DE3519028A1

DE3519028A1 - Einrichtung zum erfassen von druckschwankungen im brennraum einer brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE3519028A1
Application number: DE19853519028
Authority: DE
Inventors: Heinz Dipl.-Ing.(FH) 7120 Bietigheim-Bissingen Britsch; Winfried Dipl.-Ing. 7140 Ludwigsburg Moser
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1985-05-25
Filing date: 1985-05-25
Publication date: 1986-11-27
Anticipated expiration: 2005-05-26
Also published as: JPH0676942B2; GB2175703B; JPS61272626A; GB2175703A; DE3519028C2; US4665737A; GB8609916D0

Description

R. 2ΌΟ3 5

23.il·. 1 985 Sf/Pi

ROBERT BOSCH GMBH, TOOO STUTTGART 1

Einrichtung zum Erfassen von Druckschwankungen im Brennraum einer Brennkraftmaschine -

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Einrichtung zum Erfassen von Druckschwankungen im Brennraum einer Brennkraftmaschine nach der Gattung des Hauptanspruchs. Es ist bekannt, Druckschwankungen im Brennraum einer Brennkraftmaschine mit sogenannten Ionenstromsonden zu erfassen. Dabei wird von der Tatsache Gebrauch gemacht, daß während einer Verbrennung von Kohlenwasserstoffen elektrisch geladene Moleküle und Atome, d.h. Ionen sowie freie Elektronen, entstehen. Wird nun an eine im Brennraum befindliehe Anordnung mit zwei Elektroden eine Meßspannung angelegt, so fließt ein Ionenstrom, der von der Ionenkonzentration abhängig ist. Dieser Ionenstrom wird erfaßt und ist ein Maß für den im Brennraum ablaufenden Verbrennungsvorgang. Es ist bekannt, das Ionenstromsignal zum Erkennen des Klopfens in Brennkraftmaschinen heranzuziehen. Dazu sind aber komplizierte Auswerteschaltungen notwendig. Unter Klopfen versteht man druckwellenförmig auftretende Schwingungen des Gasgemisches im Brennraum einer Brennkraftmaschine während der Verbrennung, hervorgerufen durch beschleunigte chemische Reaktion

des zum Zeitpunkt des Einsetzens des Klopfens noch unverbrannten Luft /Kraft stof f-Gemisches im Endgasbereich. Da mit dem Klopfen in der Regel eine starke thermische Belastung der Brennrauminnenseite einhergeht, bei der Materialabtragungen auftreten können, ist man bestrebt, das Klopfen grundsätzlich zu vermeiden. Es kann bei längerem Auftreten zu einer Zerstörung der Brennkraftmaschine führen. Deshalb muß das Klopfen der Brennkraftmaschine möglichst frühzeitig und sicher erkannt werden..

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Einrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß eine klopfende Verbrennung im Brennraum einer Brennkraftmaschine einfach und sicher erkannt werden kann. Durch die erfindungsgemäße Anordnung zweier Ionenstromsensoren kann Klopfen mit einer gegenüber bekannten Verfahren wesentlich einfacheren Auswerteschaltung erkannt werden. Die Einrichtung baut somit preisgünstig.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen der im Hauptanspruch angegebenen Einrichtung möglich.

Insbesondere können entsprechend einem der bevorzugten Ausführungsbeispiele nach Anspruch k oder 5 die wesentlichen Gegebenheiten der Zündanlage und des Brennraums einer Brennkraftmaschine in der heute üblichen Form belassen werden.

Zeic-hnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 einen Schnitt durch einen Brennraum mit angebauter Doppelionenstromsonde, Figur 2 einen

ORIGINAL WSPECTED

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Schnitt durch eine Doppelionenstromson.de, Figur 3 den zeitlichen Verlauf des Ionenstroms bei nicht klopfender Verbrennung, Figur k den zeitlichen Verlauf des Ionenstroms bei klopfender Verbrennung und Figur 5 und β eine Abwandlung des Ausführungsbeispiels nach Figur 2.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

In der Figur 1 ist der Brennraum 10 im Zylinderblock 11 einer Brennkraftmaschine dargestellt. In dessen Wandung 12 ist eine Bohrung 13 ausgebildet, die eine Ausnehmung lh des Zylinderblocks 11 mit dem Brennraum 10 verbindet. Die Bohrung 13 befindet sich im sogenannten Endgasbereich 16 einer durch eine Zündstelle 17 hervorgerufenen Verbrennung, deren Flammenfront mit 18 bezeichnet ist. Der Endgasbereich 1.6 ist experimentell festzustellen. Es ist der Bereich, in dem bei klopfender Verbrennung Materialabtrag an der Wandung 12 auftritt . :

In der Ausnehmung Ik ist eine sogenannte Doppelionenstromsonde 19.angeordnet, deren Aufbau in Figur 2 näher dargestellt ist. In einem einschraubbaren oder -steckbaren Gehäuse 21 sind zwei Längsbohrungen 22, 23 ausgebildet, in denen sich zwei herkömmlich bekannte Ionenstromsonden 2k, 25 befinden. Die dem Brennraum 10 zugewandten Spitzen dieser Ionenstromsonden 2k, 25 sind in einem axialen Abstand L zueinander verschoben angeordnet. Es können auch Ionenstromsonden unterschiedlicher Empfindlichkeit verwendet werden. Selbstverständlich sind für eine einfache Messung zwei etwa gleich empfindliche Ionenstromsonden zu verwenden. Beide Ionenstromsonden 2k, 25 bilden je einen positiven Pol, der als Meßelektrode dient. Diese steht in Wirkverbindung mit der als negativer Pol ausgebildeten Wandung 12. Selbstverständlich sind auch Ionenstromsonden verwendbar - wie später in Figur 5 dargestellt -, die einen positiven und negativen

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Pol aufweisen. An beiden Ionenstromsonden 2U, 25 liegt jeweils zwischen dem positiven und dem negativen Pol eine gleichgroße, konstante Spannung an.

Dem Meßprinzip und somit der Wirkungsweise der beiden Ionenstromsonden 2i+, 25 liegt die unterschiedliche Flammengeschwindigkeit im Endgasbereich 16 bei klopfender und bei nicht klopfender Verbrennung zugrunde. Wie aus Figur 3 ersichtlich, setzt bei einer nicht klopfenden Verbrennung der Ionenstrom 28 zwischen der Ionenstromsonde 2k und der Wandung 12 zu einem Zeitpunkt T1 ein. Die Flammenfront 18 wandert weiter und erreicht nach einer Zeit Δ t zum Zeitpunkt T2 die Ionenstromsonde 25s so daß an dieser der Ionenstrom 29 fließt.

Liegt nun, wie in Figur k dargestellt, eine klopfende Verbrennung vor, so wandert die Flammenfront 18 im Endgasbereich 16 deutlich schneller als bei nicht klopfender Verbrennung. Wie bei nicht klopfender Verbrennung fließt an der Ionenstromsonde 2k wieder zu einem Zeitpunkt T1 ein Ionenstrom 28a. Die Flammenfront 18 bewegt sich bei klopfender Verbrennung mit einer höheren Flammengeschwindigkeit, so daß an der zweiten Ionenstromsonde 25, zeitlich gesehen früher als bei normaler Verbrennung ein Ionenstrom 29a zu fließen einsetzt. Dabei ergeben sich Zeitunterschiede zwischen nicht klopfender und klopfender Verbrennung um einen Faktor 10. Dieser Zeitunterschied ist so groß, daß er mit einer einfachen, elektronischen Auswerteschaltung erkannt wird. Für eine gute und genaue Auswertung sollten aber die von beiden Ionenstromsonden 2k, 25 gemessenen Ionenströme 28, 29 etwa gleiche Gradienten bei Einsetzen des Ionenstroms aufweisen. Der Verlauf des Ionenstroms ist für die Unterscheidung nicht klopfende oder klopfende Verbrennung nicht notwendig. Werden Ionenstromsonden mit unterschiedlicher Empfindlichkeit verwendet, so verändert sich auch der Zeitpunkt, bei dem der Ionenstromfluß einsetzt. Dies ist dann bei der

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Wahl der Auswerteschaltung zu berücksichtigen. Um die beiden Verbrennungsarten unterscheiden zu können, ist in der elektronischen Auswerteschaltung ein Schwellwert vorzugeben, dessen Überschreiten als klopfende Verbrennung erkannt -wird, womit der Verbrennungsverlauf im Brennraum 10 gesteuert oder geregelt werden kann.

In Figur 5 ist eine Abwandlung der Doppelionenstromsonde dargestellt, bei der beide Ionenstromsonden 31, 32 hülsenförmig übereinander angeordnet sind. Dabei ist auf dem stiftförmigen positiven Pol 33 der Ionenstromsonde 31 eine Isolierschicht 3^- aufgetragen, auf der ein hülsenförmiger negativer Pol 3 5 der Ionenstromsonde 31 angeordnet ist. Auch dieser ist wieder von einer zweiten Isolierschicht 36 umgeben. Um den axialen Abstand L verschoben ist nun die zweite Ionenstromsonde 32 direkt auf der Isolierschicht 36 angeordnet. Sie weist einen hülsenförmigen positiven Pol 37, eine Isolierschicht 38, einen hülsenartigen negativen Pol 39 und eine äußere Schutzschicht ^O auf. Diese ist noch von einem Gehäuse Ij-1 umgeben, das so ausgebildet ist, daß die Flammenfront 18 nur in axialer Richtung auf die Ionenstromsonde 31, 32 zulaufen kann. Dazu ist das Gehäuse \\ bis zur Meßspitze der Ionenstromsonde 31 vorgezogen und weist somit einen Raum kla auf. Dieser Raum Uia ist mit Hilfe mehrerer in axialer Richtung angeordneter Bohrungen verbunden.

In Figur 6 ist eine Abwandlung der Doppelionenstromsonde 19 dargestellt, bei der wie in Figur 1 das Gehäuse 50 als negativer Pol ausgebildet ist. Es weist wieder eine hülsenförmige Isolierschicht 5'1 » einen äußeren positiven Pol 52, eine zweite Isolierschicht 53 und einen inneren positiven Pol 5^ auf. Die beiden positiven Pole 52, 5^· sind wieder mit einem axialen Abstand I angeordnet.

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Bei allen Abwandlungen der Doppelionenstromsonde 19 ist der axiale Abstand L zwischen den einzelnen Ionenstromsonden wichtig, um damit die zeitlichen Unterschiede der Flammengeschwindigkeit bei nicht·klopfender und bei klopfender Verbrennung zu bestimmen. Es ist aber auch darauf zu achten, daß die Doppelionenstromsonde 19 möglichst zentral im Endgasbereich 16 angeordnet ist, da sich nur dort drastisch unterschiedliche Flammengeschwindigkeiten bei nicht klopfender bzw. klopfender Verbrennung ergeben.

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Claims

23 Λ. 1985 Sf /Pi ROBERT BOSCH GMBH, 7000 STUTTGART 1 Ansprüche

1. Einrichtung zum Erfassen von klopfenden Verbrennungsvorgängen im Gehäuse des Brennraums (10) einer Brennkraftmaschine durch Aufnahme von Ionenströmen des durch die Verbrennung ionisierten Gases mit Hilfe wenigstens eines Gebers (2^), der zwei Meßelektroden aufweist und an dem eine konstante elektrische Spannung anliegt, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein zweiter Geber (25) zur Aufnahme des Ionenstroms im Bereich einer Meßstelle in axialer Richtung zum ersten Geber (2U) mit einem Abstand (L) angeordnet ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste (2k) und der zweite Geber (25) etwa gleiche Meßempfindlichkeit aufweisen.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Geber (25) parallel zum ersten Geber (2k) angeordnet ist.

k. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Geber (2k, 25) jeweils einen positiven Pol aufweisen und das Gehäuse des Brennraums (10) der negative Pol für beide Geber (2^, 25) ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Geber (31) rohrförmig ausgebildet ist und der zweite Geber (32) hülsenfÖrmig auf dem ersten Geber (31) mit einem axialen Abstand (L) angeordnet ist.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß "beide Geber (2k, 25, 31, 32) von einem gemeinsamen Gehäuse (k1, 50) umgeben sind, das mindestens bis zur Meßspitze des ersten Gebers (2k, 31) reicht und vor dem zweiten Geber (25, 32) einen Raum (U1 a) aufweist, der mindestens die Länge des axialen Abstands. (L) hat und zum Brennraum (10) hin wenigstens eine in axialer Richtung der Geber {2k, 25, 31, 32) ausgebildete Öffnungen hat.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß beide Geber (2k, 25) im Endgasbereich des Brennraums angeordnet sind.

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Geber (2k, 25) mit einer elektronischen Auswerteschaltung verbunden ist.

9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der erste (2k) und der zweite Geber (25) unterschiedliche Meßempfindlichkeit aufweisen und die angeschlossene Auswerteschaltung die wahre Laufzeit zum Durchlaufen des Abstands (L) bestimmt.