EP0317922B1 - Selbstzündende Verbrennungskraftmaschine - Google Patents

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EP0317922B1
EP0317922B1 EP88119266A EP88119266A EP0317922B1 EP 0317922 B1 EP0317922 B1 EP 0317922B1 EP 88119266 A EP88119266 A EP 88119266A EP 88119266 A EP88119266 A EP 88119266A EP 0317922 B1 EP0317922 B1 EP 0317922B1
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combustion engine
internal combustion
self
designed
glow plug
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EP88119266A
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Karl Peter Dipl.-Phys. Schäfer
Bernhardt Dipl.-Ing. Wendt
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robbe GmbH
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robbe GmbH
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02P—IGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
    • F02P19/00—Incandescent ignition, e.g. during starting of internal combustion engines; Combination of incandescent and spark ignition
    • F02P19/02—Incandescent ignition, e.g. during starting of internal combustion engines; Combination of incandescent and spark ignition electric, e.g. layout of circuits of apparatus having glowing plugs
    • F02P19/028—Incandescent ignition, e.g. during starting of internal combustion engines; Combination of incandescent and spark ignition electric, e.g. layout of circuits of apparatus having glowing plugs the glow plug being combined with or used as a sensor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D35/00—Controlling engines, dependent on conditions exterior or interior to engines, not otherwise provided for
    • F02D35/02—Controlling engines, dependent on conditions exterior or interior to engines, not otherwise provided for on interior conditions
    • F02D35/025—Controlling engines, dependent on conditions exterior or interior to engines, not otherwise provided for on interior conditions by determining temperatures inside the cylinder, e.g. combustion temperatures
    • F02D35/026—Controlling engines, dependent on conditions exterior or interior to engines, not otherwise provided for on interior conditions by determining temperatures inside the cylinder, e.g. combustion temperatures using an estimation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B75/00—Other engines
    • F02B75/34—Ultra-small engines, e.g. for driving models
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/0097—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents using means for generating speed signals
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02P—IGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
    • F02P19/00—Incandescent ignition, e.g. during starting of internal combustion engines; Combination of incandescent and spark ignition
    • F02P19/02—Incandescent ignition, e.g. during starting of internal combustion engines; Combination of incandescent and spark ignition electric, e.g. layout of circuits of apparatus having glowing plugs
    • F02P19/025—Incandescent ignition, e.g. during starting of internal combustion engines; Combination of incandescent and spark ignition electric, e.g. layout of circuits of apparatus having glowing plugs with means for determining glow plug temperature or glow plug resistance

Definitions

  • the invention relates to a self-igniting internal combustion engine with a glow plug, which is connected to an electrical resistance measuring device connected to the input of evaluation electronics for determining the electrical resistance of the glow plug.
  • Such internal combustion engines are generally known under the name "diesel engines”.
  • An internal combustion engine of the above type is described in US-A-40 02 882.
  • the evaluation electronics serve to determine the glow plug temperature on the basis of the resistance of the glow plug in order to control the energization of the glow plug in such a way that overheating of the glow plug can be avoided. Information other than the temperature of the glow plug cannot be obtained by the known evaluation electronics.
  • Optimizing the way an internal combustion engine works has recently become increasingly important. Effective control of an internal combustion engine can ensure, for example, optimum efficiency, the lowest possible consumption, the most harmless exhaust gas composition, low noise and the longest possible service life.
  • numerous sensors are installed in the internal combustion engine, which have evaluation electronics with information about the operating behavior supply the internal combustion engine. Unfavorable operating values are then either displayed or automatically changed to favorable operating values by actuating actuators.
  • a disadvantage of the known internal combustion engines is that the arrangement of sensors causes relatively high costs.
  • the temperature inside an internal combustion engine is particularly instructive. Especially there, however, temperatures can only be measured with great effort using the previously known means.
  • the invention has for its object to design an internal combustion engine of the type mentioned in such a way that optimal control and regulation can be carried out with as little effort as possible.
  • the evaluation electronics working with the electrical resistance of the glow plug as an input signal is designed to determine the temperature in the combustion chamber of the internal combustion engine which fluctuates periodically with the ignition frequency and / or operating data of the internal combustion engine which can be derived from the temperature in the combustion chamber.
  • the glow plug which is normally required in auto-ignition internal combustion engines to start the internal combustion engine, is used as a temperature sensor, since it changes its electrical resistance as a function of the temperature in the combustion chamber. This allows the temperature in the combustion chamber to be determined without the need for an additional temperature sensor. Thanks to the invention practically all temperature-dependent effects within the internal combustion engine can be observed and measured.
  • the average temperature of each cylinder can be determined via the resistance of the respective glow plug. This makes it easy to detect combustion irregularities in individual cylinders.
  • the ignition timing is also easy to determine because the ignition causes the temperature of the glow plug to rise due to the burning mixture.
  • a mixture that is too rich or too lean can also be determined via the temperature, because depending on its composition it cools the glow plug more or less when it flows into the combustion chamber.
  • the evaluation electronics can replace a speed sensor if, in a development of the invention, it is designed to determine the speed of the internal combustion engine based on the periodic temperature fluctuations of the glow plug.
  • the resistance measuring device of the glow plug could be a measuring value transmitter for various display instruments, for example a thermometer or a speed display.
  • the resistance measuring device as a measuring value transmitter for an automatic control circuit by the evaluation electronics having at least one actuator for controlling or regulating the internal combustion engine.
  • the actuator can control very different influencing variables, for example the coolant supply.
  • the actuator is designed to control a speed controller of the internal combustion engine.
  • a particularly advantageous engine management system results if the actuator is designed to control the mixture setting of the internal combustion engine.
  • the ignition point of a self-igniting internal combustion engine can be brought forward if the actuator is designed for the speed-dependent supply of heating current to the glow plug of the internal combustion engine. In such an internal combustion engine, ignition is initiated by periodically heating up the glow plug. This results in a further possibility of influencing the work of the internal combustion engine.
  • the invention permits numerous embodiments. To further clarify its basic principle, one of them is shown very schematically in the drawing and is described below.
  • the drawing shows an average of the upper area of a four-stroke self-igniting internal combustion engine, such as that used for model aircraft.
  • the internal combustion engine has in a cylinder 1 above a piston 2 a combustion chamber 3 into which an inlet duct 4 leads, which is controlled by means of an inlet valve 5.
  • An outlet channel 7 controlled by an exhaust valve 6 leads away from the combustion chamber 3.
  • the fuel is not injected, but is instead introduced into the inlet duct 4 by means of a carburetor 8.
  • a conventional throttle valve 9 is connected upstream of the carburetor 8.
  • a glow plug 10 which is required anyway for starting the internal combustion engine and leads into the combustion chamber 3, simultaneously serves as a sensor for monitoring the internal combustion engine.
  • a voltage source 11 Glow plug 10 leading line 12 an electrical resistance measuring device 13 switched. This measures the current flow through line 12. Since this is directly dependent on the electrical resistance of glow plug 10, which changes with the temperature of glow plug 10, the resistance measuring device provides information about the temperature of the glow plug.
  • evaluation electronics 14 Downstream of the resistance measuring device is evaluation electronics 14, which take into account in particular the fluctuations in the electrical resistance. For example, it can control a display instrument 15, which is, for example, a tachometer. It is also possible for the evaluation electronics 14 to compare the value measured by the resistance measuring device 13 with a setpoint from the setpoint generator 16 and to actuate an actuator immediately afterwards, for example the throttle valve 9.
  • the setpoint generator 16 is the receiving system which receives its control commands from the remote control transmitter .

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Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine selbstzündende Verbrennungskraftmaschine mit einer Glühkerze, welche mit einer mit dem Eingang einer Auswertelektronik verbundenen elektrischen Widerstandsmeßeinrichtung zur Bestimmung des elektrischen Widerstandes der Glühkerze verbunden ist.
  • Solche Verbrennungskraftmaschinen sind allgemein unter der Bezeichnung "Dieselmotoren" bekannt. Eine Verbrennungskraftmaschine der vorstehenden Art ist in der US-A-40 02 882 beschrieben. Bei ihr dient die Auswertelektronik dazu, die Glühkerzentemperatur aufgrund des Widerstandes der Glühkerze zu ermitteln, um die Bestromung der Glühkerze so zu steuern, daß eine Überhitzung der Glühkerze vermieden werden kann. Andere Informationen als die Temperatur der Glühkerze können durch die bekannte Auswertelektronik nicht gewonnen werden.
  • Die Optimierung der Arbeitsweise einer Verbrennungskraftmaschine gewinnt in letzter Zeit zunehmend an Bedeutung. Durch effektive Steuerung einer Verbrennungskraftmaschine kann man beispielsweise für optimalen Wirkungsgrad, einen möglichst geringen Verbrauch, eine möglichst unschädliche Abgaszusammensetzung, eine niedrige Geräuschsbildung und eine möglichst lange Lebensdauer sorgen. Um solche Optimierungen unter den jeweils wechselnden Betriebsbedingungen vornehmen zu können, werden in der Verbrennungskraftmaschine zahlreiche Sensoren angebracht, die eine Auswertelektronik mit Informationen über das Betriebsverhalten der Verbrennungskraftmaschine versorgen. Ungünstige Betriebswerte werden dann entweder angezeigt oder selbsttätig durch Betätigung von Stellgliedern zu günstigen Betriebswerten hin verändert. Man spricht bei solchen Einrichtungen von einem Motormanagement.
  • Nachteilig bei den bekannten Verbrennungskraftmaschinen ist es, daß die Anordnung von Sensoren relativ hohe Kosten verursacht. Besonders aufschlußreich für die Arbeitsweise einer Verbrennungskraftmaschine ist die Temperatur in ihrem Inneren. Gerade dort sind jedoch mit den bisher bekannten Mitteln Temperaturen nur mit großem Aufwand zu messen.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Verbrennungskraftmaschine der eingangs genannten Art derart auszubilden, daß eine optimale Steuerung und Regelung mit möglichst geringem Aufwand durchzuführen ist.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die mit dem elektrischen Widerstand der Glühkerze als Eingangssignal arbeitende Auswertelektronik zur Ermittlung der mit der Zündfrequenz periodisch schwankenden Temperatur im Brennraum der Verbrennungskraftmaschine und/oder aus der Temperatur im Brennraum herleitbaren Betriebsdaten der Verbrennungskraftmaschine ausgebildet ist.
  • Gemäß der Erfindung wird die Glühkerze, welche bei selbstzündenden Brennkraftmaschinen üblicherweise zum Starten der Verbrennungskraftmaschine erforderlich ist, als Temperaturfühler verwendet, da sie in Abhängigkeit von der Temperatur im Brennraum ihren elektrischen Widerstand verändert. Dadurch kann man die Temperatur im Brennraum ermitteln, ohne daß hierzu ein zusätzlicher Temperatursensor erforderlich wird. Dank der Erfindung können praktisch alle temperaturabhängigen Effekte innerhalb der Verbrennungskraftmaschine beobachtet und gemessen werden. Bei mehrzylindrischen Verbrennungskraftmaschinen läßt sich die mittlere Temperatur jedes Zylinders über den Widerstand der jeweiligen Glühkerze bestimmen. Dadurch kann man Unregelmäßigkeiten der Verbrennung in einzelnen Zylindern auf einfache Weise feststellen. Auch die Zündzeitpunkte sind leicht feststellbar, weil mit der Zündung jeweils ein Anstieg der Temperatur der Glühkerze durch das verbrennende Gemisch erfolgt. Auch ein zu fettes oder zu mageres Gemisch ist über die Temperatur feststellbar, weil dieses beim Einströmen in den Brennraum je nach Zusammensetzung die Glühkerze mehr oder weniger abkühlt.
  • Die Auswertelektronik kann einen Drehzahlsensor ersetzen, wenn sie in Weiterbildung der Erfindung zur Ermittlung der Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine aufgrund der periodischen Temperaturschwankungen der Glühkerze ausgelegt ist.
  • Die Widerstandsmeßeinrichtung der Glühkerze könnte Meßwertgeber für verschiedene Anszeigeinstrumente, beispielsweise einen Thermometer oder eine Drehzahlanzeige, sein. Möglich ist es jedoch auch, die Widerstandsmeßeinrichtung als Meßwertgeber für einen selbsttätigen Regelkreis einzusetzen, indem die Auswertelektronik zumindest ein Stellglied zur Steuerung oder Regelung der Verbrennungskraftmaschine aufweist.
  • Das Stellglied kann sehr unterschiedliche Einflußgrößen steuern, beispielsweise die Kühlmittelzufuhr. Für Verbrennungskraftmaschinen von Modellen (Flugzeug/Schiff/Auto/Hubschrauber) ist es vorteilhaft, wenn das Stellglied zum Steuern eines Drehzahlreglers der Verbrennungskraftmaschine ausgebildet ist.
  • Ein besonders vorteilhaftes Motormanagement ergibt sich, wenn das Stellglied zum Steuern der Gemischeinstellung der Verbrennungskraftmaschine ausgebildet ist.
  • Der Zündzeitpunkt einer ansich selbstzündenden Verbrennungskraftmaschine kann vorverlegt werden, wenn das Stellglied zur drehzahlabhängigen Zuführung von Heizstrom zur Glühkerze der Verbrennungskraftmaschine ausgebildet ist. Bei einer solchen Verbrennungskraftmaschine wird das Zünden durch periodisches Aufheizen der Glühkerze eingeleitet. Dadurch ergibt sich eine weitere Möglichkeit der Beeinflussung des Arbeitens der Verbrennungskraftmaschine.
  • Die Erfindung läßt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davon stark schematisch in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben.
  • Die Zeichnung zeigt im Schnitt den oberen Bereich einer nach dem Viertaktverfahren arbeitenden, selbstzündenden Verbrennungskraftmaschine, wie sie beispielsweise für Modellflugzeuge eingesetzt wird. Die Verbrennungskraftmaschine hat in einem Zylinder 1 oberhalb eines Kolbens 2 einen Brennraum 3, in den ein Einlaßkanal 4 führt, welcher mittels eines Einlaßventils 5 gesteuert ist. Vom Brennraum 3 weg führt ein von einem Auslaßventil 6 gesteuerter Auslaßkanal 7.
  • Anders als bei selbstzündenden Verbrennungskraftmaschinen für beispielsweise Kraftfahrzeuge wird bei der gezeigten, für ein Modell bestimmten Verbrennungskraftmaschine der Kraftstoff nicht eingespritzt, sondern mittels eines Vergasers 8 in den Einlaßkanal 4 eingegeben. Dem Vergaser 8 vorgeschaltet ist eine übliche Drosselklappe 9.
  • Wichtig für die Erfindung ist, daß eine zum Starten der Verbrennungskraftmaschine ohnehin erforderliche, in den Brennraum 3 führende Glühkerze 10 gleichzeitig als Sensor zur Überwachung der Verbrennungskraftmaschine dient. Hierzu ist in einer von einer Spannungsquelle 11 zur Glühkerze 10 führenden Leitung 12 eine elektrische Widerstandsmeßeinrichtung 13 geschaltet. Diese mißt den Stromfluß durch die Leitung 12. Da dieser unmittelbar vom sich mit der Temperatur der Glühkerze 10 ändernden elektrischen Widerstand der Glühkerze 10 abhängig ist, gibt die Widerstandsmeßeinrichtung Aufschluß über die Temperatur der Glühkerze.
  • Der Widerstandsmeßeinrichtung nachgeschaltet ist eine Auswertelektronik 14, die insbesondere die Schwankungen des elektrischen Widerstandes berücksichtigt. Sie kann beispielsweise ein Anzeigeinstrument 15 ansteuern, bei dem es sich beispielsweise um einen Drehzahlmesser handelt. Möglich ist es auch, daß die Auswertelektronik 14 den von der Widerstandsmeßeinrichtung 13 gemessenen Wert mit einem Sollwert vom Sollwertgeber 16 vergleicht und unmittelbar danach ein Stellglied betätigt, beispielsweise die Drosselklappe 9. Der Sollwertgeber 16 ist im Modellsport die Empfangsanlage, welche ihre Steuerbefehle vom Fernsteuersender erhält.
    • Auflistung der verwendeten Bezugszeichen
    • 1
    Zylinder
    2
    Kolben
    3
    Brennraum
    4
    Einlaßkanal
    5
    Einlaßventil
    6
    Auslaßventil
    7
    Auslaßkanal
    8
    Vergaser
    9
    Drosselklappe
    10
    Glühkerze
    11
    Spannungsquelle
    12
    Leitung
    13
    Widerstandsmeßeinrichtung
    14
    Auswertelektronik
    15
    Anzeigeinstrument
    16
    Sollwertgeber

Claims (7)

  1. Selbstzündende Verbrennungskraftmaschine mit einer Glühkerze (10), welche mit einer mit dem Eingang einer Auswertelektronik (14) verbundenen elektrischen Widerstandsmeßeinrichtung (13) zur Bestimmung des elektrischen Widerstandes der Glühkerze (10) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die mit dem elektrischen Widerstand der Glühkerze (10) als Eingangssignal arbeitende Auswertelektronik (14) zur Ermittlung der mit der Zündfrequenz periodisch schwankenden Temperatur im Brennraum (3) der Verbrennungskraftmaschine und/oder aus der Temperatur im Brennraum (3) herleitbaren Betriebsdaten der Verbrennungskraftmaschine ausgebildet ist.
  2. Selbstzündende Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswertelektronik (14) zur Ermittlung der Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine aufgrund der periodischen Temperaturschwankungen der Glühkerze (10) ausgelegt ist.
  3. Selbstzündende Verbrennungskraftmaschine nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswertelektronik (14) zumindest ein Stellglied zur Steuerung oder Regelung der Verbrennungskraftmaschine aufweist.
  4. Selbstzündende Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellglied zum Steuern eines Drehzahlreglers der Verbrennungskraftmaschine ausgebildet ist.
  5. Selbstzündende Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellglied zum Steuern der Gemischeinstellung der Verbrennungskraftmaschine ausgebildet ist.
  6. Selbstzündende Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellglied zur drehzahlabhängigen Zuführung von Heizstrom zur Glühkerze (10) der Verbrennungskraftmaschine ausgebildet ist.
  7. Selbstzündende Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellglied zur Steuerung der Kühlmittelzufuhr der Verbrennungskraftmaschine ausgebildet ist.
EP88119266A 1987-11-23 1988-11-19 Selbstzündende Verbrennungskraftmaschine Expired - Lifetime EP0317922B1 (de)

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EP0317922A1 EP0317922A1 (de) 1989-05-31
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