen und Verstellung des Zündzeitpunktes auslösen, damit das Klopfen aufhört. Die Erfassung dieser Parameter und ihre Verarbeitung zur Ver- *"° stellung des Zündzeitpunktes, sowie zur Verstellung der

ο ι ο ο υ υ u

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χ Zusammensetzung der zu verbrennenden Ladung, stellen jedoch in der Praxis nicht sicher, daß im Langzeitbetrieb die anfänglich eingestellten günstigen thermischen Wirkungsgrade der Brennkraftmaschine aufrechterhalten

F₅ bleiben. Vielmehr können durch unkontrollierte Fre^tdeinflüsse nachteilige Verstellungen des Zündzeitpunktes im Betrieb auftreten. Auch ist, wenn viele Parameter gefühlt und für die Einstellung verwendet werden, die Abstimmung dieser Parameter aufeinander schwierig und zeit-IQ raubend. Auch können bei den bisherigen, der selbsttätigen Zündzeitpunkteinstellung dienenden Vorrichtungen nicht alle tatsächlich auf den Verbrennungsablauf Einfluß nehmenden Parameter erfaßt werden, beispielsweise die Zusammensetzung des jeweiligen Kraftstoffes, sich im Laufe der Zeit im Verbrennungsraum ansammelnde Ablagerungen, Innentemperaturen des Brennraumes, momentane Einstellung des Vergasers, usw.

Es ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, das hohe thermische Wirkungsgrade der Brennkraftmaschine erreichen läßt, ohne daß hierfür eine große Anzahl von Parametern gefühlt und verarbeitet werden muß und das unkontrollierte Fremdeinflüsse bei der Zündzeitpunktverstellung mit berücksichtigen kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das in Anspruch angegebene Verfahren gelöst.

Dieses erfindungsgemäße Verfahren vermeidet es, daß zur Einstellung besonders günstiger Zündzeitpunkte, die optimale oder nahezu optimale Betriebsverhältnisse der Brennkraftmaschine ergeben, zahlreiche Parameter, die von Einfluß auf Verbrennungsablauf und den thermischen Wir-

^s° kungsgrad sind, gefühlt und zur Einstellung des Zündzeit-

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punktes verarbeitet werden müssen. Es genügt, die Ankunft, der Flammenfront an der vorbestimmten F-Stelle eines Verbrennung sraumes der Brennkraftmaschine zu fühlen und auf die K-F-Koinzidenz mit der Ankunft des Kolbenbodens am δ Ende der K-Strecke zu regeln. Dadurch werden bei der selbsttätigen Zündzeitpunktverstellung auch unkontrollierte Fremdeinflüsse mit berücksichtigt. Das erfindungsgemäße Verfahren sieht also praktisch eine geregelte Verstellung des Zündzeitpunktes in der Weise vor, daß ungefähre K-F-Koinzidenz vorliegt. Hierdurch werden alle auf den Verbrennungsablauf Einfluß habenden Parameter der Brennkraftmaschine und- der Ladung mit erfaßt, selbst solche Parameter wie die Zusammensetzung des Kraftstoffes, Zusammensetzung der Verbrennungsluft, Temperatur des Verbrennungsraumes, Beeinflussung des Verbrennungsablaufes durch Ablagerung von Rückständen im betreffenden Verbrennungsraum und derglo„Auch kann dieses erfindungsgemäße Verfahren sogar Betriebszustände, die auf die Gefahr des Klopfens schon vor Eintreten des Klopfens oder auf "Eintreten- von Klopfen hindeuten,fühlen, so daß dem Klopfen odor der Klopf gefahr früh entgegengewirkt werden kann, und die Gefahr, daß Klopfen überhaupt auftritt, ganz beträchtlich reduziert oder Klopfen sogar sicher verhindert oder ihm rasch entgegengewirkt werden kann. Bevorzugt kann zu diesem Zweck vorgesehen sein, daß die Ankunft der Flammenfront der von der Zündkerze verursachten Flamme in einem Bereich des Verbrennungsraumes gefühlt wird, in welchem die Gefahr Klopfen verursachender Selbstzündung der Ladung besonders stark oder am stärksten ist, und, falls Selbst-

⁰^ zündung auftritt, diese vor Ankunft der Flammenfront der durch die Zündkerze verursachten Flamme eintritt, so daß im Falle des Auftretens von Selbstzündung der an der F-Stelle befindliche Flammenfrontfühler auf die durch die Selbstzündung verursachte Flamme vor Ankunft der Flammen-

^w front der von der Zündkerze verursachten Flamme ansprechen

kann und im Falle dieses Ansprechens der Klopfgefahr bei nachfolgenden Ladungsverbrennungen entgegenwirkende Verstellung des Zündzeitpunktes auslöst. Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Selbstzündungsherd an den Flammenfrontfühler oder sehr nahe an ihn gelegt wird, so daß er das Klopfen sicher vor Ankunft der Flammenfront der von der Zündkerze gezündeten Flamme fühlt. Zu diesem Zweck kann bevorzugt vorgesehen sein, daß der Flammenfrontfühler auf höhere Betriebstemperaturen als die benach-

IQ harten Kandbereiche des Verbrennungsraumes durch die Ladungsverbrennungen erhitzt wird, so daß dieserFlammenfrontfill.ler die Gefahr der Selbstzündung der Ladung etwas erhöht und die Selbstzündung mit durch ihn eingeleitet v.erden kann. Hierdurch wird auch erreicht, wenn

\ό die Brennkraftmaschine mehrere Zylinder aufweist, von denen nur ein Zylinder einen Flammenf rontfühler aufweist,d^ιß die Seil·.stzündung der Ladung zuerst in diesen Zylinder eintritt und die übrigen Zylinder keine Flammenfrontfühler benötigen. Der Flammenfrontfühler wird so bei 3eginn von Klopfen als Klopffühler eingesetzt.

Die Brennkraftmaschine kann einen oder mehrere Zylinder, d. h. ein oder mehrere Verbrennungsräume aufweisen. Wenn sie mehrere Zylinder aufweist, ist es normalerweise zweckmäLig und voll ausreichend, nur in einem einzigen Verbrennungsraum die Ankunft der Flammenfront an der F-Stelle ζα fühlen und die K-F-Koinzidenz zu regeln, und zwar sind für alle Verbrennungsräume der Brennkraftmaschine die den Verbrennungsablauf beeinflussenden Einflußgrößen ungefähr gleich und etwaige geringfügige unterschiede von Verbrennungsraum zu Verbrennungsraum können vernachlässigt werden. Es ist jedoch auch möglich, falls die Zündung der Ladung in jedem Zylinder der Brennkraftmaschine durch eine eigene Zündvorrichtung unab-

° hängig von den Zündvorrichtungen der anderen Zylinder

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erfolyt, jedem Verbrennungsraum einen eigenen Flammenfromifühler zuzuordnen und die Zündzeitpunkte jedes Zylinders unabhängig von den anderen Zylindern erfindungsgemäß zu verstellen. Oder man kann die K-F-Koinzidenz für jeden Zylinder oder für mehrere Gruppen von Zylindern der Brennkraftmaschine gesondert überprüfen und vorliegende Abweichungen mitteln und diesen Mittelwert zur gemeinsamen Verstell_mg des Zündzeitpunktes aller Zylinder oder einer oder mehreren Gruppen von Zylindern verwenden. Bevorzugt kann vorgesehen sein, daß die K-F- Koinzidenz ausschließlich durch Verstellung des Zündzeitpunktes geregelt wird und keine anderen Parameter hierbei mitwirken.

In manchen Fällen kann es jedoch auch zweckmäßig sein, um noch weitergehende Optimierungen zu erreichen oder bestimmte ietriebszustände zu verbessern, daß in mindestens einem Be'iriebsbereich und/oder bei Auftreten bestimmter Betriebsbedingungen oder -zustände die Regelung der K-F-Koinzideiiz allein oder zusätzlich durch Verstellung der

2C Zusammensetzung der Ladung zur Veränderung der Brenngeschwindigkeit der Ladung vorgenommen wird, d. h., daß dann nicht nur der Zündzeitpunkt Stellgröße für die Regelung der K-F-Xoinzidenz ist, sondern daß als weitere Stellgröße noch Verstellung der Zusammensetzung der Ladung hinzu kommt. Dies kann in manchen Fällen im gesamten Verstellbereich des Zündzeitpunktes vorgesehen sein oder auch nur in einem oder mehreren bestimmten Verstellbereichen oder an einer oder beiden Grenzen des Zündzeitpunktverstellbereiches. Beispielsweise kann vorgesehen sein, daß in einem vorbestimmten Zündzeitpunktverstellbereich allein der Zündzeitpunkt zur Regelung der K-F-Koinzidenz verstellt wird, wogegen in einem anschließenden Bereich oder in an beiden Enden dieses Zündzeitpunktvertellbereiches anschließenden Bereichen zusätzlich zu der Verstellung des Zündzeitpunktes oder hier sogar zur alleinigen Regelung der K-F-Koinzidenz die Brenngeschwindigkeit der

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Ladung im Brennraum durch Änderung ihrer Zusammensetzung geändert wird, vorzugsweise durch Anreicherung und/oder Abmagerung von Kraftstoff in der Luft, besonders zweckmäßig durch gesteuerte Beimischung von Abgas zur Frisch- ladung (Abgasrückführung) . Und zwar ist die Brenngfischwindigkeit der Ladung im allgemeinen um so kleiner, je mehr die Ladung verdünnt wird, sei es durch Vergrößerung des Luftanteiles und/ oder durch Beimischung von Abgas .

Die Erfindung ermöglicht es, die erforderliche Zündzeitpunktverstellung der Brennkraftmaschine bei im Betrieb befindlicher Maschine ausschließlich durch die Regelung der K-F-j'Coinzidenz vorzunehmen, so daß die bisherigen Zündverteiler oder sonstigen bisherigen Vorrichtungen zur Verstellung des Zündzeitpunktes in Fortfall kommen, wobei zum Starten der Maschine ein zweckmäßiger Zündzeitpunkt, falls erforderlich, selbsttätig eingestellt werden kann. Es ist jedoch auch möglich, herkömmliche Zündverteiler oder sonstige herkömmliche Vorrichtungen zur Verstellung des Zündzeitpunktes für die Grobeinstellung des Zündzeitpunktes weiterhin vorzusehen und dieser Grobeinstellung eine der Regelung der K-F-Koinzidenz dienende Feinverstellung zu überlagern.

oft ist rs zweckmäßig, vorzusehen, daß die Regelung der K-F-Koin:-:idenz nur in mindestens einem Betriebsbereich der Bren !.kraftmaschine durchgeführt wird und in dem oder den restlichen Betriebsbereichen außer Wirkung gesetzt und in diesem restlichen Betriebsbereich der Zündzeit-

^o0 punkt der Ladung gemäß einem vorbestimmten Zündzeitpunkt-Kennfeld bestimmt wird. Dabei ist es möglich, : in dem oder den Betriebsbereichen, in denen die X-F-Koinzidenz geregelt wird, die vorbeschriebene Grobeinstellung des Zündzeitpunktes gemäß einem Zündzeitpunkt -

Kennfeld „verstellbar oder in manchen Fällen auch konstant

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vorzusehen oder in manchen Fällen in mindestens einem Betriebsbereich die Zündzeitpunktverstellung nur durch Regelung der K-F-Koinzidenz vorzusehen. Die Grobeinstellung des Zündzeitpunktes gemäß einem vorbestimmten Zündzeitpunkt-Kennfeld hat jedoch den Vorteil, daß die Feinregelung der K-F-Koinzidenz rascher ablaufen kann.

Besonders vorteilhaft kann vorgesehen werden, daß zumindest im Leerlaufbereich und Schiebebereich der Brenn-

IQ kraftmaschine und vorzugsweise auch in einem an den Leerlaufbereich angrenzenden geringen Teillastbereich die K-F-Koinzidenzregelung außer Wirkung gesetzt wird. Auch ist es oft besonders vorteilhaft, vorzusehen, daß die Regelung der K-F-Koinzidenz zumindest bei effektiven mittleren Arbeitsdrücken der Brennkraftmaschine diekleiner als ca» 1,5 Bar sind, außer Wirkung gesetzt wird.

Es ist zumindest in vielen Fällen ausreichend.

wenn die Länge der K-Strecke zumindest im gesamten Lastbereich der Brennkraftmaschine konstant;ist, also im !,astbereich nicht geändert wird. Dieser konstante Wert für die K-Strecke kann dann im allgemeinen für den Leerlaufbetrieb mit gelten. Es genügt dann, ihn einmal ab Herstellerwerk der Brennkraftmaschine fest vorzugeben, oder es ist auch möglich, wenn man Nachjustierung oder nachträgliche Verstellung der K-Strecke vorsehen will, Mittel zur manuellen Verstellung des Wertes der K-Strecke vorzusehen, so daß gegebenenfalls auch Reparaturwerkstätten die K-Strecke einstellen können. Da der Kurbelwinkel (Drehwinkel der Kurbelwelle) und auch der Drehwinkel der Nockenwelle jeweils in funktionellem Zusammenhang mit d.-r Stellung des Kolbens steht, kann man die K-Strecke auch als Kurbelwinkel oder Nockenwellenwinkel angeben. Auch andere Möglichkeiten bestehen. Man kann folglieh auch an der Kurbelwelle oder an der Nockenwelle oder

I OCJUUU

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an eineii. sonstigen von der Kurbelwelle "angetriebenen Organ fühlen, wann der Kolbenboden das Ende der K-Strecke erreicht hat, so daß eine solche Messung nicht am Kolben selbst durchgeführt werden muß. Besonders zweckmäßig ist

Pj es, weiii die K-Strecke relativ großen Kurbelwinkeln entspricht. Vorzugsweise kann vorgesehen sein, daß das Er.de der K-Strecke zumindest bei Vollast einem Kurbelwinkel von mindestens 15°, vorzugsweise mindestens 18° nach oberem Totpunkt des Kolbens entspricht.

In vielen Fällen ist es auch zweckmäßig, vorzusehen, daß die Läncje der K-Strecke selbsttätig in Abhängigkeit mindestens eines Parameters der Brennkraftmaschine und/ oder der Ladung, vorzugsweise in Abhängigkeit ihrer Drehzahl und/oder der Stellung ihre-r Leistungssteuervorrichtung (zum Beispiel Drosselklappe des Vergasers oder Recjelstange cer Einspritzvorrichtung) verstellt wird. So kann es in vielen Fällen zweckmäßig sein, um das Starten der Brennkraftmaschine zu erleichtern, vorzusehen, daß zum Starten die K-Strecke auf eine andere Länge als nach erfolgtem Start eingestellt wird, so daß also dann mit insgesamt zwei unterschiedlichen konstanten Längen der K-Strecke für den Start und den Betrieb gearbeitet wird. Oder man kann für den Leerlauf eine andere Länge für die K-Strecke als für den Lastbereich vorsehen. Es ist auch möglich, vorzusehen, die Länge der K-Strecke stetig oder stufenweise in Abhängigkeit mindestens eines Parameters der Brennkraftmaschine und/oder der Ladung selbsttätig zu verstellen, vorzugsweise in Abhängigkeit der Drehzahl und/oder der Last und/oder des gewählten Übersetzungsverhältnisses des von der Kurbelwelle angetriebenen Getriebes. Auch andere Parameter sind denkbar.

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Die Verstellung der Länge der K-Strecke (man kanu auch hioi: von der Verstellung des Wertes der K-Strecke oder noch einfache!" von dar Verstellung der K-Strecke sprechen) kann in vielen Fällen vorteilhaft auch dazu vorgesehen sein, um in einen odor mehreren Betricbsbereichen der Bronnkraftmaschine, in dem oder denen die Abgase relativ höht: Antt'ile von Schadstoffen enthalten, den Schadstoffanteil zu reduzieren, indem man beispielsweise den Zündzeitpunkt später einstellt als für optimalen thermischen Wirkungsgrad in dem betreffenden Betriebsbereich an sich erwünscht wäre. Es handelt 0 sich hier jecicch irr; allgemeinen nur um einen oder mehrere relativ enge Betrj.ebsbereiche, beispielsweise um den Leerlaufdrehzahlbereich und/oder einen niedrigen Teillastbereich. In dem oder den übrigen Betriebsbereichen der Brennkraftmaschine kann man dann die K-Strecke nach den Erfordernissen möglichst optimalen thermischen Wirkungsgrades einstellen.

Die erfirjclungscemaOc Maßnahme läßt hohe thermische Wirkungsgrade erreichen und ergibt auch hohe Betriebssicherheit, da der Zündzeitpunkt nic:it mehr wie bisher von unkontrollierten Frendeinfiüssen srörend h. einflußt werden kann und ist auch sehr wirtschaftlich.

Auch läßt sich optimale Anpassung an gewünschte Betriebsbedingungen erreichen. Auch kann die Maschine mit sehr mageren Kraftstoff-Luftger.iis.'he:, bzw. mit stark mit Abgas verdünnten Kraftstoff-Luftgf-Trtiisehen betrieben werden, was den Ausbrenngrad der Ladung mit allen sicn hieraus ergebenden Vorteilen erhöht.

Die Ankunft der Flammenfront an der F-Stelle kann auf unterschiedliche Weiüe gefühlt werden. Bed einer bevorzugten Ausführungsform wird dies-· Ankunft elektrisch durch Auftreten eines von der Flainraenfront ,md ej.ner elektrischen Spannung erzeugten lonenstromes erfaßt. i;in hierzu geeigneter Flamrenfrontfühler kann zwei necallische Elektroden aufweisen, an die eine elektrische Spannung angelegt '..'ird und wenn dann die Flarrrnen front diese Elektroden erreicht, wird das zwischen ihnen befindliclie Gas ionisiert bzw.

S 5 ionen werc.en in diese Elektrccenstrecke einge-

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tragen und die Spannung bewirkt dann einen meßbaren Ionenstrom, /uich besteht die Möglichkeit, die Ankunft der Flammen!ront auf andere Weise zu fühlen, beispielsweise durch einen Temperaturfühler, der nahezu trägheitslos

_o auf Tenir-sraturänderungen anspricht. Es ist denkbar, daß ein solcher Flammenfront-Temperaturfühler als nahe; α nasseloi'.er tcmperaturabhängiger Widerstand oder Therrnooloment ausgebildet seih kann.

;j Uio Erfindung kann in manchen Fällen in it Vorteil auch nur der Antiklopfregelung des Zündzeitpunktes dienen,indem vorgesehen wird, daß der Flammenfrontfühler nur dann Verstellang des Zündzeitpunktes und/cder der Zusammensetzung ler Ladung auslöst, wenn er die Ankunft einer FlammeηΓ ront vor Erreichen eines vorbestimmten ersten Kurbelwinkels fühlt, der kleiner als die

Kurbelwiakel ist, bei denen die Flammenfront der von der Zündkerze gezündeten Flamme an dem Flammenfrontfühler ankommt, wobei die vom Flammenfrontfühler ausgelöste Zündzeitpunktverstellung den Zündzeitpunkt auf später verschieot und daß im übrigen die Zündzeitpunktverstellung gemäß einem vorbestimmten Zündzeitpunkt-Kennfeld vor genommen wird. Der erste Kurbelwinkel· kann beispielsweise 10 nach oberem Totpunkt des Kolbens betragen und der Flammenfrontfühler wird dann so angeordnet, daß die Flammenfront der von der Zündkerze ausgelösten Flamme erst bei größeren Kurbelwinkeln, beispielsweise bei Kurbelwinkeln von bspw. 15° und Kehr nach oberem Totpunkt des Kolbens am Flammenfrontfühler ankommen kann.

¹^O Dieses Verfahren zur Antiklopf-Regelung läßt sich beispielsweise so durchführen, daß das die Ankunft der Flammen!cont signalisierende elektrische Signal des F lammen i-contf ühl er s ein UND-Gatter durchlaufen muß, dasnach jecasmaligem Erreichen.des ersten Kurbelwinkels für einen größeren Kurbelwinkelbereich von beispielsweise

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"300° gesperrt und dann wieder bis zum Erreichen des er'ste'ii'■ Kfcnrb'e'lWinkels' ^&otinet wird'/⁵ so^LQa^!ß-hÜ'r^Jdfeg:h durch. Selb'stzLadung; 'defc Ladung entfetanffene-PraittiehHerfe¹'^·©^'¹"^¹¹ ü'raauhtfcn'Signa'iie des iF'lammeh'f rotti'füfclfcrs^Veriste'MungJ des 'Zundzeitpunktes^aUslofeeh·'können',^! unÜ^;:'zwär' stets¹ kvJ£*i "-''■■ .

ä -später"!* Sol'anqe'^ke'ln'^Kl'opEfbdqfin'n'¹ äu<Pttätt> wiröHfer Zündzeitpun-ktb.:g<i_mä.ß-' 4ihein vörbestiittmfcfeih ' !aü &

ί wird Mun> ■ solänge-l äkr
P&dpfen· ■'·^'OiTUr¹Sac'neiiide*- Sölbstzi3n'dung f üh'lt» f fetnef 4οέ»^ϊ;!;" 0 ⁵Flainmenfiiort'tfüRl'er-Signa¹! auög'elöste

&i*r*i-nafch"Beenaigühg-^:aes-^; Klö^f ians !wieder' rü'e'kg'än^If"ige"·¹ i mactit-V'■-' '■' ■;.'ä ^;.j.-ii.-t ι-'-.-r ■· ·οι-< r-··- n· ir-r r^rh.-jan^^g ^'" / !.iv'liti ■■■

f"""' Zur Durchführung des erf indungsgeniäßcn Verfahrens kann

geÄä&;Ansprü<öhii2©i v

im Verbrennungsraum an der F-Stelle fühlende Flaironenfrontfühler kann im allgemeinen vorteilhaft in demjenigen Bereich des Verbrennungsraumes angeordnet sein, der in der oberen Totpunktstellung des Kolbens noch vorhanden ist. Wenn größere Abstände des Flammenfrontfühlers von der dem betreffenden Verbrennungsraum zugeordneten Zündkerze erwünscht oder notwendig sind, kann auch vorgesehen sein, daß der Flammenfrontfühler in einer Ausnehmung der Kolbenlaufbahn angeordnet ist. Im allgemeinen ist es besonders zweckmäßig, den Flammenfrontfühler so anzuordnen, daß die riammenfront der von der Zündkerze verursachten

^ύ0 Flamme ihn erst dann erreicnt, wenn bereits mindestens 70 -o der Ladung, vorzugsweise 70-90 %, besonders zweckmäßig mindestens 70-903 der Ladung bereits verbrannt sind. Bevorzugt kann vorgesehen sein, daß die F -Strecke größer als der halbe Durchmesser der Kolbenlaufbahn ist. Oft es es bosor.-

^CD ei er s vorteilhaft, vorzusehen, daß die Ankunft der Flamnenfront der von der"Zündkerze vgrursgchten Flamme an der F-Stelle erst geyen gnd.§ &;§§
Ladung statfef-indefc, ■

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In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung schematJ-sch dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 in schematischer Darstellung eine Untenansicht des einen Verbrennungsraum einer fremdgezündeten

Brennkraftmaschine obenseitig begrenzendem Bereiches des Zylinderkopfes, sowie schematisch eine Vorrichtung zur Regelung der K-F-Koinzidenz,

IG Fig. 2 eine Draufsicht auf die drehfest mit der Nockenwelle rotierende Schlitzscheibe der Fig. 1,

Fig. 3 eine Variante der Schutzscheibe nach Fig. 2,

Fig. 4 ein Ausführungsbeispiel einer Anordnung eines

Flammenfrontfühlers in geschnittener Darstellung,

Fig. 5 einen vergrößerten Ausschnit aus Fig. 4,

Fig. 6 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Anordnung eines Flammenfrontfühlers in geschnittener Darstellung,

Fig. 7 eine Darstellung eines zweiten Ausführungs- ^⁵ bcispieles eines K-F-Koinzidenz-Reglers in

Blockbilddarstellung.

Der in Fig. 1 zu sehende Zylinderkopf 10 weist ein Einl£u3venti. 11, ein Auslaßventil 12 und eine Zündkerze 13 auf. Der Kolben dieses Zylinders ist nicht dargestellt. Die dem Kolben zugeordnete, ebenfalls nicht dargestellte Kurbelwelle treibt eine der Steuerung der Ventile 11, 12 dienende Nockenwelle 14 an, mit der eine Schlitzscheibe 15 drehfest verbunden ist, die in unterschiedlichen radialen

Abständen zwei kreisbogenförmige Schlitze 16, 17 aufweist,

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deren Krümmungsmittelpunkte in die Drehachse der Schlitzscheibe [5 fallen, die jedoch unterschiedlich große Abstände von dieser Drehachse haben. In die Wandung des Zylinderkopfes 10 ist ferner ein in den Verbrennungsraum ungefähr diametral gegenüber der Zündkerze 13 ein kurzes Stück hineinragender Flammenfrontfühler 20 angeordnet, der zwei in .geringem Abstand voneinander frei endende Metallelektrode 21 aufweist, die die F-Stelle bestimmen und einen sie gegeneinander isolierenden, in den Zylinderkopf

IQ eingeschraubten Keramikisolator 22 durchdringen. Dieser Flammenfrontf ühler 20 ist nahe dem Einlaßventil 11 angeordnet und über einen Widerstand 18 an eine Gleichspannungsquelle 24 angeschlossen. Der Widerstand 18 ist an einen Verstärker 25angeschlossen. Der Ausgang des Verstärkers 25 ist über eine Schwellwertstufe 26 an eine Impulsformerstufe 27 angeschlossen.

Nur wenn der den Widerstand 18 durchfließende Strom einen vorbestimmten Wert übersteigt, läßt die Schwellwertstufe 26 das Ausgangssignal des Verstärkers 25 zu der Impulsformerstufe 27 durch. Die Impulsformerstufe 27 liefert im Gefolge jeder Ansteuerung durch die Schwellwertstufe 26 einen Impuls konstanter Höhe, der einen Schalter 29 zum gemeinsamen Ein- und Ausschalten einer ersten und einer zweiten Lichtquelle 30, 31, z..B.je einer Leuchtdiode, betätigt.

Die Lichtquelle 30 kann durch den Schlitz 16 hindurch einen fotosensitiven Fühler 34 beleuchten und die Lichtquelle durch de:: Schlitz 17 hindurch einen fotosensitiven Fühler 35. Der Schlitz 16 endet ungefähr an einer geometrischen Radiuslinie 32 der Scheibe 15, an der der Schlitz 17 beginnt, bezogen auf die Drehrichtung der Scheibe 15.

ν ι

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Die fotosensitiven Fühler 34, 35 sind über die Signalverstärker- und Signalformer stuf en 40, 4.1 an einen Stellmotor 42, beispielsweise an einen pneumatischen oder elektrischen Stellmotor zum schrittweisen Verstellen eines die Zündkerze 13 mit Zündspannung beaufschlafenden und einen Zündversteller zum Verstellen des Zündzextpunktes aufweisenden Zündverteilers 43 angeschlossen. Der Stellmotor 42 kann den Zündzeitpunkt des Zündverteilers 43 stufenweise in kleinen Schritten verstellen, wobei ir.mer dann, wenn der Fühler 34 erregt wird, der Zündzeitpunkt um einen kleinen Schritt auf "früher" verstellt wird, wogegen jedesmal dann, wenn der Fühler erregt v/ird, der Zündzeitpunkt des Zündverteilers 43 um einen entsprechend kleinen Schritt auf "später" durch den Stellmotor 42 verstellt wird. Bei jeder einzelnen einem Arbeitsspiel dieses Zylinders entsprechenden Umdrehung der Schlitzscheibe 15 findet eine solche Verstellung des Zündzeitounktes des Zündverteilers 43 um einen vorbestimmten, kleinen Schritt statt, der beispielsweise einem Kurbelwinkel ( Kurbelwellendrehwxnkel) von 1 bis 2° entsprechen kann. In diesem Ausführungsbeispiel kann der Zündzeitpunkt des Zündverteilers 43 bereits durch Fliehkraftverstellung der momentanen Drehzahl der Brennkraftmaschine grob angepaßt sein und der Stellmotor 42 überlacfert dann dieser Fliehkraftverstellung eine der Regelung der K-F-Koinzidenz dienende Feinverstellung des Zündzeitpunktes. Der Zündverteiler 43 kann alle Zylinder dieser Brennkraftmaschine in bekannter Weise mit Zündimpulsen beliefern. Es wird jedoch nur die K-F-Koinzidenz eines

einzigen Zylinders, der den dargestellten Zylinderkopf aufweist, unmittelbar geregelt. Falls weitere Zylinder vorhanden sind, benötigen diese hier keine·''Flammenfrontfühler 20, sondern ihre ZündZeitpunkte werden durch den

Zündverteiler 43 mitverstellt.
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Die in Fig. T dargestellte Einrichtung regelt die K-F- -Koinzidenz dadurch, indem der Zündzeitpunkt der Zündkerze 13 mittels des Stellmotors 42 über den Zündverteiler 43 fortlaufend so verstellt wird, daß die Flammenfront der im Verbrennungsraum verbrennenden, durch die Zündkerze:

gezündeter. Ladung den Flammenfrontfühler 20 immer ungefähr dann erreicht, wenn die Radiuslinie 32 der Scheibe 15 unter den beiden in Fig. 2 strichpunktiert angedeuteten Lichtquellen 30, 31 durchgeht. Diese beiden Lichtquellen 30, 31 sind in ihrer Lage so eingestellt, daß dieser Durchgang der Radiuslinie 32 unter diesen Lichtquellen 30, 31 stattfindet, wenn der Kolben dieses den Zylinderkopf 10 aufweisenden Zylinders beim Verbrennungstakt von seinem oberen Totpunkt aus eine vorbestimmte Strecke (K-Strecke) durchlaufen hat. Der Endpunkt dieser K-Strecke kann beispielsseise einem Kurbelwinkel von 18 ° (bezogen auf den oberen Totpunkt des Kolbens) entsprechen. Dies ist selbstverständlich nur ein Beipiel und es kommen je nach der . Geometrie des Verbrennungsräumen und der Anordnung des Flammenfrontfühlers 20 und der sonstigen Einflußgrößen auch andere Werte für die K-Strecke infrage. Um die K-Strecke einstellen zu können, sind die beiden Lichtquellen 30, 31 an einem um eine zur Drehachse der Scheibe 15 koaxiale Schwenkachse schwenkbaren Träger 39 angeordnet, dessen Winkelstellung von Hand oder selbsttätig

in Abhängigkeiit mindestens eines Parameters der Brennkraftmaschine und/cder der Ladung verstellbar ist, vorzugsweise in Abhängigkeit der Stellung ihrer Leistungssteuervorrichtung (z. B. Drosselklappenstellung), des Saugst rohrunterdruckes, des mittleren effektiven Arbeitsdruckes der Brennkraftmaschine, ihrer Drehzahl oder dergleichen. .

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Wenn die Flammenfront der jeweils im Verbrennungsraum verbrennendem Ladung die Elektrodenstrecke des Flammenfrontfühlers 20 erreicht, verursacht die an den Elektroden 21 liegende Spannung einen lonenstrom solcher Größe, daß der Verstärken: 25 eine den Schwellwert der Schwellwertstufe übersteigendes Ausgangssignal liefert, das in dem Impulsformer 27 zu einem Impuls umgeformt wird, der den elektrischen, vorzugsweise elektronischen Schalter 29 zum Einschalten der Lichtquellen 30, 31 einschaltet. Wenn zu diesem Zeitpunkt der Kolben das Ende der K-Strecke noch nicht erreicht hat, befindet sich noch der Schlitz 17 unterhalb der Lichtquelle 31, die folglich den zugeordneten Fühler 35 beaufschlagt und hierdurcn wird über den Verstärker 41 und den Stellmotor 42 Verstellung des Zündzeitpunkt.es des Zündverteilers 43 um einen Schritt auf "später" bewirkt. Und zwar kam in diesem Falle die Flammenfront zu früh am Flammenfrontfühler 20 an, so daß zur Regelung der K-F-Koinzidenz eine geringe Verstellung des Zündzeitpunktes auf "später" vorgenommen wird. Das Ausgangssigual des Verstärkers 41 schaltet ferner den Schalter 29 über die eine Gleichrichterdiode 44 aufweisende Leitung 4 6 wieder aus, so daß die Lichtquellen 30, 31 ausgeschaltet werden und während dieses Arbeitspieles keine weitere Verstellung des Zündverteilers 43 mehr stattfinden kann.

Falls sich beim nächsten Arbeitsspiel derselbe beschriebene Vorgang wiederholt, wird der Zündzeitpunkt des Zündverteilers 43 um einen weiteren Schritt auf "später" verstellt, iienn dagegen die Flammenfront erst dann am Flammenfrontfühler 20 ankommt, wenn der Schlitz 16 unter der Lxchtquelle 30 angekommen ist, wird nunmehr durch das durch den Flamr.ienfrontfühler 20 bewirkte Einschalten der Lichtquellen 30, 31 nur der Fühler 34 durch die Lichtquelle 30 beleuchtet - dieser löst dann über den Verstärker 40 und den Stellmotor 42 Verstellung des Zündzeitpunktes des

Zündverteilers 43 um einen Schritt auf ."früher" aus. Auch

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dieser vom Verstärker 40 gelieferte Impuls bewirkt über die die Diode 44' aufweisende Leitung 46' Ausschalten des Schalters 29 und damit Abschalten der Lichtquelle 30, 31 für dieses Arbeitsspiel.

Dieser "K-F-Koinzidenz-Regler" bewirkt also bei jedem Arbeitsspiel des betreffenden Zylinders eine Verstellung des ZündZeitpunktes des Zündverteilers 43 um einen vorbestimmten kleinen Schritt auf "früher" oder "später".

Dieser Ragler hat also keinen Totbereich zu versehen,

d. h. einen schmalen Bereich um die exakte K-F-Koinzidenz vorzusehen, in welchem keine Verstellung des Zündzeitpunktes stattfindet, wenn in diesem Bereich Einschalten des Schalters 29 ausgelöst wird. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, indem man die Schlitzscheibe 15 mit einem dritten Schlitz oder Loch versieht und diesem noch eine dritte Lichtquelle und einen dritten fotosensitiven Fühler zuordnet, welcher dritte Fühler, wenn er beleuchtet wird, Ausschalten des Schalters 29 auslöst, ohne daß damit eine Verstellung des Zündverteilers 43 verbunden ist. Eine derart gestaltete Schlitzscheibe 15' ist in Fig. 3 dargestellt. Durch deren drittes Loch 47 geht die Radiuslinie 32 mittig hindurch und die beiden Schlitze 16, 17 sind hier in Umfangsrichtung der Scheibe 15' so zueinander wxnkelversetztt, daß sie abseits der Lichtquellen 30, 31 sind, wenn die dritte Lichtquelle den dritten corosensitiven Fühler durch das Loch 47 hindurch beaufschlagt. Wenn sich also zum Zeitpunkt der Ankunft der Flair.menfront an dem Flammenfrontfühler 20 dieses Loch

^⁰ 4 7 unter der dritten Lichtquelle befindet, dann wird der Schalter 29 sofort ausgeschaltet, ohne daß der Stellmotor 4 2 betätigt wurde. Es findet dann also bei diesem Arbeitsspiel keine Vorstellung des ZUndzeitpunktes durch den Flammenfrontfühler 20 statt. Dagegen findet Verstellung des ZUndzeitpunktes statt,wenn

beim Einschalten des Schalters 29 die Lichtquelle 3 0 oder die Lichtquelle 31 den zugeordneten Fühler 34 bzw. 35 erregt.

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Unter dem vorstehend verwendeten Ausdruck "Arbeitsspiel" sind die für einen Ladungswechsel· und die Verbrennung in dem betreffenden Zylinder benötigten vier Takte (Viertaktmotor) bzw. zwei Takte (Zweitaktmotor) verstanden.

Der Zündverteiler 43 kann bspw. einem in Buschmann/Koeßler "Taschenbuch für den Kraftfahrzeugingenieur" Deutsche Verlags-Anstalt Stuttgart, 7. Auflage, S. 734, dargestellten Zündverteiler mit dem Unterschied entsprechen , daß sein Verteilergehäuse nicht feststehend, sondern um die Längsachse der Antriebswelle drehbar angeordnet ist und mittels des Stellmotors 42 zur Regelung der K-F-Koinzidenz verschwenkt werden kann, so daß das vorgegebene, die Parameter Motordrehzahl und Saugrohrunterdruck aufweisende Zündzeitpunkt-Kennfeld die Grobverstellung und die K-F-Koinzidenz-Regelung die Feinverstellung des Zündzeitpunktes bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 vornimmt.

Bei mcdermen elektronischen, beispielsweise digitalen Z und ve rs te Hern läßt sich die Feinverstellung des Zündzeitpunktes zur K-F-Koinzidenz-Regelung ebenfalls ohne weiteres durchführen, beispielsweise durch Phasenverschiebung des die Zündspule ansteuernden Signales.

In Fig. 4 und 5 ist ein Ausführungsbeispiel eines Flammenfrontfühlers 20 und seine Anordnung in der ^O Umfangswandung 52 des betreffenden Verbrennungsraumes längsgeschnitten dargestellt. Der Fühler 20 dient dem Fühlen eines durch die ankommende Flammenfront in Verbindung mit einer an die beiden Metallelektroden 50, 51 angelegten Gleichspannung ausgelösten Ionenstromes.

■■"..-

- 29 -

χ Die Mittelelektrode 50 liegt an der Gleichspannung und die Elektrode 51 an Masse- Die Elektrode 5O ist mittels eines Isolierrohres 53 elektrisch gegen die Elektrode 51 isoliert. Beide Elektroden 50, 51 stehen über die Wandung 52 in den Verbrennungsraum einige Millimeter vor, so daß diese Elektroden relativ
hohe Betriebstemperaturen annehmen, die die Gefahr der Selbstzündung der Ladung etwas erhöhen, so daß eine Klopfen bewirkende Selbstentzündung der

!Q Ladung jeweils durch eine oder beide Elektroden 50, ausgelöst werden kann. Im Falle jeder solchen Selbstzündung tritt der durch sie ausgelöste Ionenstrom des Fühlers früher auf, als er durch die Ankunft der Flammenfront der von der Zündkerze 13 gezündeten Flamme

]_5 ausgelöst werden kann, mit der Folg"«, daß bei Klopfen die in Fig. 1 dargestellte K-F-Koinzidenz- Regelvorrichtung vom Flammenfrontfühler 20 zu frühe Zündung signalisiert bekommt und selbsttätig mittels des Stellmotors 42 den Zündzeitpunkt des Zündverteilers 43 auf später verstellt, so daß der Zündzeitpunkt sehr rasch solange auf später verstellt .^: wird, bis hierdurch das Klopfen beendet wird und
anschliessend wird der Zündzeitpunkt durch die
K-F-Koinzidenzregelung wieder selbsttätig auf früher verstellt und falls dann wieder Klopfen eintritt, erfolgt wieder selbsttätige Verstellung des Zündzeitpunktes auf später, _:usw.., bis die Brennkraftmaschine wieder in Betriebszustände gelangt, in
welcien keine Klopfgefahr mehr besteht und es

findst dann wieder normale Regelung der K-F-Koinzideiz statt, bei welcher die Ladungen stets nur
von der Zündkerze 13 gezündet werden, bis wieder ein anomaler Betriebszustand auftritt, bei dem Klopfgefahr vorliegt.

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Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 hat der Flammenfront fühler 20 eine metallische ilitteleiektrode 50', die a'is gerader Stift ausgebildet und durch ein Isolierrchr 53 gegen den in die Wandung 52 eingesetzten Mantel 54 des Flammenfrontfühlers 20 isoliert ist.

Die Elektrode 50' ist in einer rotationssymmetri?chen Vertiefung 55von vorzugsweise 3-5 mm Durchmesser der Wandung 52 des Verbrennungsraumes versenkt angeordnet und dio Masseelektrode ist hier durch die Wandung 52 selbst gebildet.

In den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 4-6 ragt das Isolierrohr 53 jeweils ein Stück in den Verbrennungsraum frei hinein, so daß der der Flamme ausgesetzte, freie Endbereich dieses Isolierrohres 53 Selbstreinigungstemperatur erreichen kann. Für die Elektrodenspannung genügen dann bereits Werte von ungefähr 12 Volt. Auch sind diese Flammenfrontfühler 20 so ausgebildet, daß die Betriebstemperaturen ihrer Elektroden 50, 51 bzw. 50' so hoch sind, daß sie bei Klopfgefahr die Selbstentzündung der Ladung auslösen können. Zu diesem Zweck kann zweckmäßig vorgesehen sein, daß die Temperatur mindestens einer der Elektroden 50, 51 bzw. der Elektrode 50' bei Vollastbetrieb der Brennkraftmaschine im Bereich von etwa 400° bis 800°C liegt, vorzugsweise etwa im Bereich von etwa 600 bis 700⁰C.

Die Abi· röpfung der Mittelelektrode 50 des in Fig. 5 dargestellten Flammenfrontfühlers 20 hat den Zweck, ihren Abstand von der Elektrode 51 zu vergrössern, um den Flammenzutritt in die durch die beiden Elektroden 50, 51 gebildete Ionen-Strecke zu erleichtern. Die Länge der Ionen-Strecke kann bspw. 0,6 bis . .. ι J^m betragen.

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In Fig. 7 ist ein Ausführungsbeispiel eines elektronischen K-F-Koinzidenz-Reglers dargestellt. Dieser arbeitet mit einem an der Kurbelwelle befestigten Zahnrad 60 der Kurbelwelle zusammen. Gegenüber dem Umfang dieses Zahnrades 60 ist ein erster, beispielsweise induktiver Fühler 63 angeordnet, der im Gefolge des Vorbeiganges jedes einzelnen Zahnes des Zahnkranzes des Zahnrades 60 je einen Zählimpuls auslöst, die in den beiden Zählern 61, 62 parallel ge- zählt werden können. Am Zahnrad 60 ist ferner ein Metallstift 64 befestigt, der mit drei weiteren Fühlern 65, 66, 67 zusammenwirkt, indem er bei jedem _. Vorbeigang an diesen Fühlern 65-67 diese zur Auslösung je eines kurzen Spannungsimpuls erregt. Der Fühler 65 ist dabei so angeordnet, daß er immer dann durch den Stift 64 zur Aussendung eines kurzen Impulses erregt wird, wenn der Kolben des den Flammenfrontfühler 20 aufweisenden Verbrennungsrauir.es der Brennkraftmaschine während des Verbrennungstaktes seinen oberen Totpunkt erreicht. Dieser Fühler 65 löst dann den Beginn der parallelen Zählungen der vom Fühler 63 gelieferten Zählimpulse durch die beiden Zähler 61, 62 aus. Wenn der Stift 64 am Fühler 66 vorbeigeht, löst der Fühler 66 hierdurch einen Impuls aus, der bewirkt, daß der Zähler 61 die Zählung der Zählimpulse sofort beendet. Der dann vorliegende Inhalt des Zählers 61 ist ein Maß für die Länge der K-Strecke, d.h., hier des Kurbelwinkels, den die Kurbelwelle ab Erreichen des oberen Totpunktes des Kolbens bis zur Beendigung des Zählvorganges während des betreffenden Verbrennungstaktes durchlaufen hat. Die Winkelstellung des Fühlers 6 relativ zum Zahnrad 60 gibt also die Länge der K-

Strecke an. Es läßt sich also die Länge der 35

- 32 - .

K-Strecke durch Verstellung dieses Gebers 66 verändern. Die Zählung der vom Fühler 63 gelieferten Zählimpulse durch den zweiten Zähler 62 wird während des jeweilig gen Verbrennungstaktes durch das vom Flammenfrontfühler 20 bei Ankunft der Flammenfront an ihm gelieferte Signal beendet. Der vierte Fühler 67 liefert nach Beendigung der Zählungen durch die Zähler 61, 62 beim Vorbeigang des Stiftes 64 ein Signal, das Aus- . gäbe der Zählinhalte der beiden Zähler 61, 62 in einen Komparator 68 auslöst und die Zähler 61_r 62 dann auf Null zurückstellt. Der Komparator 68 ermittelt so bei jedem Arbeitsspiel die Differenz der in ihn eingegebenen beiden Zählinhalte nach Vorzeichen und Absolutgrösse und gibt diesen Differenzwert in einen Mittelwertbildner 69, der beispielsweise ein Ringzähler sein kann, ein, der den Inhalt einer vorbestimmten Anzahl der vom Komperator 68 gelieferten Differenzwerte nach Vorzeichen und Grosse speichert und mittelt, beispielsweise den Mittelwert der Differenzwerte, die während der jeweils letzten drei aufeinanderfolgenden Verbrennungstakte des betreffenden Zylinders gemessen wurden. Die vom Komparator 68 gelieferten Messwerte können gegebenenfalls im Mittelwertbildner 69 auch zeitlich abklingend gespeichert werden. Der Ausgang des Mittelwertbildners 69 ist direkt ein Maß für das Vorzeichen und die Größe der Abweichung der Ankunft der Flammenfront am Flammenfrontfühler 20 von der K-P-Koinzidenz und wird direkt oder nach geeigneter weiterer Verarbeitung dem Stellmotor 42 zur Verstellung des Zündzeitpunktes zur Regelung der K-?-Koinzidenz zugeliefert.

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Da das vom Mittelwertbildner 69 gelieferte Ausgangssignai abhängig von der Größe der Abweichung von der K-F-Koinzidenz ist, wird der Zündzeitpunkt der Ladung bei jedesmaliger Verstellung um einen um so grösseren Betrag verstellt, je grosser der aus mehreren aufeinanderfolgenden Abweichungen gebildete Mittelwert von der K-F-Koinzidenz ist» Der Mittelwertbildner hat dabei den Zweck, rein zufällige Schwankungen der Ankunft der Flammen front am Flammeη-frontfühler 20 auszumitteln, um die Genauigkeit der K-F-Koinzidenz-Regelung zu erhöhen, falls unter konstanten Betriebsbedingungen zufällige Schwankungen der Ankunft der Flammenfront am Flammenfrontfühler ""-■-.. auftreten können, Wenn man den Mittelwertbildner 69 in Fig. 7 weglässt, was auch möglich ist, dann kann der Zündzeitpunkt bei jedesmaliger Verstellung um einen um so grösseren Betrag verstellt werden,je größer die nicht gemittelte Abweichung der Ankunft der Flammenfront am Flammenfrontfühler 20 von der K-F-Koinzidenz ist. Solche zufälligen Schwankungen der Ankunft der Flammenfront am Plammenfrontfühler bei konstanten Betriebsbedingungen können insbesondere bei ungünstiger Ausbildung des Verbrennungs—. . räumes erfolgen.

Um den Einfluß solcher zufälligen Schwankungen zu reduzieren, können auch andere Maßnahmen zusätzlich oder allein vorgesehen sein. So kann in vielen Fällen zweckmäßig vorgesehen sein, daß eine Zündzeitpunktversteliung nur dann vorgenommen wird, wenn die erfasste Abweichung der Ankunft der Flammenfront am Flammenfrontfühler von der K-F-Koinzidenz ihr Vorzeichen während einer vorbestimmten Anzahl aufeinanderfolgender Messungen der Ankunft der Flammenfront an der F-Stelle nicht ändert, beispielsweise

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während jeweiLs zwei aufeinanderfolgenden Messungen. Dies kann beispielsweise durch folgende Abwandlung der Ri.-ge!vorrichtung nach Fig. 7 erfolgen. Anstelle des M.L ttelwertbildners 69 wird wie strichpunktiert dargestellt ein UND-Gatter 70 eingefügt und an den Komparator 68 ist ein Vorzeichen-Speicher- und Vergleichs-Glied 71 angeschlossen, in dem die Vorzeichen der m letzten vom Komparator 68 gebildeten Differenzwerte gespeichert und verglichen werden und das

]0 nur dann das UND-Gatter 70 öffnet, wenn die in ihm jeweils gespeicherten Vorzeichen gleich sind, wo m beispielsweise 2 oder 3 sein kann. Solange die im Glied 71 gespeicherten Vorzeichen also ungleich sind, erfolgt keine Verstellung des Zündzeitpunktes

Ib. durch lie K-F-Koinzidenzregelvorrichtung. Man kann auch vorsehen, den Mittelwertbildner 69 beizubehalten und das UND-Gatter 70 seinem Ausgang nachzuschalten, so daß das UND-Gatter 70 die Ausgabe des Mittelwertes mittels des Gliedes 71 sperrt und freigibt.

Anstatt die Länge der K-Strecke durch Verstellen des Gebers 6G (Fig. 7) oder durch Drehen der Scheibe 39 (Fig.l)zu verstellen, kann auch vorgesehen sein, sie dadurch, zu verstellen, indem die Stellmittel das die Ankunft ~5 der Flammenfront am Flammenfrontfühler signalisierende Signal zeitverzögert weiterleitendes Zeitverzögerungsglied zur Verstellung der Länge der K-Strecke aufweisen. Ein solches Zeitverzögerungsglied 73 ist in Fig. 1 strichpunktiert mit eingezeichnet. Seine Zeitverzögerung ist Dt/n, wo Dt eine stetig oder stufenweise, von Hand oder selbsttätig in Abhängigkeit mindestens eines Betriebsparameters der Brenn-

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kraftmaschine verstellbare Zeitspanne und η die Drehzahl der Brennkraftmaschine ist. Je größer

Dt/n ist, um so länger ist die K-Strecke. 5

Damit der Flammenfrontfühler 20 durch Selbstzündung verursachtes Klopfen möglichst sofort mit Klopfbeginn füh &., kann gemäß einer bevorzugten Ausführungsform erfindungsgemäß vorgesehen sein, •"■^ daß der Flammenf rontfühler weit entfernt vom Auslaßventil. 1 2 nahe der vom Auslaßventil 12 abgewendeten Umfangshälfte des Ventiltellers des Einlaßventiles 11 angeordnet ist. Eine solche Anordnung des Flammenf rontfühlers 20 ist in Fig. 1 bei 20' strichpunktiert nit eingezeichnet. Und zwar befindet sich hierdurch der Flammenfrontfühler 20' in einem "relativ kalten" Bereich des Verbrennungsraumes, in welchem Klopfen normalerweise bevorzugt einsetzt.

·

Leerseite

Claims

Patentan Sprüche

1. j Verfahren zur Verbrennungsablaufverstellung bei einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine, vorzugsweise einer dem Antrieb eines Fahrzeuges dienenden. Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß der Zündzeitpunkt der Ladung im Verbrennungsraum selbsttätig jeweils so eingestellt wird, daß, wenn der Kolbenboden während der jeweiligen Ladungsverbrennung ab seiner oberen Totpunktstellung eine vorbestimmte ^

Wegstrecke - nachfolgend K-Strecke genannt - in Rieh- tfL tung auf seine untere Totpunktstellung zurückgelegt ".$

hat, die Flammenfront der verbrennenden Ladung eine vorbestimmte Stelle - nachfolgend F-Stelle genannt im Verbrennungsraum ungefähr erreicht hat, so daß · die Ankunft der Flammenfront an der F-Stelle mit der Ankunft des Kolbenbodens am Ende der .K-Strecke ungefähr koinzidiert - nachfolgend K-F-Koinzidenz genannt -, und daß die Flammenfront der von der Zündkerze zur !.adungsverbrennung verursachten Flamme die F-Stelle erst erreicht, wenn bereits der überwiegende Teil der Ladung verbrannt ist.

- 2 ~

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß während jedes Arbeitsspiels des unmittelbar auf K-F-Koinzidenz geregelten Zylinders eine geringe Verstellung des Zündzeitpunktes durchgeführt wird. /

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nur dann Verstellungen des Zündzeitpunktes vorgenommen werden, wenn zu dem Zeitpunkt, zu dem die Flammenfront an der F-Stelle ankommt, Abweichungen von der K-F-Koinzidenz vorliegen, die vorbestimmte Grenzwerte überschreiten.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in mindestens einem Betriebsbereich und/oder bei Auftreten bestimmter Betriebsbedingungen zusätzlich zu der Verstellung des Zündzeitpunktes oder anstelle der Verstellung des Zündzeitpunktes die Zusammensetzung der Ladung zur Veränderung der Brenngeschwindigkeit der Ladung

zur Regelung der K-F-Koinzidenz verstellt wird, vorzugsweise durch Abgasrückführung.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,

daß die Zusammensetzung der Ladung durch Abmagerung 25

odor Anreicherung von Kraftstoff verstellt wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelung der K-F-Koinzidenz bei im Betrieb befindlicher Brennkraftmaschine ständig durchgeführt wird.

- 3 -

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelung der K-F-Koinzidenz nur in mindestens einem Betriebsbereich der Brennkraftmaschine durchgeführt wird und in dem oder den restlichen Betriebsbereichen außer Wirkung gesetzt und in dem oder den restlichen Betriebsbereichen der Zündzeitpunkt der Ladung dann nur gemäß einem vorbestimmten Zündzeitpunkt-Kennfeld bestimmt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest im Leerlaufbereich und Schiebebereich der Brennkraftmaschine und vorzugsweise auch in einem an den Leerlaufbereich angrenzenden geringen Teillastbereich die K-F-Koinzidenzregelung außer Wirkung gesetzt wird.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Zündzeitpunkt in Abhängigkeit der Maschinendrehzahl und gegebenenfalls weiterer Parameter grob verstellt wird und daß dieser selbsttätigen Verstellung des Zündzeitpunktes eine Feinverstellung überlagert wird, die dem Regeln der ungefähren K-F-Koinzidenz dient.

10. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die gesamte Zündzeitpunktverstellung ausschließlich durch Regeln der K-F-Koinzidenz durchgeführt wird.

^O ii. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der K-Strecke zumindest im gesamten Lastbereich der Brennkraftmaschine denselben konstanten Wert hat.

ο ι

. - 4 -

12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der K-Strekke verstellbar ist.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der K-Strecke selbsttätig in Abhängigkeit mindestens eines Parameters der Brennkraftmaschine und/oder ihrer Ladung, vorzugsweise in Abhängigkeit ihrer Drehzahl und/oder der Stellung ihrer Leistungssteuervorrichtung verstellt wird. ".-■"· ■

14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ankunft der

Flammenfront an der F-Stelle elektrisch durch Auftreten eines von der Flammenfront und einer elektrischen Spannung erzeugten Ionenstromes gefühlt wird.
20

15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ankunft der Flammenfront der von der Zündkerze verursachten Flamme an der F-Stellle erst gegen Ende des Verbrennungsvorganges der Ladung stattfindet.

16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Flammenfront der durch die Zündkerze verursachten Flamme an der F-Stelle erst dann ankommt, wenn mindestens 70% der Ladung, vorzugsweise 70-90% der Ladung verbrannt sind.

17. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ankunft der Flam-, menfront der von der Zündkerze verursachten

31390OP

- 5 .- - '■'■■■

Flamme in einem Bereich des Verbrennungsraumes gefühlt wird, in welchem die Gefahr Klopfen verursachender Selbstzündung der Ladung besonders stark oder am stärksten ist, und, falls Selbstzündung auftritt, diese vor Ankunft der Flammenfront der durch die Zündkerze verursachten Flamme eintritt, so daß im Falle des Auftretens von Selbstzündung der an der F-Stelle befindliche Flammenfrontfühler auf die durch die Selbstzündung verursachte Flamme vor Ankunft der Flammenfront der von der Zündkerze verursachten Flamme ansprechen kann und im Falle dieses Ansprechend der Klopfgefahr bei nachfolgenden Ladungsverbrennungen entgegenwirkende Verstellung des Zünd- Zeitpunktes auslöst.

18:... Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Flammenfrontfühler auf höhere Betriebstemperaturen als die benachbarten Wandbereiche des Verbrennungsraumes durch die Ladungsverbren-' nungen erhitzt wird, so daß dieser Flammehfront-

— -fühler die Gefahr der Selbstzündung der Ladung ^:

etwas erhöht und die Selbstzündung mit durch ihn eingeleitet werden kann.
25

19.. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Ende der K-Strecke zumindest bei Vollast einem Kurbelwinkel· von mindestens 15°, vorzugsweise mindestens 18° nach oberem Totpunkt des Kolbens entspricht.

20. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelung der K-F-Koinzidenz zumindest bei effektiven .mittleren Arbeitsdrücken der Brennkraftmaschine, die kleiner als ca. 1,5 Bar sind, außer Wirkung gesetzt wird.

- 6 - ■

21. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Gefolge jedesmaligen Fühlens der Ankunft der Flammenfront an der F-Stelle ein vom Vorzeichen und der Größe der Abweichung dieser Ankunft von der K-F-Koinzidenz abhängiges Signal erzeugt und der Wert dieses Signales gespeichert wird, und der Mittelwert mehrerer aufeinanderfolgend gespeicherter Signalwerte gebildet

und daß die Zündzeitpunktverstellung in Abhängigkeit dieses Mittelwertes erfolgt.

22. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 3

!5 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß eine Zünd

zeitpunktverstellung nur dann vorgenommen wird, wenn die erfasste Abweichung von der K-F-Koinzidenz ihr Vorzeichen während einer vorbestimmten Anzahl aufeinanderfolgender Messungen der Ankunft der Flammenfront an der F-Stelle nicht

ändert.

23. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Zünd-

^z^ Zeitpunkt bei jedesmaliger Verstellung um

einen um so grösseren Betrag verstellt wird, je grosser die Abweichung der Ankunft der Flammenfront bzw. je grosser der aus mehreren

aufeinanderfolgenden Abweichungen gebildete

Mittelwert von der K-F-Koinzidenz ist.

- Ί -

24. Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Flammenfrontfühler nur dann Verstellung des Zündzeitpunktes und/oder

S der Zusammensetzung der Ladung auslöst, wenn er die Ankunft einer Flammenfront vor Erreichen eines vorbestimmten ersten Kurbelwinkels fühlt, der

kleiner als die Kurbel^winkel ist, bei denen die Flammenfront der von der Zündkerze gezündeten Flamme an dem Flammenfrontfühler ankommt, wobei die vom Flammenfrontfühler ausgelöste Zündzeitpunktverstellung den Zündzeitpunkt auf später verschiebt und daß im übrigen die Zündzeitpunktverstellung gemäß einem vorbestimmten Zündzeitpunkt-Kennfeld vorgenommen wird.

25. Fremdgezündete Brennkraftmaschine zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in ihrem Ver-

^Λ® brennungsraum oder in mindestens einem ihrer Verbrennungsräume ein Flammenfrontfühier (20) zum Fühlen der Ankunft der Flammenfront der verbrennenden Ladung an der F-Stelle vorgesehen ist, daß ferner Mittel vorgesehen sind, die erkennen, ob die Flammenfront bezogen auf die K-Strecke zu früh oder zu spät an der F-Stelle ankommt und Regelung der K-F-Koinzidenz unter Verstellung des Zündzeitpunktes bewirken.

26. Brennkraftmaschine mit mindestens einer Nockenwelle, nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß das Ende der K-Strecke an der Nockenwelle gefühlt wird.

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-δ-

27. Bcennkraftmaschine nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß das Erreichen des Endes der vorbestimmten K-Strecke aus der gemessenen Drehzahl der Brennkraftmaschine und einer festen Bezugsgröße pro Arbeitsspiel, vorzugsweise dem oberen Totpunkt des Kolbens des betreffenden Zylinders berechnet wird.

28. Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern nach einem der Ansprüche 25 bis 27 , dadurch gekennzeichnet, daß nur einem einzigen Zylinder ein Flammenfrontfühler zugeordnet ist.

29. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 25 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß der Flammenfron tfühler (20) in demjenigen Bereich des Verbrennungsraumes angeordnet ist, der in der oberen Totpunktstellung des Kolbens noch vorhanden ist.

30. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 25 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß der Flammenfrontfühler in einer Ausnehmung der Kolbenlaufbahn angeo.rdnet ist.

31. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 25 bis 30, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand dns Flammenfrontfühlers (20) von der Zündkerze so getroffen ist, daß bei Ankunft der Flammenfront aar von der Zündkerze verursachten Flamme, an ihm der überwiegende Teil der Ladung, vorzugsweise mindestens 70-90 % der Ladung bereits verbrannt sind.

32. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 25 bis 31, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand des Flammenfrontfühlers von der Zündkerze minde-

^ύ stens dem halben Durchmesser der Kolbenlaufbahn entspricht. .

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33. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 25

bis 32, dadurch gekennzeichnet, daß in mindestens einem Teilbereich des Betriebsbereichs der Brennkraftmaschine zur Regelung der R-F-Koinzidenz die Zusammensetzung der Ladung allein oder zusätzlich zur Verstellung des Zündzeitpunktes geändert wird.

34. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 25-33, dadurchgekennzeichnet, daß Stellmittel zum Verstellen der Länge der K-Strecke vorgesehen sind.

35. Brennkraftmaschine nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellmittel ein die An- kunft der Flammenfront am Flammenfrontfühler (2OJ

signalisierendes Signal zeitverzögert weiter-. leitendes Zeitverzögerungsglied (73) zur Verstellung der Länge der K-Strecke aufweisen,,

36. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 25

bis 35, dadurch gekennzeichnet, daß der Flammenfrontfühler mindestens eine Elektrode aufweist, die so angeordnet ist, daß sie im Betrieb der Brennkraftmaschine höhere Temperatur als die benachbarten Wandbereiche des Verbrennungsraumes annimmt, so daß dieser Flammenfrontfühler in dem Fall, daß im Verbrennungsraum Klopfen durch Selbstzündung der Ladung eintritt, diese Selbstzündung vor Ankunft der Flammenfront selbst auslösen kann.

-ΙΟΙ 37. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 25 bis 36, dadurch gekennzeichnet, daß der den Zündzeitpunkt bestimmende Zündversteller (43) Mittel zum groben Verstellen des Zündzeitpunktes gemäß einem vorbestimmten Zündzeitpunkt-Kennfeld aufweist und daß in mindestens einem .Teilbereich des E-etriebsbereiches der Grobverstellung des Zünd- -•eitpunktes eine der Regelung der K-F-Koinzidenz dienende Feinverstellung des ZundZeitpunktes über-0 lagert wird.

38. Brennkraftmaschine nach einem der Ansrjrücho 25 bis 37, dadurch gekennzeichnet, daß der Flammenirontfühler (20) so angeordnet ist, daß bei VoIliastbutrieb der Brennkraftmaschine mindestens eine seiner Elektroden eine Temperatur von ungeiähr 400 - 800 C annimmt, vorzugsweise von ungefähr (300 - 700°C.

39. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 25 bis 38, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens oine Elektrode (50'} des Flammenfrontfühlers in einer Vertiefung der Wandung des Verbrennungsraurres versenkt angeordnet ist, wobei diese Vertiefung vorzugsweise einen Durchmesser von etwa 3-5 mm aufweisen kann.

40. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 25 bis 39, dadurch gekennzeichnet, daß der Flammenfrontfühler (20') weit entfernt vom Auslaßventil (L2) nahe der vom Auslaßventil (12) ab gewendet er. L'.nfangshälfte des Ventiltellers des EinlaßventLles (11) angeordnet ist.