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Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Beobachtung des Verbrennungsablaufes im Brennraum einer in Betrieb befindlichen Brennkraftmaschine, mit zumindest einer gasdicht abgeschlossenen und lichtdurchlässigen Beobachtungsöffnung des Brennraumes, welche von einer von ausserhalb zugänglichen Aufnahmebohrung in der Brennraumwand mit gegenüber den Brennraumdimensionen kleinem Querschnitt gebildet ist, in welcher ein lichtdurchlässiges Fenster angeordnet ist.
Eine bekannte Einrichtung der obengenannten Art zeigt die DE-OS 2530129. In der Wand des Zylinders bzw. im Zylinderkopf befindet sich eine Bohrung, welche durch ein Quarzglasfenster abgedeckt ist. Von diesem Fenster führt eine Faserlichtleiter-Optik zu einem Phototransistor. Mit dieser Einrichtung ist es möglich, durch Vergleich des von dem Phototransistor abgegebenen Signals mit der zu diesem Zeitpunkt vorhandenen Winkellage der Kurbelwelle festzustellen, ob der Zündzeitpunkt des Verbrennungsmotors richtig eingestellt ist, für die Aufnahme der Verbrennungsvorgänge im Brennraum des Verbrennungsmotors mit Filmapparaten der Hochgeschwindigkeitskinematographie ist diese Einrichtung allerdings nicht geeeignet, da das Fenster bereits nach wenigen Arbeitszyklen stark verrusst ist.
Um Verbrennungsvorgänge im Brennraum von Verbrennungsmotoren photographisch festhalten zu können, wurden bereits Motoren für diesen Zweck speziell angefertigt. Bei diesen Motoren wurden allerdings gegenüber den im Handel befindlichen Motoren verschiedene, durch die Einrichtungen für die Hochgeschwindigkeitskinematographie bedingte Umbauten vorgenommen, durch welche wesentliche Motorparameter wie Strömungsverhältnisse, thermodynamischer Zustand, Brennraumgeometrie usw. entscheidend verändert wurden.
Beispielsweise wurde ein Dieselmotor mit einer Quarz- oder Plexiglasabdeckung versehen, durch die hindurch der Brennraum über einen Spiegel während des Verbrennungsablaufes gefilmt wurde. Da der transparente Zylinderkopf die Anbringung von Ventilen nicht zuliess, musste eine Schlitzsteuerung angewendet werden. Dadurch ergaben sich aber völlig andere Strömungsverhältnisse im Brennraum gegenüber Motoren mit einer Ventilsteuerung.
Eine andere Ausführungsform einer Beobachtungseinrichtung verwendete einen Kolben mit durchsichtigem Kolbenboden, durch den hindurch der Verbrennungsvorgang über Spiegel, welche in offene Schlitze im Kolbenmantel hineinragten, gefilmt wurde. Da sich aber die Spiegel nicht verschmutzen durften, konnte keine Ölschmierung verwendet werden. Vielmehr musste die Abdichtung über Teflonringe erfolgen, welche nur Drehzahlen bis zu 1500 Umdr/min zuliessen.
Bei beiden zuletzt genannten Einrichtungen war bereits nach 10 bis 20 Arbeitszyklen eine Reinigung der verrussten transparenten Teile erforderlich.
Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, die angeführten Nachteile der bekannten Einrichtungen zu beseitigen und eine Einrichtung der eingangs umrissenen Art zu schaffen, mit der es möglich sein soll, den Verbrennungsablauf in im Handel befindlichen Motoren ohne jegliche bauliche Veränderung zu filmen, sofern bei den Motoren eine in die Brennraummulde mündende Hochdruckindizierbohrung od. dgl. Aufnahmebohrung vorhanden ist.
Diese Aufgabe wird gemäss der Erfindung vor allem dadurch gelöst, dass zwischen dem Fenster und den angrenzenden, zumindest indirekt gekühlten Teilen in dem an den Brennraum angrenzenden Bereich ein Spalt vorgesehen ist, der eine Wärmeableitung vom Fenster weitgehend verhindert. Auf diese Weise werden Russablagerungen am lichtdurchlässigen Fenster zuverlässig verhindert, so dass der Zeitraum für die Beobachtung nicht wie bei den bekannten Ausführungen auf 10 bis 20 Arbeitszyklen begrenzt ist.
Gemäss einer weiteren erfindungsgemässen Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das Fenster in einer im wesentlichen hohlzylindrischen Haltehülse mittels eines temperaturbeständigen Klebstoffes befestigt ist, und dass die Haltehülse zumindest indirekt in die Aufnahmebohrung einsetzbar ist. Auf diese Weise ist es möglich, das Fenster leicht und ohne wesentlichen Zeitaufwand zu wechseln bzw. zum Reinigen zu entfernen.
Gemäss einem andern Erfindungsmerkmal ist das Fenster von einem im wesentlichen hohlzylindrischen, aus einem temperaturbeständigen Material, vorzugsweise aus Quarzglas, bestehenden
Röhrchen gebildet, dessen dem Brennraum zugewendetes Ende mit einem vorzugsweise planparallelen Abschluss versehen ist. Das im eingesetzten Zustand des Fensterelementes dem Brenn-
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umgelenktFig. 5 gezeigten Ausführung ist das Beleuchtungsfeld zur Achse der Einrichtung um einen Winkel von 900 geneigt, gemäss Fig. 6 hingegen zur genannten Achse symmetrisch.
Nach Fig. 1 ist in eine Bohrung-l'-des Zylinderkopfes-l-eines Verbrennungsmotors eine Adapterhülse --2-- eingesetzt. Diese weist an ihrem oberen Ende einen Abschnitt-2'mit Innengewinde auf, in welches der Gewindeabschnitt --3'-- einer Haltehülse --3-- eingeschraubt ist. Die Bohrung der Haltehülse --3-- besitzt etwa in einem Abstand von einem Vier-
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ab. Dieses Fenster --5-- ist von einem Röhrchen gebildet, das an seinem unteren Ende durch einen ebenen senkrecht zur Röhrchenachse verlaufenden Boden abgeschlossen ist. Das Fenster --5-ist in der Haltehülse --3-- mittels eines Klebstoffes --6-- festgehalten.
In die Haltehülse --3-- ist ein Endoskop --7-- eingesetzt. Endoskope werden in der Medizin seit Jahren verwendet und dienen zur Besichtigung von Körperhöhlen. Das Endoskop --7-ist über seine ganze Länge von einer Kühlmanschette --8-- umgeben und in dieser von Hand oder durch einen Antrieb verstellbar. Dadurch ist es möglich, das Endoskop --7-- nur während der Beobachtungs-bzw. Aufnahmezeit gegen den Boden des Fensters --5-- hin zu verschieben.
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--8-- istte --8-- und das Endoskop --7-- jedoch Spiel.
Auf den Flansch --3"--, der sich am oberen, aus dem Zylinderkopf-l-herausragenden Ende der Haltehülse --3-- befindet, ist ein Gehäuse --10-- aufgesetzt, welches über einen etwa zylindrischen Hohlraum --10'-- verfügt, in den ein radialer Austrittskanal --11-- mündet. Das Gehäuse --10-- besitzt an seiner unteren und an seiner oberen Begrenzungswand je eine zentrale Bohrung, wobei die Bohrung in der oberen Wand kleiner als die in der unteren Wand ist.
In der Bohrung der oberen Wand des Gehäuses --10-- ist ein Blechzylinder --12-- befestigt, der bis nahe an die Einschnürung --4-- in die Haltehülse --3-- hineinragt. Auf das Gehäuse --10-- ist ein weiteres Gehäuse --13-aufgesetzt, welches an seiner unteren Begrenzungswand eine zentrale Bohrung besitzt, die in ihrem Durchmesser dem Innendurchmesser des Blechzylinders --12-- entspricht. Auch dieses Gehäuse --13-- hat einen zylindrischen Hohlraum --14--, in welchen ein radialer Zuleitungs- kanal --15-- mündet. Selbstverständlich sind die beiden Kanäle --11 und 15-- an einen nicht dargestellten Kühlmittelkreislauf angeschlossen. Als Kühlmittel kann z. B. Wasser verwendet werden.
Da die Haltehülse --3-- bloss durch Einschrauben in der Adapterhülse befestigt ist, ist es ohne irgendwelche Schwierigkeiten möglich, die Einrichtung rasch ein- und auszubauen.
Da weiters das Fenster --5--, das aus Quarzglas hergestellt ist, welches eine sehr schlechte Wärmeleitfähigkeit aufweist, keinen Kontakt mit der Kühlmanschette --8-- bzw. mit dem Endoskop --7-- besitzt und gegenüber der Adapterhülse --2-- einen ringförmigen Spalt --26-bildet, wird das Fenster durch die heissen Verbrennungsgase so stark aufgeheizt, dass sich am Fenster kein Russ ablagern kann. Der Winkel des Sichtfeldes ist mit ss bezeichnet.
Um das Endoskop --7-- wirksam gegen zu starke Erwärmung zu schützen, wird dem Gehäuse --13-- durch den Kanal --15-- das Kühlmittel, z. B. Wasser, zugeleitet. Dieses strömt an der Innenseite des Blechzylinders --12-- bis zur Einschnürung --4--, wobei die Kühlmanschette --8-- des Endoskops --7-- ausgiebig gekühlt wird. An der Einschnürung --4-- wird der Kühlmittelstrom umgelenkt und strömt dann nach oben in das untere Gehäuse --10--, aus dem er über den Austrittskanal --11-- abgeleitet wird. Diese Art der Kühlung hat den Vorteil, dass bei ihr auch zusätzlich Lichtleitfasern, welche zur Beleuchtung dienen, in die Haltehülse --3-- eingebaut werden können. Selbstverständlich ist die Kühlmanschette --8-- aus Kupfer oder einem andern, die Wärme gut leitenden Material hergestellt.
Das Endoskop --7-- wird hier also von aussen gekühlt, so dass eine externe Wärmeableitung vorliegt.
Das Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 2 ist der Einrichtung nach Fig. 1 in einigen Einzelheiten ähnlich. Auch dieses Ausführungsbeispiel besitzt eine Adapterhülse-2--, welche in eine Bohrung --1'-- des Zylinderkopfes --1-- eines Verbrennungsmotors eingesetzt ist. Diese Adap-
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terhülse --2-- nimmt eine Haltehülse --3-- auf, welche jedoch an ihrem unteren Ende an einer Stufe --27-- der Stufenbohrung der Adapterhülse --2-- abgestützt und an ihrem oberen Ende mittels einer Überwurfmutter --16--, die auf einen Gewindeabschnitt der Adapterhülse aufgeschraubt ist, festgehalten ist.
Das Endoskop --7-- besitzt hier einen Gewindeabschnitt --17--,
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--3-- eingeschraubtFenster --5-- ist bei diesem Ausführungsbeispiel von einem Rohr gebildet, das gegenüber der Adapterhülse --2-- einen ringförmigen Spalt --26-- bildet und dessen Ende einen Abschluss in Form einer Halbkugelschale-5'-aufweist. Das Sichtfeld des Endoskops --7-- ist seitlich seiner Längsachse angeordnet und mit seiner Achse gegenüber der Längsachse um 700 geneigt.
Dadurch ist es möglich, auch solche Bereiche des Verbrennungsraumes zu erfassen, welche nicht dem Endoskop --7-- unmittelbar gegenüberliegen. Auch hier ist ss der Winkel des Lichtfeldes.
Bei dieser Ausführungsform ist die Kühlung in das Endoskop --7-- integriert. Infolgedessen ist das obere Ende des Endoskops --7-- mit einer Zu-und einer Ableitung --18 bzw. 19-für das Kühlmittel, z. B. für Wasser, ausgestattet.
Von der Einrichtung nach Fig. 3 ist nur deren unteres Ende dargestellt. Auch diese Ein-
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--2--,Haltehülse-3-, die sich mit ihrem unteren Ende an einer Stufe --27-- der Stufenbohrung der Adapterhülse --2-- abstützt. In der Haltehülse --3-- ist ein Fenster --5-- mittels eines Klebstoffes --6-- befestigt. Im Gegensatz zu den beiden vorhergehenden Ausführungsbeispielen besteht hier das Fenster --5-- aus einem zylindrischen Rohr, das jedoch an seinem Ende durch einen ebenen, gegenüber der Rohrachse um 600 geneigten Boden abgeschlossen ist. Innerhalb des Fensters --5-- bzw. der Haltehülse --3-- befindet sich auch hier ein Endoskop --7--, welches von einer Kühlmanschette --8-- umgeben ist.
Diese und das Endoskop --7-- haben von dem Fenster --5-- einen gewissen Abstand und ausserdem ist zwischen Fenster --5-- und der Adapterhülse --2-- ein ringförmiger Spalt --26-- vorgesehen, so dass eine eine Russbildung unterbindende Aufheizung des Fensters möglich ist. Gleichzeitig wird das Endoskop extern auf eine Temperatur gekühlt, welche dessen einwandfreien Betrieb ermöglicht. Ferner ist, wie aus Fig. 3 klar hervorgeht und wie bereits ausgeführt wurde, im Bereich unterhalb des Klebstoffes --6-- zwischen dem Fenster --5-- und der Haltehülse --3-- bzw. zwischen dem Fenster --5-und der Adapterhülse --2-- Spiel vorhanden, welches hier einen Wärmeübergang verhindert.
Da, wie bereits dargelegt worden ist, die Stirnfläche des Fensters --5-- unter einem Winkel von 60 zur Achse des Endoskops --7-- geneigt ist - die Endfläche des letzteren verläuft natürlich gleichfalls unter einem Winkel von 60 zur Endoskopachse -- ist es möglich, mit den Endoskop einen Bereich des Verbrennungsraumes zu erfassen, welcher zwar die Achse des Endoskops noch einschliesst, zu dieser jedoch unter einem Winkel a geneigt verläuft.
Auch Fig. 4 zeigt lediglich das untere Ende der Einrichtung. Bei diesem Ausführungsbeispiel fehlt eine Adapterhülse, wie sie bei den vorhergehenden Ausführungsformen vorhanden war.
Vielmehr ist hier die Haltehülse --3-- unmittelbar in eine Bohrung-- !'-- des Zylinderkopfes-l-des Verbrennungsmotors eingesetzt, wo es auf der Stufe --27-- aufsitzt und mittels des Kragens --28-- zentriert ist. Die Haltehülse --3-- nimmt ein mit einer Kühlmanschette --8--
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gegenüber dem Zylinderkopf-l-einen ringförmigen Spalt --26-- bildet, am unteren Ende der Haltehülse --3-- mittels eines Klebstoffes --6-- befestigt. Das Ende des Endoskops --7-- ist hier jedoch nicht eben ausgebildet, sondern im Querschnitt von einer etwa Z-förmigen Linie begrenzt.
Dies ermöglicht es, die Achse des Sichtfeldes, das hier einen Winkel ss von 80 aufweist, um einen Winkel a von 70 gegenüber der Achse des Endoskops --7-- zu neigen. Im übrigen sind das Endoskop --7-- und seine Kühlmanschette --8-- im Abstand --20-- vom Fenster --5-- angeordnet, so dass eine Wärmeableitung vom Fenster--. 5-- durch unmittelbaren Kontakt der Kühlmanschette --8-- mit dem Fenster nicht stattfinden kann.
Einen ähnlichen Aufbau zeigt die in Fig. 5 dargestellte Einrichtung zum Beleuchten des Verbrennungsraumes. Auch hier ist die Haltehülse --3-- unmittelbar in einer Bohrung
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des Zylinderkopfes-l-untergebracht. Die Bohrung --29-- der Haltehülse --3-- besitzt eine Stufe-30-, an der sich das Fenster --5--, das von einem zylindrischen Rohr und einem ebenen, jedoch gegenüber der Rohrachse geneigten Boden gebildet ist, abstützt. Zwischen dem Zylinderkopf-l-und dem Rohr ist ein Spalt --26-- gebildet. Zur Befestigung des Fensters --5-- in der Haltehülse --3-- dient ein Klebstoff --6--, der in einer ringförmigen Ausnehmung im Inneren der Haltehülse --3-- untergebracht ist.
Selbstverständlich kann das Fenster --5-- auch in diesem Falle aus Quarzglas bestehen. An der Innenseite der schräg zur Achse verlaufenden Bodenfläche befindet sich ein Metallspiegel --21--, welcher die parallel zur Achse verlaufenden Lichtstrahlen um 900 umlenkt und damit ins Innere des Verbrennungsraumes lenkt. Diese Lichtstrahlen stammen von einer Kolbenblitzlampe-22--, welche im Inneren des Fensters --5-- untergebracht ist, jedoch von der Innenwand des Rohres sowie vom Metallspiegel --21-- einen geringen, vorgegebenen Abstand besitzt.
Mit--23 und 23'--sind die Stromzuleitungen für die Kolbenblitzlampe --22-- bezeichnet,
Es wäre jedoch auch möglich, auf den Metallspiegel zu verzichten und an Stelle eines Fensters in Form eines zylindrischen Rohres mit einem schräg zur Rohrachse verlaufenden Boden einen Vollglaszylinder als Fenster zu verwenden, dessen Endfläche schräg zur Zylinderachse verläuft. In diesem Falle muss allerdings der Abschrägungswinkel grösser als der Grenzwinkel für eine Totalreflexion sein.
Die in Fig. 6 dargestellte Einrichtung ist vor allem zur Beleuchtung bestimmt. Sie besitzt eine Adapterhülse --2--, die in eine Bohrung !'- des Zylinderkopfes-l-eingeschraubt ist. Innerhalb der Adapterhülse --2-- befindet sich eine Haltehülse --3--, welche sich an
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In ihrem mittleren Bereich besitzt die Haltehülse --3-- eine Einschnürung --4--, an welcher sich das obere Ende des Fensters --5--, welches hier als Vollzylinder aus Quarzglas ausgebildet ist, abgestützt ist. Die obere Hälfte des Fensters --5-- ist mittels eines Klebstoffes in der Haltehülse --3-- befestigt. Der Klebebereich erstreckt sich dabei von der Einschnürung --4-- bis zu einer weiteren Stufe --25--. Von dieser Stufe --25-- bis zum unteren Ende des Fensters --5-- ist zwischen der Mantelfläche des vollzylindrischen Fensters --5-- und der Haltehülse --3-- ein ringförmiger Spalt --26-- vorhanden, welcher in diesem Bereich einen Wärmeübergang von der Haltehülse --3-- auf das Fenster --5-- verhindert.
Die Beleuchtungseinrichtung, welche beispielsweise aus einer Kolbenblitzlampe oder einem Lichtleiter, z. B. einem Glasfaserbündel, bestehen kann, bzw. die optische Einrichtung ist in dem über der Einschnürung --4-- befindlichen Raum in der Haltehülse --3-- untergebracht. Die von der Beleuchtungsquelle kommenden Strahlen gelangen durch die Bohrung der Einschnürung --4-- sowie durch das Fenster --5-- in den Verbrennungsraum. Umgekehrt gelangen, sofern eine optische Einrichtung vorgesehen ist, die aus dem Verbrennungsraum austretenden Lichtstrahlen durch das Fenster --5-- und die Bohrung in der Einschnürung --4-- z.B. in ein nicht dargestelltes Glasfaserbündel, das sich im Raum oberhalb der Einschnürung befindet und das an ein Endoskop od. dgl. angeschlossen ist.
Selbstverständlich ist die Erfindung keineswegs an die in den Zeichnungen dargestellten und im vorstehenden beschriebenen Ausführungsbeispiele gebunden. Vielmehr sollen auch verschiedene Abänderungen möglich sein, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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