DE3249614C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbrennungsablaufverstellung und zur Beeinflussung der in einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine zu verbrennenden Ladungen, die aus Sauerstoff enthaltendem Gas und Kraftstoff bestehen, wobei in mindestens einem Betriebsbereich der Brennkraftmaschine derjenige Kurbelwinkel oder eine andere, mit der Stellung eines Kolbens der Brennkraftmaschine in dessen Zylinder zusammenhängende Größe, nachfolgend X-Wert genannt, erfaßt wird, bei welchem X-Wert im Brennraum oder mindestens einem der Brennräume der Brennkraftmaschine ein durch die dort ablaufende Ladungsverbrennung verursachter Vorgang einen vorbestimmten Zustand erreicht hat, und in einem ersten Regelkreis der Zündzeitpunkt der Ladung im Brennraum in mindestens einem Betriebsbereich der Brennkraftmaschine selbsttätig fortlaufend so verstellt wird, daß dieser X-Wert jeweils auf einen vorbestimmten Wert geregelt wird. Ein derartiges Verfahren ist bekannt aus der DE-OS 27 43 664. Bei diesem bekannten Verfahren wird der Druckverlauf in einem Zylinder des Verbrennungsmotors erfaßt, und es wird rechnerisch das Maximum dieses Druckverlaufs ermittelt. Die Zündung wird nun so verstellt, daß dieses Maximum im Normalbetrieb bei einem Kurbelwinkel R₁ nach dem OT auftritt, beim Warmlauf dagegen bei einem späteren Kurbelwinkel R₂, damit beim Warmlauf die Abgase heißer sind und der Katalysator schneller erwärmt wird. - Mit einer solchen Regelung der Zündverstellung kann man eine gute Anpassung der Zündung an den jeweiligen Motor und seine Betriebsbedingungen erreichen.

Bei der Entwicklung moderner Motoren, ihrer Zündung und ihrer Gemischaufbereitung geht man so vor, daß man bei einem Versuchsmotor in sorgfältig kontrollierter Umgebung mit Computerunterstützung Kennfelder ermittelt, die später für die Serienmotoren verwendet werden, also z. B. für die Zündung, Einspritzung etc.

Nun ist es in der Praxis so, daß die Serienmotoren nicht mit dem Versuchsmotor genau übereinstimmen, d. h. es treten in der Produktion Abweichungen auf. Z. B. ist es nicht ungewöhnlich, daß das Verdichtungsverhältnis bei Motoren vom selben Produktionsband um bis zu einer Einheit variiert. Auch ist es nicht möglich, eine optimale Abstimmung für unterschiedliche Kraftstoffqualitäten und Umgebungsbedingungen, wie sie im normalen Fahrbetrieb des Motors anzutreffen sind, zu erreichen. Außerdem müßte ein Motor mit fortschreitendem Verschleiß ständig neu kalibriert werden, um seinen Betrieb bei Bestwerten im Hinblick auf Schadstoffausstoß, Fahrverhalten, Leistung und Wirtschaftlichkeit zu gewährleisten. Da dies nicht möglich ist, macht man bei der Auslegung eines Motors Sicherheitszuschläge, d. h. man nähert sich dem Optimum nur bis auf etwa 90%, um z. B. ein Klopfen, oder ein Rucken durch verschleppte Verbrennung, bei allen Betriebsbedingungen sicher zu vermeiden. Mit dem aus der DE-OS 27 43 664 bekannten Verfahren ist es nicht möglich, dieser Schwierigkeit zu entgehen, d. h. auch hier müssen solche Sicherheitszuschläge gemacht werden, um den beschriebenen Variablen sicher Rechnung zu tragen.

Aus der DE-OS 26 01 871 ist es bekannt, in einem Zylinderkopf eines Verbrennungsmotors einen Flammenfrontfühler vorzusehen, mit dem die Ankunft der von der Zündkerze ausgehenden Flammenfronten erfaßt wird.

Diese Flammenfronten breiten sich mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten aus, und deshalb treffen sie an diesem Fühler manchmal früh, manchmal spät ein.

Nun geht diese Anordnung davon aus, daß die Ankunftszeiten klassifiziert werden in "früh", "schnell", "langsam", "spät" und "verzögert". Ein erster Zähler zählt alle Flammenankunften, die "früh" und "schnell" sind. Ein zweiter Zähler zählt alle Flammenankünfte, die "schnell" und "langsam" sind.

Nach 100 Zyklen dividiert man den Inhalt des ersten Zählers durch den Inhalt des zweiten Zählers und erhält eine Kennzahl, das "Verbrennungsqualitätsverhältnis", das bevorzugt bei 0,8 liegen sollte.

Man kann auf diese Weise einen Prüfmotor sehr gut computergesteuert ausmessen, aber für die Beeinflussung eines Motors im Fahrbetrieb ist ein solcher Zählvorgang - der erst bei etwa 100 Zyklen sinnvolle Zahlen liefert - viel zu langsam.

Ferner kennt man aus der DE-OS 24 43 413 verschiedene Regelanordnungen für Verbrennungsmotoren, die mit Flammenfrontfühlern arbeiten. Bei einer ersten beschriebenen Anordnung wird die Flammenlaufzeit durch Gemischverstellung auf einen Sollwert geregelt, der von der Drehzahl und vom Saugrohrdruck abhängig ist. Bei einer zweiten Anordnung wird durch Gemischverstellung die Zeit zwischen dem oberen Totpunkt und der Flammenankunft auf einen Sollwert geregelt, der von der Drehzahl und vom Saugrohrdruck abhängig ist. Bei einer dritten Variante wird durch Gemischverstellung die Flammenankunft so geregelt, daß sie mit einem Signal zusammenfällt, das durch eine feste Markierung auf der Kurbelwelle erzeugt wird. Bei dieser dritten Variante soll außerdem auch noch eine Zündverstellung so erfolgen, daß eine Flammenankunft am Flammenfrontfühler bei einer festen Drehwinkelstellung der Kurbelwelle erfolgt, d. h. die Übereinstimmung der Flammenankunft mit einer bestimmten Drehwinkelstellung der Kurbelwelle soll erreicht werden a) durch eine Gemischverstellung und b) durch eine Zündverstellung. Wegen der unterschiedlichen Regelgeschwindigkeiten führt eine solche Anordnung zu einem unstabilen Verhalten.

Diese DE-OS beschreibt ferner die Regelung der Gemischbildung auf zwei Arten. Bei der einen Art werden die Ionenströme gemessen und integriert und dann mit einem Sollwert verglichen oder auch gespeichert, und die Schwankungen der Ionenströme werden als Istwert einem Regler zugeführt und mit einem Sollwert verglichen. Bei der anderen Art werden die Flammenlaufzeiten ermittelt und gespeichert, es werden ihre Schwankungen ermittelt, und diese werden mit einem Sollwert verglichen. - Die erstgenannte Art ist wenig praktisch, da das Integral eines Ionenstroms wenig aussagefähig ist. Die zweitgenannte Art der Regelung ist kompliziert, da die Messung der Flammenlaufzeiten umfangreiche Rechenoperationen erfordert, welche einer schnellen Regelung entgegenstehen.

Es ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung, ein Regelsystem für eine Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art, also mit Regelung des Zündzeitpunkts in der Weise, daß der eingangs definierte X-Wert jeweils fortlaufend auf einen vorbestimmten Wert geregelt wird, so weiterzubilden, daß eine automatische Anpassung an Betriebsvariable wie unterschiedliche Kraftstoffarten, Innentemperatur des Brennraums, Luftdruck, Ablagerungen im Brennraum etc. erfolgt.

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe bei einem eingangs genannten Verfahren dadurch gelöst, daß in mindestens einem Betriebsbereich der Brennkraftmaschine zusätzlich die bei nacheinander stattfindenden Ladungsverbrennungen sich ergebende Streuung dieser X-Werte in einem zweiten Regelkreis durch Verstellung der Ladungszusammensetzung fortlaufend auf einen vorbestimmten Streuungs-Sollwert geregelt wird, welcher eine Funktion mindestens eines Betriebsparameters der fremdgezündeten Brennkraftmaschine ist. Mit einem solchen Verfahren erreicht man in einfacher Weise eine Ausnutzung der eingangs beschriebenen Reserven, d. h. ein so arbeitender Motor kann während seiner gesamten Lebensdauer in einem optimalen Bereich arbeiten, d. h. er kann während seiner Lebensdauer genauso gute Arbeit leisten wie ein Versuchsmotor auf einem sorgfältig eingestellten Prüfstand, weil durch die beiden Regelkreise automatisch diese optimalen "Prüfstandbedingungen" für alle denkbaren Betriebszustände eingestellt werden.

Die Erfindung kann bei fremdgezündeten Brennkraftmaschinen unterschiedlicher Art Anwendung finden, beispielsweise bei Zweitakt-Ottomotoren, Viertakt- Ottomotoren, Mehrstoff-Brennkraftmaschinen, Hubkolben-Brennkraftmaschinen, Drehkolben-Brennkraftmaschinen oder dergleichen. Desgleichen kann sie sowohl bei Vergaser-Brennkraftmaschinen wie auch bei mit Kraftstoffeinspritzung arbeitenden Brennkraftmaschinen, oder bei Gasmaschinen mit Fremdzündung, verwendet werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt es, für beide Regelkreise gemeinsame Sensoren zu verwenden, z. B. einen gemeinsamen Flammenfrontfühler, um an einer bestimmten Stelle des Brennraums die Ankunft der Flammenfront zu erfassen, und einen gemeinsamen Sensor zum Erfassen des Kurbelwinkels. Auch die Verarbeitung der von diesen Sensoren erfaßten Signale kann gemeinsam sein, so daß sich hardwaremäßig ein sehr einfacher Aufbau ergibt. Man braucht lediglich die Sensorsignale unterschiedlich auszuwerten, nämlich einmal für die Verstellung des Zündzeitpunkts, und zum anderen für die Verstellung der Ladungszusammensetzung. Es ergibt sich so ein sehr einfaches und betriebssicheres System, bei dem sowohl die Ladungszusammensetzung wie der Zündzeitpunkt fortlaufend auf optimale Werte geregelt werden.

Die Regelung der Streuung der X-Werte auf einen Streuungs-Sollwert geht von folgender Überlegung aus: Es sei angenommen, daß der Verbrennungsmotor an einem vorbestimmten Betriebspunkt seines Teillastbereichs bei konstanten Betriebsparametern arbeitet. Wenn dabei die Ladung, d. h. das zur Verbrennung gelangende Gemisch, zu fett eingestellt ist, erfolgen die aufeinanderfolgenden Ladungsverbrennungen in dem betreffenden Brennraum mit nur geringer Streuung des Verbrennungsablaufs und damit mit geringer Streuung des X-Wertes.

Wenn dagegen die Ladungszusammensetzung, d. h. das Gemisch, zu mager eingestellt ist, ergeben sich verhältnismäßig starke Streuungen der Abläufe aufeinanderfolgender Ladungsverbrennungen und damit des X-Wertes. Demzufolge gibt es bei diesem Betriebspunkt der Brennkraftmaschine einen Sollwert der Streuung des X-Wertes, bei welchem die Ladungszusammensetzung praktisch optimal bezüglich möglichst geringem spezifischem Kraftstoffverbrauch und/oder möglichst geringem Ausstoß schädlicher Abgasbestandteile ist. Wenn man an diesem Betriebspunkt der Maschine diesen Streuungs-Sollwert des X-Wertes durch Änderung der Ladungszusammensetzung regelt - also bei positiver Regelabweichung (zu fettes Gemisch) durch Verringerung des Kraftstoffanteils der zur Verbrennung gelangenden Ladung die Streuung des X-Wertes bis zum vorher ermittelten und eingestellten optimalen Streuungssollwert erhöht, bzw. wenn das Gemisch zu mager und damit die genannte Streuung zu groß ist, durch Erhöhung des Kraftstoffanteils die Streuung des X-Wertes bis zum Streuungs-Sollwert reduziert -, dann wird an diesem Betriebspunkt ständig auf ungefähr optimale Zusammensetzung der Ladung geregelt. Dies ist jedoch nicht nur für einen einzigen Betriebspunkt des Verbrennungsmotors möglich, sondern auch in einem großen Teillast-Betriebsbereich, oder im gesamten Teillastbereich des Verbrennungsmotors, ggf. auch noch bei Vollast und/oder im Leerlauf und/oder im Schiebebetrieb, sofern im Schiebebetrieb überhaupt noch Ladungsverbrennungen stattfinden. Dabei wird der Streuungs-Sollwert des X-Wertes in Abhängigkeit von mindestens einem Betriebsparameter der Brennkraftmaschine, z. B. Drehzahl und/oder Last und/oder Luftdruck und/oder Lufttemperatur und dergleichen, in vorbestimmter Weise verstellt, vorzugsweise gleitend in Abhängigkeit von dem oder den betreffenden Betriebsparametern geführt, um optimale Ergebnisse bei allen Betriebspunkten zu erreichen.

Die Verstellung der Ladungszusammensetzung in Abhängigkeit von der Regelabweichung der Streuung des X-Wertes kann auf unterschiedliche Weise erfolgen, bevorzugt durch Verstellung der Kraftstoffzufuhr und/oder der Frischluftzufuhr und/oder durch gesteuerte Abgasrückführung. So kann z. B. die Ladungszusammensetzung beim Einspritzen des Kraftstoffs zweckmäßig durch Verstellung der jeweiligen Einspritzmenge erfolgen, oder bei Vergasermaschinen durch Verstellungen im Vergaser, welche die Gemischzusammensetzungen beeinflussen. Da geeignete Mittel zum Verstellen der Ladungszusammensetzung an sich bekannt sind, bedürfen sie keiner weiteren Erläuterung.

Bei Brennkraftmaschinen mit mehreren Brennräumen, also bei Mehrzylinder-Brennkraftmaschinen, ist es im allgemeinen voll ausreichend, die Streuung des X-Wertes nur für einen einzigen Brennraum zu erfassen und die Ladungszusammensetzung für alle Brennräume hiermit zu beeinflussen. Es ist jedoch auch möglich, für jeden einzelnen Brennraum, oder für zwei oder mehr Gruppen von Brennräumen, gesondert die Ladungszusammensetzung zur Regelung der Streuung zu verstellen.

Die Regelung des Zündzeitpunkts mit dem ersten Regelkreis vermeidet es in vorteilhafter Weise, daß zur Einstellung besonders günstiger Zündzeitpunkte, welche optimale oder nahezu optimale Betriebsverhältnisse des Verbrennungsmotors ergeben, zahlreiche Parameter, die von Einfluß auf Verbrennungsablauf und den thermischen Wirkungsgrad sind, erfaßt und zur Einstellung des Zündzeitpunkts weiterverarbeitet werden müssen. Es genügt, die Ankunft der Flammenfront an der vorbestimmten Stelle eines Brennraums der Brennkraftmaschine zu erfassen und in der angegebenen Weise zu regeln. Dadurch werden bei der selbsttätigen Zündzeitpunktverstellung auch unkontrollierte Fremdeinflüsse mit berücksichtigt, z. B. Zusammensetzung des Kraftstoffs, Zusammensetzung der Verbrennungsluft, Temperatur des Verbrennungsraumes, Beeinflussung des Verbrennungsablaufs durch Ablagerung von Rückständen im betreffenden Verbrennungsraum, etc. Auch kann dieses Regelsystem sogar Betriebszustände, welche auf die Gefahr des Klopfens schon vor Eintreten des Klopfens oder auf Eintreten von Klopfen hindeuten, erfassen, so daß dem Klopfen oder der Klopfgefahr 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 erfaßt 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 Flammenfrontfühler auf die durch die Selbstzündung verursachte Flamme vor Ankunft der Flammenfront der von der Zündkerze verursachten Flamme ansprechen kann und im Falle dieses Ansprechens eine 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 erfaßt.

Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den im folgenden beschriebenen und in der Zeichnung dargestellten, in keiner Weise als Einschränkung der Erfindung zu verstehenden Ausführungsbeispielen, sowie aus den Unteransprüchen. Es zeigt

Fig. 1 eine fremdgezündete Brennkraftmaschine mit einem Regelsystem zum Regeln der Streuung des Y-Wertes, in Blockbilddarstellung,

Fig. 2 ein Diagramm eines Beispieles der Streuung von Streuungs-Ist-Werten des Y-Wertes um einen zu regelnden Streuungs-Sollwert,

Fig. 3 ein drehzahl- und lastabhängiges Kennfeld vorgebbarer Streuungs-Sollwerte des Y-Wertes,

Fig. 4 in schematischer Darstellung eine Draufsicht von unten auf den einen Verbrennungsraum einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine obenseitig begrenzenden Bereich des Zylinderkopfes, sowie schematisch ein Regelsystem zur Regelung der K-F-Koinzidenz,

Fig. 5 eine Draufsicht auf die drehfest mit der Nockenwelle rotierende Schlitzscheibe der Fig. 4,

Fig. 6 eine Variante der Schlitzscheibe nach Fig. 5,

Fig. 7 ein Ausführungsbeispiel einer Anordnung eines Flammenfrontfühlers, in geschnittener Darstellung,

Fig. 8 einen vergrößerten Ausschnitt aus Fig. 7,

Fig. 9 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Anordnung eines Flammenfrontfühlers, in geschnittener Darstellung, und

Fig. 10 eine Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Regelsystems zur K-F-Koinzidenz-Regelung, in Blockbilddarstellung.

In Fig. 1 ist mit 10 ein Zylinder einer fremdgezündeten Viertakt-Brennkraftmaschine schematisch im Schnitt dargestellt, wobei in der Wandung des Brennraums 11 ein Flammenfrontfühler 12 zum Fühlen der Ankunft der Flammenfront der von der Zündkerze 13 jeweils gezündeten Ladung angeordnet ist. Das Einlaßventil ist mit 16, das Ansaugrohr mit 17, das Auslaßventil mit 18, und das Auspuffrohr mit 19 bezeichnet, und der Kraftstoff wird in den Brennraum 11 mittels einer Einspritzvorrichtung 14 und einer Einspritzdüse 15 eingespritzt. Der Flammenfrontfühler 12 signalisiert die jeweilige Ankunft der Flammenfront der jeweils verbrennenden Ladung durch einen elektrischen Spannungsabfall, der durch den von der Flammenfront jeweils bewirkten Ionenstrom verursacht wird. Ferner wird mittels eines Fühlers 23 während jedes Verbrennungstaktes der Kurbelwinkel der Kurbelwelle 21 an der Kurbelscheibe 22 abgefühlt, und der Kurbelwinkel, bei welchem die jeweilige Ankunft der Flammenfront am Flammenfrontfühler 12 stattfindet, wird als Y-Wert in einen Speicher 25 eingegeben. Der Speicher 25 speichert beispielsweise die jeweils zuletzt abgefühlten beiden Y-Werte und gibt sie in ein Differenzglied 26 ein, welches den Absolutwert ihrer Differenz als Streuungs-Istwert bildet. Es ist ferner ein Sollwert-Einstellglied 27 vorhanden, das einen konstanten Streuungs-Sollwert, oder einen in Abhängigkeit von mindestens einem Betriebsparameter (z. B. gemäß Fig. 3) verstellbaren Streuungs-Sollwert, in ein Regelabweichungsglied 28 eingibt, welchem auch der Ausgang des Differenzgliedes 26 als Streuungs-Istwert eingegeben wird. Im Glied 28 wird die Differenz zwischen dem Streuungs-Sollwert und dem Streuungs-Istwert nach Größe und Vorzeichen gebildet und als Regelabweichung in einen Streuungsregler 29 eingegeben, dessen Ausgang die Einspritzvorrichtung 14 zur Verstellung der jeweils einzuspritzenden Kraftstoffmenge im Sinne einer Verkleinerung der Streuungs-Regelabweichung steuert. Wenn der Streuungs-Istwert kleiner als der Streuungs-Sollwert ist, bedeutet dies, daß die Ladung zuviel Kraftstoff enthält und es wird entsprechend die Kraftstoffmenge reduziert und wenn der Streuungs-Istwert größer als der Streuungs-Sollwert ist, enthält die Ladung zuwenig Kraftstoff und es wird entsprechend die Kraftstoffmenge vergrößert. Hierdurch findet eine ständige Regelung der Streuung des Y-Wertes auf den Streuungs-Sollwert statt, wie es im Diagramm gem. Fig. 2 an einem Beispiel dargestellt ist. Die Abszisse trägt eine fortlaufende Numerierung 1, 2, 3 ... n aufeinanderfolgend ermittelter Streuungs-Istwerte Δϕ und die Ordinate entspricht Δϕ = | Y _n - Y _n+1 | in Kurbelwinkeldifferenzen, wo Y _n der Y-Wert beim n-ten und Y _n+1 der Y-Wert beim (n+1)-ten Verbrennungstakt ist. Beispielsweise kann der momentan eingestellte Streuungs-Sollwert Δϕ _s 25° Kurbelwinkeldifferenz betragen. Wie zu sehen ist, wird die Ladungszusammensetzung jeweils so geändert, daß die Streuungs-Istwerte Δϕ um den Streuungs-Sollwert Δϕ _s pendeln. Hierdurch wird praktisch ständig optimale Ladungszusammensetzung bewirkt und den Streuungs-Sollwert Δϕ _s kann man jeweils so vorbestimmen, daß die Maschine mit praktisch minimalem spezifischen Kraftstoffverbrauch und/oder mit praktisch minimalen Schadstoff-Emissionswerten an dem jeweiligen Betriebspunkt läuft.

Anstatt die Einspritzmenge des Kraftstoffes zur Regelung der Streuung des Y-Wertes zu verstellen, kann auch vorgesehen sein, dies durch Steuerung einer in Fig. 1 strichpunktiert eingezeichneten Abgas-Rückführung mittels eines vom Ausgang des Reglers 29 verstellbaren Drosselventiles 30 vorzunehmen. In diesem Fall wird die Ladungszusammensetzung durch Verstellung des Volumenstromes des vom Abgaskanal 19 über die Leitung 31 in das Saugrohr 17 zurückgeführten Abgases bewirkt. Die Erhöhung der Abgasmenge vergrößert den Istwert der Streuung und Verringerung der rückgeführten Abgasmenge verkleinert diese Streuung, so daß man den jeweiligen Streuungs-Sollwert ebenfalls regeln kann.

Die Messung des Y-Wertes kann auf unterschiedliche Weise erfolgen. Beispielsweise kann die Kurbelscheibe 22 ein Zahnsegment tragen, wobei jeder Zahn bei seinem Vorbeigang am Fühler 23 während des Verbrennungstaktes einen Impuls auslöst und diese Impulse werden in einem Zähler bspw. beginnend ab 10° Kurbelwinkel vor oberem Totpunkt des Kolbens 24 bis zur Ankunft der Flammenfront am Fühler 12 gezählt und anschließend wird der Inhalt des Zählers unter gleichzeitiger Rückstellung des Zählers auf Null in den Speicher 25 eingelesen. Wenn, wie oben als Beispiel beschrieben, im Speicher 25 die jeweils beiden letzten Y-Werte gespeichert sind, befinden sich dann nunmehr in ihm Y _n-1 und Y _n und im Differenzglied 26 wird aus ihnen der momentane Streuungs-Istwert als Differenz Δϕ = | Y _n - Y _n-1 | gebildet und es kann dann im Glied 28 aus ihm und dem momentanen Streuungs-Sollwert die momentane Regelabweichung gebildet werden. Danach wird beim nächsten Verbrennungstakt der während ihm gezählte Y _n+1-Wert in den Speicher 25 eingelesen und im Differenzglied 26 die neue Differenz Δϕ = | Y _n+1 - Y _n | als neuer Streuungs-Istwert gebildet und dieser in das Glied 28 zur Bildung der neuen Regelabweichung eingelesen. Dies wird in dem betreffenden Betriebsbereich fortlaufend wiederholt und so fortlaufend die Streuung der Y-Werte auf den Streuungs-Sollwert geregelt.

Meistens ist es zweckmäßig, nicht mit einem konstanten Streuungs-Sollwert zu arbeiten, sondern den Streuungs-Sollwert in Abhängigkeit mindestens eines Betriebsparameters gleitend zu verstellen. Ein Beispiel hierfür ist im Diagramm nach Fig. 3 dargestellt. Hier wird der Streuungs-Sollwert Δϕ _s gemäß einem an der betreffenden Brennkraftmaschine experimentell ermittelten Kennfeld in Abhängigkeit der Drehzahl U/min der Brennkraftmaschine und ihres mittleren effektiven Arbeitsdruckes R _eff selbsttätig verstellt, vorzugsweise stetig verstellt. Jede geschlossene Kurve der Fig. 3 entspricht dabei einem konstanten Streuungs-Sollwert. Der Streuungs-Sollwert kann dabei wiederum dem Sollwert der Streuung zweier aufeinanderfolgender Y-Werte entsprechen.

In dem Diagramm nach Fig. 3 können beispielsweise die Streuungs-Sollwertkurven folgenden Kurbelwinkel- Streuungs-Sollwerten entsprechen:

Δϕ _S1 = 15°, Δϕ _S2 = 20°, Δϕ _S3 = 25°, Δϕ _S4 = 30°.

Es kann ferner vorgesehen sein, daß die Ladungszusammensetzung bei jeder neuen Regelabweichung unabhängig von deren Größe oder in Abhängigkeit von deren Größe geändert wird. Oder daß nur dann die Ladungszusammensetzung geändert wird, wenn der Absolutwert der Regelabweichung einen Mindestwert überschreitet und/oder wenn die jeweils letzten beiden Regelabweichungen dasselbe Vorzeichen hatten, also entweder negativ oder positiv waren. Dabei kann man dann auch vorsehen, die Ladungszusammensetzung um so stärker zu ändern, je öfter die Regelabweichungen hintereinander dasselbe Vorzeichen haben.

Anstatt die Streuung aus den jeweils letzten beiden Y-Werten zu bilden, kann auch vorgesehen sein, daß sie einer anderen geeigneten Streuung entsprechen, beispielsweise einem Mittelwert aus mehreren aufeinanderfolgenden Streuungs-Istwerten, wobei jeder Streuungs-Istwert aus zwei aufeinanderfolgenden Y-Werten oder aus mehr als zwei aufeinanderfolgenden Streuungs-Istwerten gebildet ist. Die Streuung kann beispielsweise auch aus den jeweils letzten j-Werten für Y nach den Regeln der Fehlerrechnung gebildet werden. Wenn aus den Y-Meßwerten ein arithmetisches Mittel gebildet wird, so kann die Streuung das quadratische Mittel der Einzelabweichungen vom arithmetischen Mittel sein, vergl. dtv-Lexikon der Physik, Band 9, 1969/71, Seite 25. j ist eine ganze Zahl und kann zweckmäßig niedrig vorgesehen werden, beispielsweise j = 3 oder j = 4.

Im folgenden werden an Beispielen bevorzugte Regelsysteme zur Regelung der K-F-Koinzidenz beschrieben, die u. a. den Flammenfrontfühler 12 gemäß Fig. 1 und den Sensor 23 zur Erfassung des Kurbelwellenwinkels gemäß Fig. 1, sowie die entsprechenden Signalverstärker, ebenfalls verwenden können, so daß durch Einsparung dieser Teile die Betriebssicherheit erhöht und der Platzbedarf an der Brennkraftmaschine verringert wird.

Der in Fig. 4 dargestellte Zylinderkopf 110 weist ein Einlaßventil 111, ein Auslaßventil 112 und eine Zündkerze 113 auf. Der Kolben dieses Zylinders ist nicht dargestellt. Die dem Kolben zugeordnete, ebenfalls nicht dargestellte Kurbelwelle treibt eine der Steuerung der Ventile 111, 112 dienende Nockenwelle 114 an, mit der eine Schlitzscheibe 115 drehfest verbunden ist, welche in unterschiedlichen radialen Abständen zwei kreisbogenförmige Schlitze 116, 117 aufweist, deren Krümmungsmittelpunkte in die Drehachse der Schlitzscheibe 115 fallen, die jedoch unterschiedlich große Abstände von dieser Drehachse haben. In die Wandung des Zylinderkopfs 110 ist ferner ein in den Verbrennungsraum ungefähr diametral gegenüber der Zündkerze 113 ein kurzes Stück hineinragender Flammenfrontfühler 120 angeordnet, der derselbe Flammenfrontfühler sein kann wie der Flammenfrontfühler 12 der Fig. 1, und der zwei in geringem Abstand voneinander frei endende Metallelektroden 121 aufweist, welche die F-Stelle bestimmen und einen sie gegeneinander isolierenden, in den Zylinderkopf eingeschraubten Keramikisolator 122 durchdringen. Dieser Flammenfrontfühler 120 ist nahe dem Einlaßventil 111 angeordnet und über einen Widerstand 118 an eine Gleichspannungsquelle 124 angeschlossen. Der Widerstand 118 ist an einen Verstärker 125 angeschlossen. Der Ausgang des Verstärkers 125 ist über eine Schwellwertstufe 126 an eine Impulsformerstufe 127 angeschlossen. Nur wenn der den Widerstand 118 durchfließende Strom einen vorbestimmten Wert übersteigt, läßt die Schwellwertstufe 126 das Ausgangssignal des Verstärkers 125 zu der Impulsformerstufe 127 durch. Letztere liefert im Gefolge jeder Ansteuerung durch die Schwellwertstufe 126 einen Impuls konstanter Höhe, der einen Schalter 129 zum gemeinsamen Ein- und Ausschalten einer ersten und einer zweiten Lichtquelle 130 bzw. 131, z. B. je einer Leuchtdiode, betätigt.

Die Lichtquelle 130 kann durch den Schlitz 116 hindurch einen fotosensitiven Fühler 134 beleuchten, und die Lichtquelle 131 kann durch den Schlitz 117 einen fotosensitiven Fühler 135 beleuchten. Der Schlitz 116 endet ungefähr an einer geometrischen Radiuslinie 132 der Scheibe 115, an welcher der Schlitz 117 beginnt, bezogen auf die Drehrichtung der Scheibe 115.

Die fotosensitiven Fühler 134, 135 sind über die Signalverstärker- und Signalformerstufen 140, 141 an einen Stellmotor 142, beispielsweise an einen pneumatischen oder elektrischen Stellmotor zum schrittweisen Verstellen eines die Zündkerze 113 mit Zündspannung beaufschlagenden und einen Zündversteller zum Verstellen des Zündzeitpunktes aufweisenden Zündverteilers 143 angeschlossen. Der Stellmotor 142 kann den Zündzeitpunkt des Zündverteilers 143 stufenweise in kleinen Schritten verstellen, wobei immer dann, wenn der Fühler 134 erregt wird, der Zündzeitpunkt um einen kleinen Schritt auf "früher" verstellt wird, wogegen jedesmal dann, wenn der Fühler 135 erregt wird, der Zündzeitpunkt des Zündverteilers 143 um einen entsprechenden kleinen Schritt auf "später" durch den Stellmotor 142 verstellt wird. Bei jeder einzelnen einem Arbeitsspiel dieses Zylinders entsprechenden Umdrehung der Schlitzscheibe 115 findet eine solche Verstellung des Zündzeitpunktes des Zündverteilers 143 um einen vorbestimmten kleinen Schritt statt, der beispielsweise einem Kurbelwinkel (Kurbelwellendrehwinkel) von 1-2° entsprechen kann. In diesem Ausführungsbeispiel kann der Zündzeitpunkt des Zündverteilers 143 bereits durch Fliehkraftverstellung der momentanen Drehzahl der Brennkraftmaschine grob angepaßt sein, und der Stellmotor 142 überlagert dann dieser Fliehkraftverstellung eine der Regelung der K-F-Koinzidenz dienende Feinverstellung des Zündzeitpunktes. Der Zündverteiler 143 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 110 aufweist, unmittelbar geregelt. Falls weitere Zylinder vorhanden sind, benötigen diese hier keine Flammenfrontfühler, sondern ihre Zündzeitpunkte werden durch den Zündverteiler 143 mitverstellt.

Die in Fig. 4 dargestellte Einrichtung regelt die K-F-Koinzidenz in der Weise, daß der Zündzeitpunkt der Zündkerze 113 (die mit der Kerze 13 der Fig. 1 identisch sein kann) mittels des Stellmotors 142 über den Zündverteiler 143 fortlaufend so verstellt wird, daß die Flammenfront der im Verbrennungsraum verbrennenden, durch die Zündkerze 113 gezündeten Ladung den Flammenfrontfühler 120 immer ungefähr dann erreicht, wenn die Radiuslinie 132 der Scheibe 115 unter den beiden in Fig. 5 strichpunktiert angedeuteten Lichtquellen 130, 131 durchgeht. Diese beiden Lichtquellen 130, 131 sind in ihrer Lage so eingestellt, daß dieser Durchgang der Radiuslinie 132 unter diesen Lichtquellen 130, 131 dann stattfindet, wenn der Kolben dieses den Zylinderkopf 110 aufweisenden Zylinders beim Verbrennungstakt von seinem oberen Totpunkt aus eine vorbestimmte Strecke (K-Strecke) durchlaufen hat. Der Endpunkt dieser K-Strecke kann beispielsweise einem Kurbelwinkel von 18° (bezogen auf den O.T. des Kolbens) entsprechen. Dies ist selbstverständlich nur ein Beispiel, und es kommen je nach der Geometrie des Brennraums und der Anordnung des Flammenfrontfühlers 120 und der sonstigen Einflußgrößen auch andere Werte für die K-Strecke in Frage. Um die K-Strecke einstellen zu können, sind die beiden Lichtquellen 130, 131 an einem um eine zur Drehachse der Scheibe 115 koaxiale Schwenkachse schwenkbaren Träger 139 angeordnet, dessen Winkelstellung von Hand oder selbsttätig in Abhängigkeit mindestens eines Parameters der Brennkraftmaschine und/oder der Ladung verstellbar ist, vorzugsweise in Abhängigkeit von der Stellung ihrer Leistungssteuervorrichtung (z. B. Drosselklappenstellung), des Saugrohrunterdruckes, des mittleren effektiven Arbeitsdrucks der Brennkraftmaschine, ihrer Drehzahl, oder dergleichen.

Wenn die Flammenfront der jeweils im Verbrennungsraum verbrennenden Ladung die Elektrodenstrecke des Flammenfrontfühlers 120 erreicht, verursacht die an den Elektroden 121 liegende Spannung einen Ionenstrom solcher Größe, daß der Verstärker 125 ein den Schwellwert der Schwellwertstufe 126 übersteigendes Ausgangssignal liefert, das in dem Impulsformer 127 zu einem Impuls umgeformt wird, welcher den elektrischen, vorzugsweise elektronischen Schalter 129 zum Einschalten der Lichtquellen 130, 131 aktiviert. Wenn zu diesem Zeitpunkt der Kolben das Ende der K-Strecke noch nicht erreicht hat, befindet sich noch der Schlitz 117 unterhalb der Lichtquelle 131, die folglich den zugeordneten Fühler 135 beaufschlagt, und hierdurch wird über den Verstärker 141 und den Stellmotor 142 Verstellung des Zündzeitpunkts des Zündverteilers 143 um einen Schritt auf "später" bewirkt. In diesem Fall kam nämlich die Flammenfront zu früh am Flammenfrontfühler 120 an, so daß zur Regelung der K-F-Koinzidenz eine geringe Verstellung des Zündzeitpunkts in Richtung "später" vorgenommen wird. Das Ausgangssignal des Verstärkers 141 schaltet ferner den Schalter 129 über die eine Gleichrichterdiode 144 aufweisende Leitung 146 wieder aus, so daß die Lichtquellen 130, 131 ausgeschaltet werden und während dieses Arbeitsspieles keine weitere Verstellung des Zündverteilers 143 mehr stattfinden kann.

Falls sich beim nächsten Arbeitsspiel derselbe beschriebene Vorgang wiederholt, wird der Zündzeitpunkt des Zündverteilers 143 um einen weiteren Schritt in Richtung "später" verstellt. Wenn dagegen die Flammenfront erst dann am Flammenfrontfühler 120 ankommt, wenn der Schlitz 116 unter der Lichtquelle 130 angekommen ist, wird nunmehr durch das durch den Flammenfrontfühler 120 bewirkte Einschalten der Lichtquellen 130, 131 nur der Fühler 134 durch die Lichtquelle 130 beleuchtet. Dieser löst dann über den Verstärker 140 und den Stellmotor 142 die Verstellung des Zündzeitpunktes des Zündverteilers 143 um einen Schritt in Richtung "früher" aus. Auch dieser vom Verstärker 140 gelieferte Impuls bewirkt über die die Diode 144′ aufweisende Leitung 146 Ausschalten des Schalters 129 und damit Abschalten der Lichtquelle 130, 131 für dieses Arbeitsspiel.

Dieser "K-F-Koinzidenz-Regler" bewirkt also bei jedem Arbeitsspiel des betreffenden Zylinders eine Verstellung des Zündzeitpunktes des Zündverteilers 143 um einen vorbestimmten kleinen Schritt in Richtung "früher" oder "später". Dieser Regler 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 129 ausgelöst wird.

Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, daß man die Schlitzscheibe 115 mit einem dritten Schlitz oder Loch vorsieht und diesem noch eine dritte Lichtquelle und einen dritten fotosensitiven Fühler zuordnet, welcher dritte Fühler, wenn er beleuchtet wird, ein Ausschalten des Schalters 129 bewirkt, ohne daß damit eine Verstellung des Zündverteilers 143 verbunden ist. Eine derart gestaltete Schlitzscheibe 115′ ist in Fig. 6 dargestellt. Durch deren drittes Loch 147 geht die Radiuslinie 132 mittig hindurch, und die beiden Schlitze 116, 117 sind hier in Umfangsrichtung der Scheibe 115′ so zueinander winkelversetzt, daß sie abseits der Lichtquellen 130, 131 sind, wenn die dritte Lichtquelle den dritten fotosensitiven Fühler durch das Loch 147 hindurch beleuchtet.

Wenn sich also zum Zeitpunkt der Ankunft der Flammenfront an dem Flammenfrontfühler 120 dieses Loch 147 unter der dritten Lichtquelle befindet, so wird der Schalter 129 sofort ausgeschaltet, ohne daß der Stellmotor 142 betätigt wurde. Es findet dann also bei diesem Arbeitsspiel keine Verstellung des Zündzeitpunktes durch den Flammenfrontfühler 120 statt. Dagegen findet Verstellung des Zündzeitpunktes dann statt, wenn beim Einschalten des Schalters 129 die Lichtquelle 130 oder die Lichtquelle 131 den zugeordneten Fühler 134 bzw. 135 erregt.

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 143 kann z. B. einem in Buschmann/Kößler "Taschenbuch für den Kraftfahrzeugingenieur", Deutsche Verlags-Anstalt, Stuttgart, 7. Auflage, Seite 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 142 zur Regelung der K-F-Koinzidenz verschwenkt werden kann, so daß das vorgegebene, die Parameter Motordrehzahl und Saugrohrunterdruck aufweisende Zündzeitpunkt-Kennfeld die Grobverstellung, die K-F-Koinzidenz-Regelung dagegen die Feinverstellung des Zündzeitpunktes bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 vornimmt.

Bei modernen elektronischen, beispielsweise digitalen Zündverstellern 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. 7 und 8 ist ein Ausführungsbeispiel eines Flammenfrontfühlers 120 und seine Anordnung in der Umfangswandung 152 des betreffenden Verbrennungsraumes im Längsschnitt dargestellt. Der Fühler 120 dient dem Erfassen eines durch die ankommende Flammenfront in Verbindung mit einer an die beiden Metallelektroden 150, 151 angelegten Gleichspannung ausgelösten Ionenstromes. Die Mittelelektrode 150 liegt an der Gleichspannung, und die Elektrode 151 liegt an Masse. Die Elektrode 150 ist mittels eines Isolierrohres 153 elektrisch gegen die Elektrode 151 isoliert. Beide Elektroden 150, 151 stehen über die Wandung 152 in den Verbrennungsraum einige Millimeter vor, so daß diese Elektroden relativ hohe Betriebstemperaturen annehmen, welche die Gefahr der Selbstzündung der Ladung etwas erhöhen, so daß eine Klopfen bewirkende Selbstzündung der Ladung jeweils durch eine oder beide Elektroden 150, 151 ausgelöst werden kann. Im Falle jeder solchen Selbstzündung tritt der durch sie ausgelöste Ionenstrom des Fühlers 120 früher auf, als er durch die Ankunft der Flammenfront der von der Zündkerze 113 gezündeten Flamme ausgelöst werden kann, mit der Folge, daß bei Klopfen die in Fig. 4 dargestellte K-F-Koinzidenz-Regelvorrichtung vom Flammenfrontfühler 120 zu frühe Zündung signalisiert bekommt und selbsttätig mittels des Stellmotors 142 den Zündzeitpunkt des Zündverteilers 143 auf später verstellt, so daß der Zündzeitpunkt sehr rasch so lange auf später verstellt wird, bis hierdurch das Klopfen beendet wird.

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", und so weiter, bis die Brennkraftmaschine wieder in Betriebszustände gelangt, in welchen keine Klopfgefahr mehr besteht, und es findet dann wieder eine normale Regelung der K-F-Koinzidenz statt, bei welcher die Ladungen stets nur von der Zündkerze 113 gezündet werden, bis wieder ein abnormaler Betriebszustand auftritt, bei dem Klopfgefahr vorliegt.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 9 hat der Flammenfrontfühler 120 eine metallische Mittelektrode 150′, welche als gerader Stift ausgebildet und durch ein Isolierrohr 153 gegen den in die Wandung 152 eingesetzten Mantel 154 des Flammenfrontfühlers 120 isoliert ist. Die Elektrode 150′ ist in einer rotationssymmetrischen Vertiefung 155 von vorzugsweise 3-5 mm Durchmesser der Wandung 152 des Verbrennungsraumes versenkt angeordnet, und die Masseelektrode ist hier durch die Wandung 152 selbst gebildet.

In den Ausführungsbeispiele nach den Fig. 7-9 ragt das Isolierrohr 153 jeweils ein Stück in den Verbrennungsraum frei hinein, so daß der der Flamme ausgesetzte, freie Endbereich dieses Isolierrohres Selbstreinigungstemperatur erreichen kann. Für die Elektrodenspannung genügen dann bereits Werte von ungefähr 12 Volt. Auch sind diese Flammenfrontfühler 120 so ausgebildet, daß die Betriebstemperaturen ihrer Elektroden 150, 151 bzw. 150′ so hoch sind, daß sie bei Klopfgefahr die Selbstentzündung der Ladung auslösen können. Hierzu kann man zweckmäßig vorsehen, daß die Temperatur mindestens einer der Elektroden 150, 151 bzw. der Elektrode 150′ bei Vollastbetrieb der Brennkraftmaschine im Bereich von etwa 400° bis 800° C liegt, vorzugsweise etwa im Bereich von etwa 600 bis 700° C.

Die Abkröpfung der Mittelelektrode 150 des in Fig. 8 dargestellten Flammenfrontfühlers 120 hat den Zweck, ihren Abstand von der Elektrode 151 zu vergrößern, um den Flammenzutritt zu der durch die beiden Elektroden 150, 151 gebildeten Ionenstrecke zu erleichtern. Die Länge der Ionenstrecke kann z. B. 0,6-1 mm betragen.

Fig. 10 zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines elektronischen K-F-Koinzidenz-Regelsystems nach der Erfindung. Dieses arbeitet mit einem an der Kurbelwelle befestigten Zahnrad 60 zusammen. Gegenüber dem Umfang dieses Zahnrades 60 ist ein erster, beispielsweise induktiver Fühler 63 angeordnet, der im Gefolge des Vorbeiganges jedes einzelnen Zahnes des Zahnrades 60 je einen Zählimpuls auslöst. Diese Impulse können in den beiden Zählern 61, 62 parallel gezählt werden. 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 Spannungsimpulses 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 120 aufweisenden Verbrennungsraumes 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, welcher 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 66 relativ zum Zahnrad 60 gibt also die Länge der K-Strecke an. Somit läßt sich die Länge der K-Strecke durch Verstellung dieses Gebers 66 verändern.

Die Zählung der vom Fühler 63 gelieferten Zählimpulse durch den zweiten Zähler 62 wird während des jeweiligen Verbrennungstaktes durch das vom Flammenfrontfühler 120 bei Ankunft der Flammenfront an ihn 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 Ausgabe der Zählinhalte der beiden Zähler 61, 62 in einen Komparator 68 auslöst und die Zähler 61, 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 ein, der beispielsweise ein Ringzähler sein kann, und der den Inhalt einer vorbestimmten Anzahl der vom Komparator 68 gelieferten Differenzwerte nach Vorzeichen und Größe speichert und mittelt, beispielsweise den Mittelwert der Differenzwerte, die während der jeweils letzten 3 aufeinanderfolgenden Verbrennungstakte des betreffenden Zylinders gemessen wurden.

Die vom Komparator 68 gelieferten Meßwerte können ggf. 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 120 von der K-F-Koinzidenz und wird direkt, oder nach geeigneter weiterer Verarbeitung, dem Stellmotor 142 zur Verstellung des Zündzeitpunktes zwecks Regelung der K-F-Koinzidenz zugeliefert.

Da das vom Mittelwertbildner 69 gelieferte Ausgangssignal 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 größer 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 Flammenfront am Flammenfrontfühler 120 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. Läßt man den Mittelwertbildner 69 in Fig. 10 weg, was ebenfalls möglich ist, so 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 120 von der K-F-Koinzidenz ist. Solche zufälligen Schwankungen der Ankunft der Flammenfront am Flammenfrontfühler bei konstanten Betriebsbedingungen können insbesondere bei ungünstiger Ausbildung des Verbrennungsraumes auftreten.

Um den Einfluß solcher zufälligen Schwankungen zu reduzieren, können auch andere Maßnahmen zusätzlich oder allein vorgesehen werden. So kann in vielen Fällen zweckmäßig vorgesehen werden, daß eine Zündzeitpunktverstellung 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 während jeweils zwei aufeinanderfolgenden Messungen. Dies kann z. B. durch folgende Abwandlung der Regelvorrichtung nach Fig. 10 erfolgen. Anstelle des Mittelwertsbildners 69 wird - wie strichpunktiert dargestellt - ein UND-Glied 70 eingefügt, und an den Komparator 68 wird 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 nur dann das UND-Glied 70 öffnet, wenn die in ihm jeweils gespeicherten Vorzeichen gleich sind, wobei m beispielsweise 2 oder 3 sein kann. Solange die im Glied 71 gespeicherten Vorzeichen also ungleich sind, erfolgt keine Verstellung des Zündzeitpunktes durch die K-F-Koinzidenzregelvorrichtung. Man kann auch vorsehen, den Mittelwertbildner 69 beizubehalten und das UND-Glied 70 seinem Ausgang nachzuschalten, so daß das UND-Glied 70 die Ausgabe des Mittelwertes mittels des Gliedes 71 sperrt und freigibt.

Anstatt die Länge der K-Strecke durch Verstellen des Gebers 66 (Fig. 10) oder durch Drehen der Scheibe 39 (Fig. 4) zu verstellen, kann auch vorgesehen sein, sie dadurch zu verstellen, daß die Stellmittel ein das die Ankunft der Flammenfront am Flammenfrontfühler 120 signalisierende Signal zeitverzögernd weiterleitendes Zeitverzögerungsglied zur Verstellung der Länge der K-Strecke aufweisen. Ein solches Zeitverzögerungsglied 73 ist in Fig. 4 strichpunktiert eingezeichnet. Seine Zeitverzögerung ist Dt/n, wobei Dt eine stetig oder stufenweise, von Hand oder selbsttätig in Abhängigkeit von mindestens einem Betriebsparameter der Brennkraftmaschine verstellbare Zeitspanne und n die Drehzahl der Brennkraftmaschine ist. Je größer Dt/n ist, um so länger ist die K-Strecke.

Damit der Flammenfrontfühler 120 durch Selbstzündung verursachtes Klopfen möglichst sofort bei Klopfbeginn erfaßt, kann gemäß einer bevorzugten Ausführungsform erfindungsgemäß vorgesehen sein, daß der Flammenfrontfühler weit entfernt vom Auslaßventil 112 und nahe der vom Auslaßventil 112 abgewandten Umfangshälfte des Ventiltellers des Einlaßventils 111 angeordnet ist. Eine solche Anordnung des Flammenfrontfühlers 120 ist in Fig. 4 bei 120′ strichpunktiert eingezeichnet, und zwar befindet sich hierdurch der Flammenfrontfühler 120′ in einem "relativ kalten" Bereich des Brennraumes, in welchem Klopfen normalerweise bevorzugt einsetzt.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 10 kann für den Flammenfrontfühler 120 der Flammenfrontfühler 12 der Fig. 1 eingesetzt werden. Ebenso kann dort anstelle eines der Kurbelwinkelsensoren 65, 66 der Kurbelwinkelsensor 23 der Fig. 1 zusammen mit dem Verstärker 25 verwendet werden. Die Zündkerze 13 der Fig. 1 entspricht der Zündkerze 113 der Fig. 4, und die Ventile 16, 18 der Fig. 1 entsprechen den Ventilen 111, 112 der Fig. 4. Man bekommt auf diese Weise ein sehr sensorarmes Gesamtsystem bei optimaler Funktion und Betriebssicherheit.

Claims (25)

1. Verfahren zur Verbrennungsablaufverstellung und zur Beeinflussung der in einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine zu verbrennenden Ladungen die aus Sauerstoff enthaltendem Gas und Kraftstoff bestehen, wobei in mindestens einem Betriebsbereich der Brennkraftmaschine derjenige Kurbelwinkel oder eine andere, mit der Stellung eines Kolbens der Brennkraftmaschine in dessen Zylinder zusammenhängende Größe, nachfolgend X-Wert genannt, erfaßt wird, bei welchem X-Wert im Brennraum oder mindestens einem der Brennräume der Brennkraftmaschine ein durch die dort ablaufende Ladungsverbrennung verursachter Vorgang einen vorbestimmten Zustand erreicht hat, und in einem ersten Regelkreis der Zündzeitpunkt der Ladung im Brennraum in mindestens einem Betriebsbereich der Brennkraftmaschine selbsttätig fortlaufend so verstellt wird, daß dieser X-Wert jeweils auf einen vorbestimmten Wert geregelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß in mindestens einem Betriebsbereich der Brennkraftmaschine zusätzlich die bei nacheinander stattfindenden Ladungsverbrennungen sich ergebende Streuung dieser X-Werte in einem zweiten Regelkreis durch Verstellung der Ladungszusammensetzung fortlaufend auf einen vorbestimmten Streuungs-Sollwert geregelt wird, welcher eine Funktion mindestens eines Betriebsparameters der fremdgezündeten Brennkraftmaschine ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Streuung des X-Wertes und/oder der X-Wert selbst jeweils auf einen Sollwert geregelt wird, der eine Funktion der Last und/oder der Drehzahl der Brennkraftmaschine ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als X-Wert derjenige Kurbelwinkel - oder eine andere mit der Stellung eines Kolbens der Brennkraftmaschine in dessen Zylinder zusammenhängende Größe - erfaßt wird, der der Ankunft der Flammenfront der in einem Zylinder verbrennenden Ladung an einer bestimmten Stelle des betreffenden Brennraums, oder dem Auftreten des Druckmaximums in diesem Brennraum während der Ladungsverbrennung, oder dem Auftreten des Maximums der Leuchtintensität der in diesem Brennraum verbrennenden Ladung, entspricht.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ankunft der Flammenfront an einer Stelle erfaßt wird, an der bei normalem Verbrennungsablauf die Flammenfront erst nach dem oberen Totpunkt des diesem Zylinder zugeordneten Kolbens ankommt.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ankunft der Flammenfront an einer Stelle erfaßt wird, an der bei normalem Verbrennungsablauf die Flammenfront erst ankommt, wenn mindestens 50 bis 90% der Ladung in diesem Zylinder verbrannt sind.

6. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 3-5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ankunft der Flammenfront an einer Stelle erfaßt wird, an welcher Klopfen normalerweise bevorzugt einsetzt.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ankunft der Flammenfront an einer Stelle erfaßt wird, welche entfernt vom Auslaßventil und nahe der vom Auslaßventil abgewandten Umfangshälfte des Ventiltellers des Einlaßventils liegt.

8. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenz zwischen zwei kurz nacheinander auftretenden, vorzugsweise unmittelbar aufeinanderfolgenden X-Werten als Streuungs-Istwert verwendet wird.

9. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß aus einer Folge von mehr als zwei X-Werten ein Streuungs-Istwert gebildet wird.

10. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils aus mindestens zwei aufeinanderfolgenden X-Werten ein Streuungs-Istwert gebildet wird, und daß zur Ermittlung der für den Regelvorgang verwendeten Regelabweichung ein Mittelwert aus mehreren solcher aufeinanderfolgender Streuungs-Istwerte gebildet wird.

11. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils mehrere Regelabweichungswerte gebildet und gespeichert werden, und daß ein Reglereingriff nur vorgenommen wird, wenn die gespeicherten Regelabweichungswerte ihr Vorzeichen während einer vorbestimmten Anzahl aufeinanderfolgender Messungen nicht ändern.

12. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelung der Streuung der X-Werte im zweiten Regelkreis auf einen vorgegebenen Sollwert als Feinverstellung einer herkömmlichen Grobverstellung der Ladungszusammensetzung überlagert wird.

13. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelung des X-Wertes im ersten Regelkreis auf einen vorgegebenen Sollwert als Feinverstellung einer herkömmlichen Grobverstellung der Zündeinstellung überlagert wird.

14. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Regelung des X-Wertes im ersten Regelkreis aus mehreren jeweils bei der Ankunft der Flammenfront aufeinanderfolgend gespeicherten Signalwerten ein Mittelwert gebildet wird, und daß die fortlaufende Verstellung des Zündungszeitpunkts in Abhängigkeit dieses Mittelwerts erfolgt.

15. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelung der Streuung des X-Wertes bei Vollast der Brennkraftmaschine und/oder in einem Bereich niedriger Teillasten und/oder im Leerlauf außer Wirkung gesetzt wird.

16. Brennkraftmaschine zur Durchführung des Verfahrens nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erfassung der Flammenfront in dem zu messenden Zylinder ein Fühler (12; 120, 120′) vorgesehen ist.

17. Brennkraftmaschine nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Fühler (12; 120, 120′) als Flammenfrontfühler ausgebildet ist.

18. Brennkraftmaschine nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Flammenfrontfühler (12; 120, 120′) eine elektrisch isolierte Elektrode (150, 150′) aufweist, welche so ausgelegt ist, daß sie bei Vollastbetrieb der Brennkraftmaschine eine Temperatur im Bereich von etwa 400-800° C und bevorzugt von etwa 600 bis 700° C annimmt.

19. Brennkraftmaschine nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Fühler als Temperaturfühler geringer Wärmeträgheit ausgebildet ist.

20. Brennkraftmaschine nach mindestens einem der Ansprüche 16-19, dadurch gekennzeichnet, daß der Fühler (12; 120, 120′) zur Erfassung der Flammenfront im Brennraumbereich des zu messenden Zylinders so angeordnet ist, daß die Flammenfront der durch die Zündung verbrennenden Ladung diesen Fühler erst erreicht, wenn der überwiegende Teil der Ladung verbrannt ist.

21. Brennkraftmaschine nach mindestens einem der Ansprüche 16-20, dadurch gekennzeichnet, daß der Fühler (12; 120, 120′) im Brennraumbereich des zu messenden Zylinders so angeordnet ist, daß die Flammenfront der Flamme der durch die Zündung verbrennenden Ladung diesen Fühler erst nach dem oberen Totpunkt des Verbrennungstaktes erreicht.

22. Brennkraftmaschine nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Fühler (12; 120, 120′) an einer Stelle des Brennraumbereichs angeordnet ist, an der die Flammenfront erst ankommt, wenn mindestens 50-90% der jeweiligen Ladung verbrannt sind.

23. Brennkraftmaschine nach mindestens einem der Ansprüche 16-22, dadurch gekennzeichnet, daß der Fühler (120′) an einer Stelle des Brennraums angeordnet ist, an der Klopfen normalerweise bevorzugt einsetzt.

24. Brennkraftmaschine nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß der Fühler (120′) an einer Stelle angeordnet ist, welche entfernt vom Auslaßventil (112) und nahe der vom Auslaßventil (112) abgewandten Umfangshälfte des Ventiltellers des Einlaßventils (111) liegt.

25. Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern, nach mindestens einem der Ansprüche 16-24, dadurch gekennzeichnet, daß ein Fühler (12; 120, 120′) für die Erfassung der Flammenfront in mindestens einem dieser Zylinder vorgesehen ist.