AT2114U1

AT2114U1 - Einrichtung zur optischen erfassung von klopferscheinungen während der verbrennung bei brennkraftmaschinen

Info

Publication number: AT2114U1
Application number: AT32497U
Authority: AT
Inventors: Ernst Dipl Ing Dr Winklhofer; Harald Arnulf Dipl Ing Philipp
Original assignee: Avl List Gmbh
Priority date: 1997-05-28
Filing date: 1997-05-28
Publication date: 1998-04-27
Also published as: DE19823594A1; DE19823594C2

Abstract

Zur optischen Erfassung von Klopferscheinungen während der Verbrennung bei Brennkraftmaschinen ist pro Zylinder (1) mindestens ein in die Zylinderkopfdichtung (5) integrierter Lichtleiter (10) vorgesehen, der eine optische Verbindung zwischen dem Brennraum (7) und einer Auswerteeinheit (11) herstellt. Um eine kontinuierliche Überwachung der Klopferscheinungen auch bei Serien-Brennkraftmaschinen mit mittleren und höheren Zylinderdrücken, wie etwa Gasmotoren, zu ermöglichen, ist vorgesehen, daß der Lichtleiter (10) über ein lichtdurchlässiges Dichtelement (9) mit größerem Querschnitt als der Lichtleiter (10) in den Brennraum (7) mündet.

Description

AT 002 114 Ul

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur optischen Erfassung von Klopferscheinungen während der Verbrennung bei Brennkraftmaschinen, mit zumindest einem in die Zylinderkopfdichtung integrierten, den Brennraum mit einer Auswerteeinheit optisch verbindenden Lichtleiter sowie ein Verfahren zur optischen Erfassung von Klopferscheinungen.

Aus der DE 30 01 711 Al ist eine Sensoranordnung der eingangs genannten Art bekannt, bei der Paare von Lichtleiterfaserkabeln in Kerben einer Zylinderkopfdichtung angeordnet sind. Die Fasern werden nach dem Umbörteln der Metallfassung der Zylinderkopfdichtung angeschmolzen, abgetrennt und geschliffen, sodaß sie mit der brennraumseitigen Kante der Metallfassung bündig abschließen. Die optischen Aufnehmer sind über Photozellen mit geeigneten Auswerteschaltungen verbunden, die auf die Klopffrequenz bzw. den Klopffrequenzbereich der Brennkraftmaschine abgestimmt sind. Diese bekannte Ausführung von Lichtleitern im Zylinderkopf hat allerdings den Nachteil, daß bei mittleren und höheren Zylinderdrücken, die insbesonders bei Gasmotoren auftreten, eine ausreichende Abdichtung sowie eine sichere Befestigung der Lichtleiterfasem nicht mehr gewährleistet ist. Deshalb ist diese bekannte Einrichtung zur kontinuierlichen Erfassung von Klopferscheinungen bei Serien-Gasmotoren, bei denen Zylinderdrücke bis zu etwa 200 bar auftreten, nicht geeignet.

Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und eine Einrichtung der eingangs genannten Art zur optischen Erfassung von Klopferscheinungen für den kontinuierlichen Einsatz in Serienmotoren so weiterzuentwickeln, daß auch bei mittleren und hohen Zylinderdrücken eine imgestörte Klopfüberwachung möglich ist.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß der Lichtleiter über ein lichtdurchlässiges Dichtelement, welches einen größeren Querschnitt als der Lichtleiter aufweist, mit dem Brennraum optisch verbunden ist. Der Lichtleiter wird durch eine Bohrung in der Zylinderkopfdichtebene bis zum Dichtelement geführt. Da das Dichtelement die eigentliche Abdichtung des Brennraumes übernimmt, kann die Bohrung gegenüber dem Lichtleiter mit Spiel ausgeführt sein, so daß relativ große Toleranzen für die Herstellung erlaubt sind.

Das Dichtelement kann aus einem hitzebeständigen Glaskörper bestehen. Denkbar ist es auch, das Dichtelement einstückig mit dem Lichtleiter auszuführen. Für den praktischen Einsatz ist es allerdings besonders zweckmäßig, wenn das Dichtelement durch einen Saphir gebildet ist. Dadurch ist eine lange Standzeit und ein geringer Verschleiß der Einrichtung möglich.

Eine besonders einfache Herstellung wird dadurch möglich, daß das Dichtelement zylindrisch oder kegelig ausgeführt ist. 2 AT 002 114 Ul

In einer besonders bevorzugten Ausfuhrungsvariante ist dabei vorgesehen, daß das Dichtelement in eine entsprechende radiale Ausnehmung der Zylinderkopfdichtung von der Brennraumseite her eingepreßt ist.

Das radial in die Zylinderkopfdichtung eingepreßte, durch einen Saphir gebildete Dichtelement dichtet den Brennraum gegen den Lichtleiter gasdicht ab, so daß keine mechanischen Kräfte in axialer Richtung mehr auf den Lichtleiter einwirken.

Der Lichtleiter ist in bekannter Weise mit einer optischen Auswerteeinheit verbunden, welche Schwankungen in der Lichtintensität auswertet, die auf Klopferscheinungen hinweisen. Die erfindungsgemäße optische Erfassung besteht darin, daß eine Beziehung zwischen klopfbedingten Druckschwankungen und Lichtintensitätsschwankungen hergestellt wird, die Lichtintensitätsänderungen im Brennraum der Brennkraftmaschine kontinuierlich erfaßt und aufgrund der Lichtintensitätsänderungen Klopferscheinungen festgestellt werden. Es genügt dabei eine einfache qualitative Erfassung der Lichtintensität, so daß mit einem einzigen Lichtsensor pro Zylinder das Auslangen gefunden werden kann.

Die Erfindung wird anhand der Figuren näher erläutert.

Es zeigen schematisch Fig. 1 einen Längsschnitt durch den Zylinder einer Brennkraftmaschine mit der erfindungsgemäßen Einrichtung, Fig. 2 ein Detail gemäß Ausschnitt II in Fig. 1, Fig. 3 und 4 den Druckverlauf und die Lichtintensität während einer Verbrennung mit

Klopferscheinungen.

Fig. 1 zeigt einen Zylinder 1 mit einem hin- und hergehenden Kolben 2. Zwischen dem Zylinderblock 3 und dem Zylinderkopf 4 ist eine Zylinderkopfdichtung 5 mit einem metallenen Dichtring 6 im Bereich des Brennraumes 7 angeordnet. Mit Bezugszeichen 8 sind schematisch Gaswechselventile angedeutet.

Wie aus Fig. 2 deutlich zu entnehmen ist, weist der Dichtring 6 im Bereich des Brennraumes 7 eine radiale Ausnehmung 8'auf, in welche ein durch einen Saphir gebildetes zylindrisches Dichtelement 9 eingesetzt ist. Das Dichtelement 9 ist an der dem Brennraum gegenüberliegenden Stirnseite optisch mit einem Lichtleiter 10 verbunden, welcher zu einer Klopf-Auswerteeinheit 11 fuhrt.

Da die Gasdichtfunktion gegenüber dem Brennraum durch das Dichtelement 9 ausgefuhrt wird, ist eine dichte Fassung zwischen dem Lichtleiter 10 und der ihn umgebenden Leiterbohrung 11* nicht erforderlich, wodurch größere Herstellungstoleranzen möglich sind. Die radialen Kräfte auf das Dichtelement 9 infolge der Gaskräfte im Brennraum werden von einer Schulter 12 des metallenen Dichtringes 6 aufgenommen. Dies ermöglicht eine kontinuierliche Klopfiiberwachung bei Gas-Serienmotoren, bei denen ein mittlerer Kompressionsdruck von etwa 20 bar herrscht. 3 AT 002 114 Ul

Neben der geringen Störanfälligkeit der optischen Erfassungseinrichtung ist eine kostengünstige Herstellung Voraussetzung für den Einsatz in Serien-Brennkraftmaschinen. Zur bloßen Feststellung, ob Klopfen auftritt oder nicht, ist ein einziges optisches Sensorelement pro Zylinder ausreichend. Dabei kann die Tatsache genützt werden, daß Klopferscheinungen stets von deutlichen Schwankungen der Lichtintensität während der Verbrennung begleitet werden.

Fig. 3 zeigt den Zylinderdruck p während einer Verbrennung mit Klopferscheinungen, welche durch Schwankungen des Spitzendruckes angedeutet sind. Die Spitzendruckschwankungen werden von deutlichen Schwankungen der Lichtintensität I begleitet, welche aus dem in Fig. 4 dargestellten Diagramm ersichtlich sind.

Da es zur Feststellung der Klopferscheinung völlig ausreicht, die Lichtintensitätsschwankungen ΔΙ zu erfassen, kann eine sehr einfache Sensor- und Auswerteeinrichtung eingesetzt werden. 4

Claims

AT 002 114 Ul ANSPRÜCHE 1. Einrichtung zur optischen Erfassung von Klopferscheinungen während der Verbrennung bei Brennkraftmaschinen, mit zumindest einem in die Zylinderkopfdichtung (5) integrierten, den Brennraum (7) mit einer Auswerteeinheit (11) optisch verbindenden Lichtleiter (10), dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtleiter (10) über ein lichtdurchlässiges Dichtelement (9), welches einen größeren Querschnitt als der Lichtleiter (10) aufweist, mit dem Brennraum (7) verbunden ist.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtelement (9) aus einem hitzebeständigen Glaskörper besteht.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtelement (9) durch einen Saphir gebildet ist.
4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtelement (9) zylindrisch oder kegelig ausgefuhrt ist.
5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtelement (9) in eine entsprechende radiale Ausnehmung (8) der Zylinderkopfdichtung (5) von der Brennraumseite her eingepreßt ist.
6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß pro Zylinder (1) ein einziger Lichtleiter (10) vorgesehen ist.
7. Verfahren zur optischen Erfassung von Klopferscheinungen während der Verbrennung bei Brennkraftmaschinen mit einer Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Beziehung zwischen klopfbedingten Druckschwankungen und Lichtintensitätsschwankungen hergestellt wird, die Lichtintensitätsänderungen im Brennraum der Brennkraftmaschine kontinuierlich erfaßt und aufgrund der Lichtintensitätsänderungen Klopferscheinungen festgestellt werden. 5