DE3331114A1

DE3331114A1 - Verfahren zum betreiben einer brennkraftmaschine und nach dem verfahren arbeitende brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE3331114A1
Application number: DE19833331114
Authority: DE
Inventors: Reinhard Dipl.-Ing. Dr. 7143 Vaihingen Latsch; Ernst Dipl.-Ing. 7130 Mühlacker Linder; Franz Ing.(grad.) 7080 Aalen Rieger
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1983-08-30
Filing date: 1983-08-30
Publication date: 1985-03-14
Also published as: DE3331114C2; JPS6050219A

Description

2.8.1983 Sp/Pi

ROBERT BOSCH GMBH, TOOO STUTTGART 1

Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine und nach dem Verfahren arbeitende Brennkraftmaschine

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine nach der Gattung des Hauptanspruchs. Eine durch die US-PS h 377 1^0 bekannte KoI-benbrennkraftmaschine mit Entflammungsregelung hat wenigstens eine Zündkammer mit einer Zündvorrichtung und einem Schußkanal, der die Zündkammer mit einem Hauptbrennraum verbindet, und eine Ionenstromsonde, die in den Schußkanal ragt. Die Ionenstromsonde meldet die Ankunft von in der Zündkammer erzeugten Flammen und wirkt über einen Impulsformer als Istwertgeber. An den Impulsformer der Ionenstromsonde und einen in Abhängigkeit von der Drehung einer Kurbelwelle arbeitenden und als Sollwertgeber dienenden Impulsgeber ist ein Vergleicher angeschlossen, der dann, wenn ein Sollwert und der zugeordnete Istwert nicht gleichzeitig eintreffen, über einen Integrator eine Zündzeitpunktverstelleinrichtung in dem Sinne verstellt,'daß die Flammen zu den vorbestimmten Sollzeitpunkten bzw. Drehwinkelgraden der Kurbelwelle an der Ionenstromsonde eintreffen. Wenn die Flammen den Schußkanal verlassen, erfolgen die Hauptumsetzungen von

__r_ 3331IH - 6-

Betriebsgemisch im Hauptbrennraum der Brennkraftmaschine erfahrungsgemäß - mit Ausnahme des Teillastgebiets - nahezu in festen Kurbelwinkeln. Alternativ oder zusätzlich zur Zündzeitpunktverstellung kann über den Vergleicher das Mischungsverhältnis von Brennstoff und Luft und/oder eine Abgasbeimischung verändert werden. Dadurch werden die Brenngeschwindigkeiten der Mischungen insbesondere in der Entflammungsphase verkürzt oder verlängert.

Wenn man aber aus Gründen einer verbesserten Wirtschaftlichkeit und der Verminderung von unerwünschten Bestandteilen im Abgas die Brennkraftmaschine im Teillastbereich mit erhöhtem Luftüherschuß betreiben wollte, dann liefen insbesondere bei noch kalter Brennkraftmaschine die Verbrennungen so schleppend ab, daß trotz einer größtmöglichen Verschiebung des Zündzeitpunktes nach früh die Höchstdrücke nicht früh genug auftreten. Sine Beschleunigung der Verbrennungen per Regler wäre hier z.B. durch erhöhte Brennstoffbeimischung möglich. Das würde den Luftüherschuß in unerwünschter Weise vermindern.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 ist durchführbar mittels Ansaugkanälen, die einfach ausgebildet und deshalb billig herstellbar sind. Zudem werden mittels der einfach gestalteten Ansaugkanäle gleichmäßige Füllungen der Brennräume gewährleistet. Energie, die zur Veränderung der Intensität der Zündfackeln benötigt wird, wird zum größten Teil in Form erhöhter Arbeitsdrücke im Hauptbrennraum der Brennkraftmaschine zurückgewonnen. Durch Erhöhen der Intensität der Zündfackeln lassen sich auch Betriebsgemische mit hohen LuftüberSchüssen oder Abgas--

$331114

• τ··

beimischungen im Niedriglastbereich genügend schnell und dadurch wirtschaftlich verbrennen. Weil keine Eingriffe in Ansaugkanäle nötig sind, können vorhandene Brennkraftmaschinen leicht umgerüstet werden. Die Ausgestaltung des Verfahrens gemäß den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 2 hat den Vorteil, daß zumindest in der Nähe des Hauptbrennraums keine beweglichen Teile zu seiner Durchführung nötig sind. Die Weiterbildung des Verfahrens gemäß dem kennzeichnenden Merkmal des Anspruchs 3 hat den Vorteil, daß zur Veränderung der Intensität der Zündfackeln nur wenig elektrische Energie zuzuführen ist, weil die Energiezufuhr auf diejenigen Gemischteilmengen, die in die Zündkammer einströmen, beschränkt ist.

Das Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs k gibt eine Alternative an zur Ausgestaltung gemäß dem Anspruch 2. Als Mittel zur Durchführung des Verfahrens ist beispielsweise ein Drehschieber zum Verstellen der Weiten von Schußkanälen geeignet. Weil der Drehschieber nur von denjenigen Gemischmengen, aus denen Zündfackeln entstehen sollen, durchströmt wird, ist weniger Bauraum nötig als bei den vorbekannten komplizierten Schieberanordnungen innerhalb von Ansaugkanälen.

Die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 5 geben einen Lösungsweg zur Durchführung des"Verfahrens an ohne Zuhilfenahme von beweglichen Bauelementen wie Schiebern oder dergleichen. Das kennzeichnende Merkmal des Anspruchs 6 hat den Vorteil, daß das Heizelement leicht mit der Zündkammer ein- und ausbaubar ist. Das kennzeichnende Merkmal des Anspruchs 7 hat den Vorteil, daß zur Zündvorrichtung strömende Ladungsmengen besonders zündwillig gemacht werden, was die Möglichkeit des Arbeitens mit hohem Luftüberschuß oder hoher Abgasbei-

- It -

■I

mischung schafft. Das Ausführungsbeispiel mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 8 hat den Vorteil, daß beispielsweise elektrische Hilfsenergie lediglich zur Verstellung bzw. während des Verstellens von querschnitt sverändernden Mitteln benötigt wird. Die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 9 geben ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel an, das wenig Einbauraum benötigt und einfach im Aufbau ist.

Die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 10 geben die Möglichkeit, in Kraftfahrzeuge eingebaute Brennkraftmaschinen bei hoher Belastung anders zu betreiben als beispielsweise bei niedriger Belastung wie bei gleichförmiger Fahrt innerorts. Die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 11 ermöglichen es, die Anstiege der Verbrennungsdrücke - z.B. aus Gründen der Geräuschabsenkung zu variieren. Die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 12 ergeben eine verbesserte Anpassung des Anstiegs der Verbrennungsdrücke an Optimalwerte. Die kennzeichnenden Merkmale der Ansprüche 13, 1 ^- und 15 geben bevorzugte Ausführungsbeispiele für die zur Regelung benötigten Sensoren an.

Zeichnung

Vier Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine zur Durchführung .der Verfahren sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 ein Diagramm mit Verbrennungsdruckverläufen, deren Druckspitzen bei unterschiedlichen Kurbelwellendrehwinkeln auftreten, Figur 2 ein erstes Ausführungsbeispiel der Brennkraftmaschine im Querschnitt mit Schaltungsteilen, Figur 3 eine Zündkammer mit Heiz- und Zündvorrichtung für die Brennkraftmaschine gemäß der Figur 2 im Längs-

j Cj ν ί a

33311U

schnitt, Figur h ein zweites Ausführungsbeispiel der Brennkraftmaschine im Querschnitt mit Schaltungsteil, Figur 5 ein drittes Ausführungsbeispiel der Brennkraftmaschine im Querschnitt mit Schaltungsteilen, Figur β ein viertes Ausführungsbeispiel der Brennkraftmaschine mit einer Zündkammer im Längsschnitt und Figur 7 eine Einzelheit der Zündkammer gemäß der Figur 6 in der Seitenansicht .

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In der Figur 1 ist in Abhängigkeit von Kurbelwellendrehwinkeln A der Druckverlauf K infolge von Verdichtungshüben ohne Verbrennung dargestellt. Beginnend beim Zünddrehwinkel AZ sind Druckverläufe P1 , P2 und P3 dargestellt Deren höchste Drücke treten auf bei Kurbelvellendrehvinkeln A1, A2 und A3. Der Verlauf P1 ist dargestellt stellvertretend für einen optimalen Verbrennungsdruckverlauf bei einer vorgegebenen Drehzahl und Belastung der Brennkraftmaschine. Die Verbrennung -wird eingeleitet beim Kurbelwellenwinkel AZ. Der Verlauf gemäß P2 stellt einen zu langsamen Verbrennungsablauf dar, bei dem der höchste Druck später auftritt als dies für eine -wirtschaftliche Arbeitsweise der Brennkraftmaschine erforderlich ist. Demgegenüber gibt der Kurvenverlauf gemäß P3 einen zu schnellen Verbrennungsablauf wieder, bei dem der Druck unerwünscht schnell und hoch ansteigt. Dieser frühe und starke Druckanstieg bewirkt beispielsweise im Bereich des oberen Totpunkts eines Kolbens eine zu starke Wärmeabfuhr an diesen Kolben und Brennraumwände, so daß erhöhter Brennstoffverbrauch die Folge ist. Außerdem kann ein solch hoher Druck zu klopfender Verbrennung führen. Die nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiele der

_^_ 333Π14

• /ο-

Erfindung dienen dazu, unerwünschte Druckverläufe wie beispielsweise gemäß P2 und P3 so zu verbessern, daß sie "beispielsweise gemäß P1 optimal ablaufen.

Das erste Ausführungsbeispiel einer Brennkraftmaschine 2 gemäß den Figuren 2 und 3 hat wenigstens einen Kolben 3, einen diesen umgebenden Zylinder k, einen diesen bedeckenden Zylinderkopf 5, einen in den Zylinderkopf 5 führenden Ansaugkanal 6, ein Ansaugventil 7, einen Auspuffkanal 8 und ein Auspuffventil 9, das in der Projektion des Ansaugventils T liegt, einen von dem Kolben 3, dem Zylinder U und dem Zylinderkopf 5. umschlossenen Hauptbrennraum 10, eine Zündkammer 11, einen Sensor 12, eine Kurbelwelle 12a und eine von dieser bewegte vorstehende Markierung 13, einen zum Umlaufweg der -Markierung 13 ausgerichteten induktiven Impulsgeber lh-, einen diesem nachgeordneten Impulsformer 15₅ einen von diesem angesteuerten Zündfunkengenerator 16, einen ebenfalls an den Impulsformer angeschlossenen Signalverzögerer 17» einen an den Signalverzögerer angeschlossenen Vergleicher 18 einer Regeleinrichtung 19₅ die einen Heizstromsteller 20 enthält, und einen an die Sonde 12 angeschlossenen Impulsformer 21, der mit dem Vergleicher 18 verbunden ist.

Die Zündkammer 11 besteht vorzugsweise aus einer Einschraubfassung 22 mit einem Einschraubgewinde 23, das in den Zylinderkopf 5 einschraubbar ist, einer- an die Sinschraubfas sung angesetzten gewölbten Kammerwand 2h, die in den Hauptbrennraum 10 ragt und Schußkanäle 25, 26 aufweist, einem in die Einschraubfassung 22 eingesetzten rohrartigen Isolierkörper 27, einem innen auf dem Isolierkörper angebrachten Heizwiderstand 28, Anschlußdrähten 29 für den Heizwiderstand, einem Anschlußelement 30, in das die Anschlußdrähte 29 eingeführt sind, einer Masseelektrode 31, die von der Einschraub-

■1 C Γ η

-r- 333Π14

fassung 22 getragen -wird und radial zu dieser ausgerichtet ist und durch ein Loch 32 im Isolierkörper 27 bis zu dessem innerem Umfang reicht, einer Gegenelektrode 33, einem koaxial zur Zündkammer 11 ausgerichteten Elektrodenträger 3^t-, der hohl ausgebildet ist und einen Quarzglasstab 35 aufnimmt, und einem Isolator, der den Elektrodenträger relativ zur Einschraubfassung 22 fixiert. Der Schußkanal 25 ist vorteilhafter Weise in der Verlängerung des Quarzglasstabes 35 angeordnet. Die Schußkanäle 26 münden im wesentlichen tangential zur Zündkammerwand 2^₅ um wendelartige Strömungen aus Betriebsgemisch in Richtung der Elektroden 31, 33 erzeugen zu können. Der Heizwiderstand 28 befindet sich auf einer Teillänge des Isolierkörpers 27, der sich zwischen der Zündkammerwand 2k und der Masselektrode 31 befindet. Der Heizwiderstand 28 dient zum Erwärmen von Betriebsgemisch und ist aufgrund seiner Ausrichtung dazu geeignet, Betriebsgemisch auf dem Weg zu den Elektroden 31, 33 vorzuwärmen. Abweichend von dieser Ausrichtung könnte sich der Heizwiderstand 28 bis in die Nähe des Isolators 36 erstrecken, oder es könnte ein nicht dargestellter Heizwiderstand auf dem in die Zündkammer ragenden Teilstück des Isolators 36 angeordnet sind. Solche Heizwiderstände können beispielsweise aus einer Metallschicht bestehen. Zwecks Vermeidung eines großen Wärmeflusses von dem Heizwiderstand 28 hin zur Einschraubfassung 22 ist zwischen dem rohrartigen Isolierkörper 27 und der Einschraubfassung ein wärmeisolierender Ringraum 37 angeordnet. Die Anordnung dieses Ringraumes 37 vermindert den Bedarf an elektrischer Heizenergie und ermöglicht auch, ein schnelleres Aufheizen des Heizviderstands 28. Der Quarzglasstab. 35 ist gasdicht in den Elektr-otr-äger 3h eingekittet und drent als Sichtfenster zur Beobachtung von Verbrennungen in einer im

ψ *t B *

$331114

Zusammenhang mit dem dritten Ausführungsbeispiel beschriebenen Weise.

Der Sensor 12 ist als Ionenstromsonde 12 ausgebildet mit wengistens einer in den Hauptbrennraum 10 ragenden Elektrode 38. Der grundsätzliche Aufbau und die Wirkungsweise eines solchen Sensors ist im einzelnen in der US-PS h 377 1¹K) näher beschrieben. Auch die Impulsformer 15, 21 und der Vergleicher 18 brauchen nicht mehr beschrieben zu werden, denn sie sind Stand der Technik gemäß der genannten US-PS. Der an dem Vergleicher 18 angeschlossene Heizstromsteller 20 ist vorteilhafterweise in einer für den Elektrotechniker bekannten Weise mit einem elektronischen Schalter ausgestattet.

Der Signalverzögerer 17 verzögert beispielsweise über einen nicht dargestellten Integrator Impulse, die beispielsweise 30 vor Erreichen des oberen Totpunkts mittels der Markierung 13 im Impulsgeber 1k erzeugt werden, umgekehrt proportional zur Kurbelwellendrehzahl mit einem vorgegebenen Faktor und bildet dadurch einen Sollwertgeber, der dem Vergleicher 18 die Zeitpunkte angibt, an denen eine von der Zündkammer 11 ausgehende Flammenfront an der Elektrode 38 des Sensors 12 eintreffen soll. Dieser Zeitpunkt fällt beispielsweise mit dem Kurbelwellendrehwinkel A1in Figur 1 zusammen. Der Signalverzögerer 17 kann aber auch dann, wenn das Eintreffen der Flammenfront am Sensor 12 zwecks Betriebsoptimierung be-i unterschiedlichen Kurbelwellendrehwinkeln stattfinden soll, variabel abhängig von Betriebsparametern wie Druck Pa in dem Ansaugkanal 6, Maschinendrehzahl η und Maschinentemperatur Te die Sollwert signale verzögern. Der Signalverzögerer kann zu diesem Zweck einen nicht dargestellten Speicher mit einem Betriebskennwertefeld oder einen Funk-

./. 333Π14

tionsgenerator enthalten. In gleichartiger Weise kann auch die Zündfunkenauslösung in dem Zündfunkengenerator 16 relativ zu einem Impuls aus dem Impulsformer 15 variiert werden im Sinne vergrößerter oder verminderter Frühzündung.

Beim Betrieb der Brennkraftmaschine 2 wird von dem Kolben dann, wenn er abwärts geht, durch das Einlaßventil T hindurch aus dem Ansaugkanal 6 Betriebsgemisch angesaugt. Beim anschließenden Verdichtungshub wird dieses Gemisch verdichtet, und Teilmengen desselben strömen deshalb aus dem Hauptbrennraum h durch die Schußkanäle 25 und 26 in die Zündkammer 11 ein. Bei einer vorbestimmten Kurbelwellendrehung, beispielsweise den obengenannten 30 vor dem oberen Totpunkt, gelangt ein Impuls aus dem Impulsgeber 1U über den Impulsformer .15 zum Zündfunkengenerator 16, so daß dieser zwischen den Elektroden 31 und 33 einen Zündfunken erzeugt. Wie bereits angedeutet, kann ein solcher Zündfunke auch in gewollter Weise zu einem anderen als dem genannten Zündzeitpunkt erzeugt werden. Der Zündfunke entflammt innerhalb der Zündkammer 11 befindliches Gemisch, wodurch Flammen entstehen und schließlich Zündfackeln aus Schußkanälen 25 und 26 austreten und in dem Hauptbrennraum 10 befindliches Gemisch entflammen. Je nach der Intensität, die die Zündfackeln infolge des Füllungsgrades der Zündkammer 11 und der Zündwilligkeit des dort befindlichen Gemisches haben, wird eine eine Zündfackel begleitende Flammenfront früher oder später an der Elektrode 38 des Sensors 12 eintreffen und einen Stromimpuls verursachen, der als Istwert aus dem Impulsformer 2J zu dem Vergleicher 18 gelangt. Der Ansaugkanal 6 und der Hauptbrennraum 10 sind so gestaltet, daß bei höchster Belastung und Drehzahl der Brennkraftmaschine die Geschwindigkeit der genannten Flammen-

ο # ι a

front einen über Versuche ermittelten zulässigen Höchstwert nicht ganz erreicht. Infolgedessen wird bei allen Betriebszuständen, dann, wenn der Heizwiderstand 28 nicht mit elektrischer Energie versorgt wird, die Verbrennung zu langsam ablaufen, d.h. das Druckmaximum des jeweiligen Verbrennungsvorgangs zu einem späteren Zeitpunkt, also einem größeren Kurbelwellenwinkel als A1 auftreten. Der Vergleicher 18 erkennt dieses verzögerte Eintreffen des Istwertes und steuert dementsprechend den Heizstromsteller 20. Dieser schickt Heizstrom durch den Heizwiderstand 28. Dieser Heizstrom bewirkt an dem Heizwiderstand 28 und seiner Umgebung eine Temperaturanhebung. Infolge der Temperaturanhebung wird demjenigen Betriebsgemisch, das in die Zündkammer 11 einströmt, zusätzlich zum chemischen Energieinhalt Wärmeenergie zugeführt, so daß dieses Gemisch innerhalb der Zündkammer einen höheren Verbrennungsdruck und dementsprechend schnellere Zündfackeln erzeugt, was eine entsprechende Beschleunigung der Umsetzung im Hauptbrennraum bewirkt. Infolge der in der Figur 3 dargestellten Anordnungsweise des Heizwiderstandes wird ein großer Teil des eingeströmten Betriebsgemischs auf dem Weg zu den Elektroden 31, 33 vorgewärmt, so daß auch die Flammenentwicklung innerhalb des Gemisches schneller vor sich geht, was ebenfalls den Verbrennungsdruck und die Fackelgeschwindigkeit steigert. Schließlich ist die Temperatur des Heizwiderstandes so weit angestiegen, daß der Vergleicher keinen Zeitunterschied zwischen dem Eintreffen des Sollwertes und des Istwertes mehr feststellen kann. Dann kann der Vergleicher über den Heizstromsteller die Energiezufuhr zu dem Heizwiders-tand 28 entweder unterbrechen oder drosseln. Sobald dann wieder Abweichungen vom Sollwert vorliegen, wiederholt sich das bereits beschriebene Regelspiel von neuem.

-K-•/5

333Πη

An der Kurbelwelle 12a können auch ausgehend von einer vorgewählten Bezugsmarke, in kurzen Abständen viele magnetische Markierungen angeordnet sein, und anstelle des analog arbeitenden Signalverzögerers 17 kann ein digital arbeitender Zähler eingesetzt werden. Dieser gibt dann, wenn eine eingestelle Zahl von Impulsen eingegangen ist, einen Ausgangsimpuls an den Vergleicher. Der Zähler kann ebenfalls in Abhängigkeit von Betriebswerten, die eine optimale Betriebsweise für die Brennkraftmaschine ergeben, eingestellt werden. In gleichartiger Weise können auch die Zündfunkenauslösungen variiert werden.

Im zweiten Ausführungsbeispiel hat die Brennkraftmaschine 2a ebenfalls einen Hauptbrennraum 10 und eine Zündkammer 11. Anstelle des als Ionenstromsonde ausgebildeten Sensors 12 hat das zweite Ausführungsbeispiel 2a einen Drucksensor h2. Dieser gibt Signale an einen Verstärker k3, der die Signale auf ein vorteilhaftes Spannungsniveau anhebt. Die verstärkten Spannungen gehen an eine Differenziereinrichtung hk. Diese gibt ein Zeitsignal als Istwert an den Vergleicher 18, sobald ein infolge von Verbrennungsvorgängen ansteigender Druck infolge Expansion von Verbrennungsgasen zu fallen beginnt und bestimmt so die Kurbelwinkellage, wo der maximale Brennraumdruck vorliegt. Erfahrungsgemäß ergibt eine Lage bei ca. 15° Kurbelwellenwinkel nach dem oberen Totpunkt beste Werte für den Kraftstoffverbrauch und die Laufruhe einer Brennkraftmaschine. Der Vergleicher 18 und der ihm nachgeordnete Heizstromsteller 19 sind wie beim ersten Ausführungsbeispiel ausgebildet. Der Verstärker k3 liefert seine Ausgangsspannungen aber auch an eine zweite Differenziereinrichtung U5, die vorzugsweise einen nicht dargestellten Schwellwertschalter enthält. Diese Differenziereinrichtung ^5 gibt dann einen Ausgangsimpuls ab, wenn die Differenziereinrichtung U5 eine

3331ΤΗ

Druckanstiegsgeschwindigkeit ermittelt, die größer ist als diejenige Druckanstiegsgeschwindigkeit, die im Hauptbrennraum herrscht infolge eines ablaufenden Verdichtungshubs ohne Verbrennung. Das genannte Signal gibt also an, daß eine Entflammung von Betriebsgemisch eingeleitet ist, daß also nach einer Fremdzündung die Entflammungsphase abgeschlossen ist, d.h., daß ca. 2 % der Ladung verbrannt sind. Dieses Signal gelangt in einen Vergleicher k6. Der Vergleicher 1+6 wird von einem Signalverzögerer kj mit Sollwerten für Zündzeitpunkte versorgt. Der Signalverzögerer kj ist gleichartig wie der Signalverzögerer 17 aufgebaut. Unterschiedlich ist lediglich, daß die mittels ihm erzeugten Verzögerungen kürzer sind als die im Signalverzögerer 17 erzeugten. Auch der Signalverzögerer kj ist an den Impulsformer 15 angeschlossen. Der Vergleicher h-6 gibt dann, wenn die eingehenden Istwerte von den Sollwerten abweichen, an eine Zündzeitpunktverstellvorrichtung k8 einen Korrekturimpuls. Die Zündzeitpunkt Steuervorrichtung k-Q gibt Auslöseimpulse an einen Zündfunkengenerator k-9. Diese Brennkraftmaschine hat den Vorteil, daß mittels nur eines Drucksensors zusätzlich zum Ermitteln des Verbrennungshöchstdruckes auch noch der effektive Beginn des Druckanstiegs gemessen werden kann. Dadurch kann die Schnelligkeit des Druckanstiegs besonders gut überwacht werden, also die Verbrennungsabläufe können besonders genau einem Idealverlauf angenähert werden.

Im dritten Ausführungsbeispiel der Brennkraftmaschine 2b gemäß der Figur 5 ist anstelle des Sensors U2 ein optoelektrischer Sensor 52 verwendet. Dieser Sensor ist außerhalb der Zündkammer 11 an den Quarzglasstab 35 angesetzt. Ein Verstärker 5.3 verstärkt Ausgangsspannungen des Sensors 52 auf ein vorteilhaftes Spannungsniveau. Bekanntlich stimmt der Verlauf der Helligkeit in einem Brennraum quali-.

11

333 Π14

tativ im wesentlichen überein mit dem Verlauf des Verbrennungsdrucks oberhalb des Verlaufs ohne Verbrennung. Infolgedessen kann an den Verstärker 53 der bereits erwähnte Differenzierer hk angeschlossen werden zur Erzeugung von Istwertsignalen, die wiederum einem Vergleicher 18 zugeführt werden. Dieser Vergleicher 18 erhält ebenfalls wieder Sollwerte aus einem Impulsgeber lh über einen Impulsformer und einen Signalverzögerer 17· Die Regelung der Lage der höchsten Helligkeit auf einen kurbelwellendrehwinkelbezogenen Sollwert erfolgt also in gleicher Weise wie bei den vorangegangenen Ausführungsbeispielen. Der optoelektrische Sensor 52 mißt, weil der Schußkanal 25 in der Verlängerung des Quarzglasstabes 35 angeordnet ist, durch diesen Schußkanal hindurch die Helligkeit im Hauptbrennraum 10. Infolge dieser Ausrichtung erfaßt aber auch der Sensor 52 Licht, das von innerhalb der Zündkammer 11 mittels der Elektroden 31, 33 gezündetem Gemisch ausgestrahlt wird. Der Sensor 52 wird deshalb auch beispielsweise dazu verwendet, über einen Vergleich mit einem Schwellwert für die Helligkeit in einem Vergleicher i+5a ein Istsignal für das Ereignis der Entflammungsphase zu erzeugen. Wie beim zweiten Ausführungsbeispiel wird dieses Istwert signal einem Vergleicher k6 zugeführt. Dieser wird ebenfalls aus dem Impulsformer 15 über einen Signalverzögerer kj mit Sollwertimpulsen versorgt. Abweichungsbedingte Korrekturimpulse aus dem Vergleicher h6 bewirken ebenfalls wieder über einen Zündzeitpunktversteller hd die Verschiebung der Auslösung von Zündfunken im Sinne'einer Verbesserung.

Beim vierten Ausführungsbeispiel einer Brennkraftmaschine 2c gemäß den Figuren 6, 7 ist in einem Zylinderkopf 5a, der an einen Hauptbrennraum 10a angrenzt, eine Buchse 56

3331IH • Ag-

eingebaut. Sie wird mittels einer Schlitzmutter 57 und eines Sicherungsstifts 58 sowohl gegen axiale Verschiebung als auch gegen Verdrehung gesichert. Die Buchse 56 nimmt eine Zündkammer 11a auf, die innerhalb der Buchse 56 drehbar und mittels eines radial abstehenden Bundes 59₅ der sich einerseits an der Buchse 56 und andrerseits an der Schlitzmutter 57 abstützt, gegen axiale Verschiebung gesichert ist, In der Verlängerung des Quarzglasstabes der aus der Zündkammer der vorangegangenen Ausführungsbeispiele entnommen ist, ist ebenfalls ein Schußkanal 60 angeordnet. Außerdem sind zusätzlich Schußkanäle 61 im wesentlichen tangential in die Zündkammer 11a einmündend angeordnet. In Höhe der Schußkanäle 51 hat die Buchse 56 einen in den Hauptbrennraum JOa ragenden Stutzen 62. Der Stutzen 62 hat Ausnehmungen 63 in Höhe der Schußkanäle 61. Die Zündkammer 11a ist relativ zu dem Stutzen 62 nach Art eines Drehschiebers verdrehbar, so daß entsprechend der Überschneidung der Schußkanäle 61 mit den Ausnehmungen 63 unterschiedliche Durchlaßquerschnitte einstellbar sind. Diese bestimmen die Querschnitte von Zündfackeln. Solche Zündfackeln werden ebenfalls wieder dadurch erzeugt, daß aus dem Hauptbrennraum 10a Gemisch während Verdichtungshüben in die Zündkammer 11a hineingedrückt und dort mittels einer Elektrode 33, die gegen eine in die Zündkammer 11a ragende ringförmige Elektrode 6h zündet, entflammt wird. Die in Abhängigkeit von der bereits erwähnten verstellbaren Überschneidung der Schußkanäle 61 mit den Ausnehmungen 63 und unter Hinzurechung des Querschnitts des Schußkanals 60 zur Verfügung gestellte Gesamtsumme von Querschnitten bewirkt innerhalb der Zündkammer 11a unterschiedlich starke Druckanstiege und demzufolge unterschiedlich starke Beschleunigungen von brennenden Gasen. Die Geschwindigkeiten und Intensitäten der Zündfackeln sind abhängig von den Be-

schleunigungen, so daß über die einstellbare Überschneidung der Schußkanäle 61 und der Ausnehmungen 63 die Geschwindigkeit der Zündfackelstrahlen und damit des HeI-ligkeits- bzw. Druckanstiegs bei der Verbrennung von Betriebsgemisch im Hauptbrennraum 10a verändert werden kann Die Kurbelwellenwinkellage der Flammenankunft bzw. die Lage des Helligkeit- oder Druckmaximums wird in einer der bereits erwähnten Weisen erfaßt, und bei Abweichung von einem Sollwert wird mittels eines Stellmotors 65, der ebenfalls von einem Vergleicher 18 gesteuert wird, die Zündkammer 11a gedreht, bis die darauf folgenden Istwerte nicht mehr von dem Sollwert abweichen. Zu diesem Zweck ragt aus dem Stellmotor 65 eine Zahnstange heraus. Diese Zahnstange 66 tangiert die Zündkammer 11a und greift zwischen an deren Umfang angebrachte Zähne 67. Der Stellmotor 65 kann beispielsweise als Membranmotor ausgebildet und über Steuerventile entweder an einen Ansaugkanal der Brennkraftmaschine oder an eine hydraulische Pumpe angeschlossen sein. Der Stellmotor 65 kann aber auch als elektrischer Getriebemotor oder als Stellmagnet ausgebildet sein.

Die beschriebenen Verfahren und Vorrichtungen lassen sich sowohl bei fremdgeizündeten Brennkraftmaschinen als auch bei selbstzündenden Brennkraftmaschinen verwirkliehen. Der Zündzeitpunkt bei den letztgenannten Brennkraftmaschinen wird in bekannter Weise durch den Einspritzzeitpunkt von Kraftstoff in den Brennraum bestimmt. Man kann also bei beiden Brennverfahren von einem Zündzeitpunkt sprechen, wobei bei dem einen der auslösende Anlaß die Abgabe der Zündspannung ist und bei dem anderen der auslösende Anlaß der Beginn der Kraftstoffeinspritzung ist. Die Beeinflussung der Geschwindigkeit

.ve-- 33311H

- Λ0-

der Druckanstiege wird bei der selbstzündenden Brennkraftmaschine dadurch erreicht, daß die Temperatur der. Verbrennungsluft beispielsweise innerhalb der Zündkammer variiert wird im Sinne einer Optimierung. Höhere Temperaturen der Verbrennungsluft und derjenigen Elemente wie elektrisch heizbare Glühzündmittel, die zum Erwärmen der Verbrennungsluft dienen und schließlich auch von Brennstoff getroffen werden, beschleunigen den Verbrennungsdruckanstieg. Zusätzlich kann die Einspritzgeschwindigkeit verändert werden. Dies kann beispielsweise bei Einspritzvorrichtungen, die impulsgesteuerte Einspritzventile besitzen, dadurch erreicht werden, daß man an einer Brennstoffquelle, die die Einspritzventile mit Brennstoff versorgt, den Brennstoffdruck so lange variiert, bis die ermittelten Druckanstiege der Verbrennungsabläufe und die Lage der Höchstdrücke mit Istwerten übereinstimmen. Der Erfindungsgedanke läßt sich auch anwenden in Brennkraftmaschinen, innerhalb denen Betriebsgemische mittels Glühzündvorrichtungen entflammt werden.

Claims

2.8.1983 Sp/Pi

"■ ¹ '33311U

ROBERT BOSCH GMBH, 7OOO STUTTGART 1

Ansprüche

M .J Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit wenigstens einem Hauptbrennraum, einer Zündfackeln erzeugenden Zündkammer mit wenigstens einem zum Hauptbrennräum führenden Schußkanal, einem Sensor zum Beobachten von Verbrennungen, einem Sollwertgeber und einem Regler und wenigstens einem von diesem gesteuerten Verstellmittel, über das Verbrennungen im Sinne einer Annäherung an einen Sollwert verändert werden, dadurch gekennzeichnet, daß zur Annäherung an den Sollwert die Intensität der Zündfackeln verändert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Veränderung'durch Erwärmen von wenigstens Teilmengen von wenigstens aus Verbrennungsluft bestehenden Ladungsmengen durchgeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in die Zündkammer (11) einströmende Ladungsmengen elektrisch erwärmt werden.

k. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnitte von Zündfackeln verändert werden.

333111

5. Brennkraftmaschine mit wenigstens einem Haupt "brennraum, einer Zündfackeln erzeugenden Zündkammer mit wenigstens einem zum Hauptbrennraum führenden Schußkanal, einem Sensor zum Beobachten von Verbrennungen, einem Sollwertgeber und einem Regler und wenigstens einem von diesem gesteuerten Verstellmittel, über das Verbrennungen im Sinne einer Annäherung an einen Sollwert verändert werden insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Zündkammer (11) ein an den Regler (19) angeschlossenes elektrisches Heizelement (28) zugeordnet ist.

6. Brennkraftmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizelement als Heizwiderstand ausgebildet und in der Zündkammer (11) angeordnet ist.

7. Brennkraftmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizelement (28) so angeordnet ist, daß es eine Vorwärmstrecke für zu Zündmitteln (31, 3'3) einer Zündvorrichtung strömende Ladungsmengen bildet.

8. Brennkraftmaschine mit wenigstens einem Hauptbrennraum, einer Zündfackeln erzeugenden Zündkammer mit wenigstens einem zum Hauptbrennraum führenden Schußkanal, einem Sensor zum Beobachten von Verbrennungen, einem Sollwertgeber und einem Regler und wenistens einem von diesem gesteuerten Stellmittel, über das Verbrennungen im Sinne einer Annäherung an einen Sollwert verändert werden insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch

k, dadurch gekennzeichnet, daß an den Regler Mittel (65, 66, 67, I1a, 62) zum Verstellen des wirksamen Querschnitts wenigstens eines Schußkanals C6J) angeschlossen sind.

I U ^ 2 I

9. Brennkraftmaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel aus einer in eine Wand (5a) des Hauptbrennraums (1^a) eingebauten Buchse (56) mit einem in den Hauptbrennraum (.1Oa) ragenden Stutzen (62), der Ausnehmungen (63) aufweist, und einer nach Art eines Drehschiebers in die Buchse (56) eingesetzten rotationssymmetrischen Zündkammer (11a) mit in Höhe der Ausnehmungen (63) angeordneten Schußkanälen (61), die durch·Drehen der Zündkammer (11a) mit den Ausnehmungen (63) zur Deckung gebracht -werden können, und einem von einem Regler gesteuerten und die Zündkammer (11a) drehenden Stellmotor (65) bestehen.

10. Brennkraftmaschine nach Anspruch 5 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Sollwertgeber (17) in Abhängigkeit von Betriebsparametern wie Last, Drehzahl, Maschinentemperatur die Lage der höchsten Werte von Verbrennungsabläufen relativ zum Drehwinkel einer Kurbelwelle (12a) vorgibt.

11. Brennkraftmaschine nach Anspruch 5 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Zündkammer (11, 11a) zugeordnete Zündvorrichtung (^9) einen von Betriebsparametern wie Last, Drehzahl, Luftüberschuß, Abgasbeimischung abhängig arbeitetenden Zündwinkelgeber (16) hat.

12. Brennkraftmaschine nach Anspruch 5 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Zündkammer (11, 11a) zugeordnete Zündvorrichtung (4o) an einen Zündwinkelregler (h6, kö) angeschlossen ist, der Entflammungsenden auf wenigstens einen von vorzugsweise mehreren auswählbaren Sollwerten regelt.

333ΊΤ1

13. Brennkraftmaschine nach Anspruch 5 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (12, 38) als Ionenstromsonde ausgebildet und an einen Impulsformer (21) angeschlossen ist und in den Flammenweg von im Haupt "brennraum (10) laufenden Flammenfrpnten ragt.

1U. Brennkraftmaschine nach Anspruch 5 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (11) als optoelektrischer Wandler ausgebildet und vorzugsweise üb.er einen Differenz ierer (UU) mit dem Regler (18, 19, 20) verbunden ist.

15· Brennkraftmaschine nach Anspruch 5 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor als Druckmeßsonde (U2) ausgebildet und vorzugsweise über einen Differenz.ierer (UU) mit dem Regler (18, 19, 20) verbunden ist.