DE4238179C2

DE4238179C2 - Brennkraftmaschine mit einer Zündkerze zum Zünden von Kraftstoff-Luft-Gemischen

Info

Publication number: DE4238179C2
Application number: DE4238179A
Authority: DE
Inventors: Joerg Bonitz; Walter Gollin; Christian Zimmermann; Joerg Hopf
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1992-11-12
Filing date: 1992-11-12
Publication date: 2002-07-18
Anticipated expiration: 2012-11-13
Also published as: DE4238179A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine, insbesondere eine Brennkraftmaschine für Kraftfahrzeuge, mit einer Zündkerze zum Zünden von Kraftstoff-Luft-Gemischen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Derartige Brennkraftmaschinen sind allgemeiner Sand der Technik und es kann sich im Rahmen vorliegender Erfindung dabei sowohl um Brennkraftmaschinen mit einem Vergaser als auch um solche mit direkter Einspritzung oder mit Einspritzung ins Ansaugrohr handeln. In den Zylinderräumen dieser Brennkraftmaschinen ändern sich die optimalen Bereiche zur Entflammung des Kraftstoff-Luft-Gemisches mit den jeweiligen Betriebszuständen, d. h., die optimalen Entflammungsbedingungen sind anläßlich des Starts bzw. eines Kaltstartes, bei Leerlauf, bei Teillast und bei Vollast nicht stets an der gleichen Stelle in den Zylinderäumen der Brennkraftmaschine; selbst zwischen den einzelnen Zylindern einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine können dabei Unterschiede vorliegen. Die Lage der für die einzelnen Betriebszustände günstigen Entflammungspunkte ist generell motorspezifisch.

Aus der FR 1 534 962 ist eine Vorrichtung einer Zündkerze bekannt, die einen mobilen Körper umfasst, der die Elektroden trägt.

Aus der DE-GM 18 27 654 ist eine Zündkerze zum Anlassen von Gasturbinen bekannt, die sich nur beim Anlassen in der Zündzone befindet und nach erfolgter Zündung aus der Zündzone zurückgezogen wird.

Aus der US 4 944 280 ist eine Vorrichtung zur Erzeugung einer Zündstrecke bekannt, die eine Hilfsstrecke im elektrischen Pfad zwischen der Zündquelle und dem Zündstecker einfahrt. Die Zündvorrichtung kann in motorisierter Form installiert sein, so dass sie computergesteuert sein kann. Der Computer steuert die Länge der Zündstrecke und dazu die Kapazität der Zündstreckenvorrichtung. Der Computer kompensiert abhängig vom Leistungsbedarf des Motors.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Brennkraftmaschine des o. g. Typs zu entwickeln, in der bei jedem Betriebszustand der Brennkraftmaschine eine möglichst gute Entflammung des Kraft stoff-Luft-Gemisches eingeleitet wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des An spruchs 1 aufgeführten Merkmale gelöst; Grundlage dieser Erfindung ist die Erkenntnis, daß die optimalen Entflammungsbedingungen bei den verschiedenen Betriebszuständen von Brennkraftmaschinen an ver schiedenen Stellen im Zylinderraum liegen, d. h., sie können näher an der Wandung des Brennraumes oder auch weiter davon entfernt sein.

Die in den Unteransprüchen enthaltenen Merkmale stellen Weiterbil dungen und Verbesserungen der im Anspruch 1 beanspruchten Brenn kraftmaschine dar.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dar gestellt und wird nachfolgend in der Beschreibung näher erläutert; die in der Zeichnung dargestellte Figur zeigt das Funktionsschema eines Ausführungsbeispiels einer solchen Brennkraftmaschine.

Die in der Figur prinzipiell dargestellte Brennkraftmaschine 10 be steht in bekannter Weise aus einem Zylinder 10/1 in dessen Zylinder raum 10/2 sich ein hin- und hergehenkönnender Kolben 10/3 befindet. Der Zylinderraum 10/2 ist oberhalb des Kolbens 10/3 von einem Zylin derkopf 10/4 begrenzt. In diesem Zylinderkopf 10/4, der abdichtend auf dem Zylinder 10/1 festgelegt ist, ist in bekannter Weise ein Einlaßventil 10/5 und ein Auslaßventil 10/6 vorgesehen, welche mit einem Ansaugrohr 10/7 bzw. einem Abgasrohr 10/8 in Verbindung ste hen. Im Zylinderkopf 10/4 befindet sich außerdem auch eine Zündkerze 11, die mittels Gewinde 11/1 darin festgelegt ist; die zwischen Mittelelektrode 11/2 und Gegenelektrode 11/3 gebildete Funkenstrecke 11/4 weist in dem Zylinderraum 10/2 in Richtung Kolben 10/3. Auf die Darstellung des an der Zündkerze 11 angeschlossenen Zündsystems wurde verzichtet, da es im Zusammenhang mit vorliegender Erfindung nicht relevant ist. Ein solcher Zylinderkopf 10/4 ist für eine Brennkraftmaschine 10 mit einem nicht dargestellten Vergaser oder auch für die bekannte Saugrohreinspritzung geeignet; sofern ei ne solche Brennkraftmaschine 10 für Direkteinspritzung von Kraft stoff Verwendung finden soll, wäre noch ein (nicht dargestelltes) Einspritzventil hier anzuordnen. Die im Ansaugrohr 10/7 befindliche Drosselklappe ist mit dem Bezugszeichen 12 gekennzeichnet.

Der Kolben 10/3 der Brennkraftmaschine 10 ist mittels eines Kolben bolzens 10/9 mit einer Kolbenstange 10/10 verbunden, welche mit ihrem anderen Endabschnitt mit einer im Kurbelwellengehäuse 10/11 befindlichen, in der Figur von einem Schwungrad 10/12 verdeckten Kurbelwelle in bekannter Weise in Wirkverbindung steht; das Schwung rad 10/12 dreht sich mit der (nicht dargestellten) Kurbelwelle um dieselbe Achse 10/13.

Derartige Brennkraftmaschinen 10 sind allgemeiner Stand der Technik. Aufgrund der Kenntnis, daß bei den verschiedenen Betriebszuständen (Start, Kaltstart, Leerlauf, Teillast, Vollast) in der Brennkraftma schine der Bereich des zündwilligsten Kraftstoff-Luft-Gemisches in unterschiedlichen Abständen vom Zylinderkopf 10/4 im Zylinderraum 10/2 liegen, ist die Zündkerze 11 in einer Aufnahmeeinrichtung 13 abgedichtet eingeschraubt, die ihrerseits in einer durch den Zylin derkopf 10/4 verlaufenden Durchgangsbohrung 10/15 abgedichtet, aber beweglich geführt ist; zur Abdichtung zwischen der Aufnahmeeinrich tung 13 und der Durchgangsbohrung 10/15 im Zylinderkopf 10/4 können (nicht dargestellte) kolbenringartige Elemente Verwendung finden. Diese Aufnahmeeinrichtung 13 steht in Wirkverbindung mit ei nem Stellmittel 14, das in der Figur nur schematisch dargestellt ist und die Aufnahmeeinrichtung 13 mit der Zündkerze 11 und deren Funkenstrecke 11/4 in den Zylinderraum 10/2 der Brennkraftmaschine 10 mehr oder weniger eintauchen lassen kann. Ein solches Stellmittel 14 kann beispielsweise eine hydraulische Baueinheit sein, es kann aber auch beispielsweise über einen Schrittmotor und daran ange schlossene Schneckenwelle mit Schneckenrad auf die Aufnahmeeinrich tung 13 seine Funktion ausüben.

Für den Fall, daß es sich bei der Zündkerze 11 um einen weit ver breiteten Typ mit einer Gegenelektrode 11/3 handelt, von dem zumin dest ein Bereich parallel zur Mittelelektrode 11/2 verläuft (wie in der Figur dargestellt) und der freie Endabschnitt dieser Gegenelek trode 11/3 ggfs. auch noch abgewinkelt ist, kann die Aufnahmeein richtung 13 zusätzlich zum vorstehend beschriebenen Stellmittel 14, das zur klareren Kennzeichnung mit 14/1 bezeichnet werden soll, zu sätzlich mit einem Stellmittel 14/2 versehen sein; dieses zusätzli che Stellmittel 14/2, das in der Figur auch nur schematisch darge stellt ist und mittels irgend eines bekannten Mechanismus wie bei spielsweise den beiden zum Stellmittel 14/1 aufgeführten Ausfüh rungsformen funktionieren kann, dreht die Aufnahmeeinrichtung 13 mit der eingeschraubten Zündkerze 11 um die Längsachse der Kerze und verändert demzufolge auch die Lage der Gegenelektrode 11/3 in bezug auf das im Zylinderraum 10/2 sich bewegende Kraftstoff-Luft-Gemisch, welches zu zünden ist. Die Stellung einer solchen Gegenelektrode 11/3 im Zylinderraum 10/2 ist für die Zugänglichkeit des Kraft stoff-Luft-Gemisches zur Funkenstrecke 11/4 häufig von großer Bedeu tung.

Das Stellmittel 14, zu dem mindestens das Stellmittel 14/1, zumeist aber auch das zusätzliche Stellmittel 14/2 gehören, stehen mit einer Recheneinheit 15 über eine schematisch dargestellte Steuersignallei tung 15/1 in Wirkverbindung; in der Figur ist lediglich nur eine Steuersignalleitung 15/1 dargestellt, es können bedarfsweise aber auch mehrere derartige Steuersignalleitungen Verwendung finden. Die se Recheneinheit 15 enthält Daten, die bei Erhalt von Meßsignalen von an der Brennkraftmaschine 10 angebrachten Sensoren 16 derart verknüpft werden, sodaß die Recheneinheit 15 über die Steuersignal leitung 15/1 derartige Signale an das Stellmittel 14 gibt, sodaß die Funkenstrecke 11/4 der Zündkerze 11 in denjenigen Bereich des Zylin derraumes 10/2 bewegt wird, indem sich die optimalen Entflammungsbe dingungen des im Zylinderraum 10/2 befindlichen Kraftstoff-Luft-Ge misches befinden; ggfs. erhält die Aufnahmeeinrichtung 13 von der Recheneinheit 15 auch ein Steuersignal für das Stellmittel 14/2, da mit die Gegenelektrode 11/3 (Masseelektrode) in die richtige Lage gedreht wird.

Diese Sensoren 16 dienen dem Ermitteln der zum Meßzeitpunkt an der Brennkraftmaschine 10 herrschenden Betriebszustände; derartige Be triebszustände sind der Start, der Kaltstart, der Leerlauf, der Teillastbetrieb, der Vollastbetrieb, bei verschiedenen Drehzahlen. Zum Ermitteln dieser Betriebszustände kann ein Motortemperatursensor 16/1 Verwendung finden, der beispielsweise in der Wand des Zylinders 10/1 festgelegt ist und über eine Meßsignalleitung 16/1' mit der Recheneinheit 15 verbunden ist. Als weiterer wichtiger Sensor 16 ist ein Drehzahlsensor 16/2, zumeist in Verbindung mit einem Kurbelwin kelpositionssensor 16/3 über Meßsignalleitungen 16/2' bzw. 16/3' an die Recheneinheit 15 angeschlossen. Zur exakten Messung der Drehzahl der Kurbelwelle bzw. des gleichschnell umlaufenden Schwungrades 10/12 und auch zur Bestimmung der Kurbelwinkelposition sind auf dem Schwungrad 10/12, bevorzugt auf seiner Umfangsfläche Markierungen 10/14 angebracht, auf die der Drehzahlsensor 16/2 bzw. der Kurbelwinkelpositionssensor 16/3 anspricht. Ein Drucksensor 16/4 im Ansaugrohr 10/7 dient beispielsweise zur Lasterfassung und gibt sei ne Signale über eine Meßsignalleitung 16/4' an die Recheneinheit 15. Darüberhinaus ist es sinnvoll, wenn auch die Stellung der Drossel klappe 12 im Ansaugrohr 10/7 mittels eines Drosselklappenwinkelsen sors 16/5 über eine zugehörige Meßsignalleitung 16/5' an die Rechen einheit 15 gegeben wird. Sofern die Brennkraftmaschine 10 mehrzylin drig ist, sind auch die Zündkerzen 11 der anderen Zylinder 10/1 mit einer vorstehend beschriebenen Aufnahmeeinrichtung 13, mit Stellmit teln 14, mit einer Recheneinheit 15 und den Sensoren 16 dort anzu bringen; zumeist kann dann für alle Zylinder 10/1 mit einer einzigen Recheneinheit 15 gearbeitet werden, es kann bei mehrzylindrigen Brennkraftmaschinen 10 evtl. aber auch nötig sein, für jeden der Zylinder 10/1 eine eigene Recheneinheit 15 vorzusehen. Die in der Recheneinheit 15 enthaltenen Daten sind motorspezifisch, sie können sogar zylinderspezifisch sein.

Die vorstehend beschriebene Brennkraftmaschine besitzt eine hohe Zündsicherheit, ermöglicht einen verringerten Kraftstoffverbrauch und beeinflußt die Abgase hinsichtlich ihrer Toxizität günstig.

Claims

1. Brennkraftmaschine (10), in deren mindestens einem Zylinder (10/1) sich ein hin- und hergehender, über eine Kolbenstange (10/10) mit einer Kurbelwelle verbundener Kolben (10/3) befindet, die (10) im Bereiche ihres Zylinderkopfes (10/4) ein in den Zylinderraum (10/2) hineinführendes, mit einem Einlaßventil (10/5) versehenes An saugrohr (10/7) für Luft bzw. ein Kraftstoff-Luft-Gemisch und ein aus dem Zylinderraum (10/2) herausführendes mit einem Auslaßventil (10/6) versehenes Abgasrohr (10/8) aufweist, die (10) auch eine Ein spritzeinrichtung für Kraftstoff haben kann, und die (10) außerdem im Bereiche des Zylinderkopfes (10/4) eine Zündkerze (11) mit zwi schen deren Elektroden (11/2, 11/3) befindlicher Funkenstrecke (11/4) hat, dadurch gekennzeichnet, daß für die Zündkerze (11) des mindestens einen Zylinders (10/1) mindestens ein Stellmittel (14) vorgesehen ist, dessen Stellung von mindestens einem einen Betriebs parameter der Brennkraftmaschine (10) messenden Sensor (16) und ei ner mit dem mindestens einem Sensor (16) in Wirkverbindung stehenden Recheneinheit (15) beeinflußt ist und das die Lage der Funkenstrecke (11/4) der Zündkerze (11) in Abhängigkeit des von dem mindestens ei nem Sensor (16) gemessenen Betriebsparameters einstellt.

2. Brennkraftmaschine (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Stellmittel (14/1) die Funkenstrecke (11/4) der Zündkerze (11) in Abhängigkeit von dem von der Recheneinheit (15) erhaltenem Steuersignal mehr oder weniger in den Zylinderraum (10/2) der Brenn kraftmaschine (10) eintauchen läßt.

3. Brennkraftmaschine (10) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, da durch gekennzeichnet, daß bei Vorhandensein einer achsparallel zur Mittelelektrode (11/2) verlaufenden und ggfs. stirnseits vor einer Mittelelektrode (11/2) stehenden Gegenelektrode/Masseelektrode (11/3) ein Stellmittel (14/2) vorgesehen ist, welches die Zündkerze (11) um ihre Längsachse in eine bestimmte Position zu drehen vermag und demzufolge die Gegenelektrode (11/3) in eine entsprechend eines von der Recheneinheit (15) kommenden Steuersignals vorbestimmte Lage bringt.

4. Brennkraftmaschine (10) nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (16) ein Sensor (16/1) zum Messen der Motortemperatur ist.

5. Brennkraftmaschine (10) nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (16) ein Sensor (16/2) zum Messen der Drehzahl der Kurbelwelle ist.

6. Brennkraftmaschine (10) nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (16) ein Sensor (16/3) zum Messen der Winkelposition der Kurbelwelle ist.

7. Brennkraftmaschine (10) nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (16) ein Drucksensor (16/4) zur Messung des Druckes im Ansaugrohr (10/7) ist.

8. Brennkraftmaschine (10) nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (16) ein Sensor (16/5) zum Messen der Winkellage einer Drosselklappe (12) im Ansaugrohr (1017) ist.

9. Brennkraftmaschine (10) nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündkerze (11) in einer im Zylinderkopf (10/4) längsbeweglichen, ggfs. auch drehbaren Aufnahmeeinrichtung (13) abgedichtet aufgenommen ist und die Aufnahmeeinrichtung (13) dabei abgedichtet im Zylinderkopf (1014) der Brennkraftmaschine (10) geführt ist.