-
Die
Erfindung betrifft ein Absorptionssensor zum Einbau in die Brennkammer
einer Verbrennungseinrichtung, z. B. in den Brennraum eines Motors.
-
Für die Entwicklung
und Optimierung insbesondere motorischer Brennverfahren werden Sensoren
benötigt,
durch die die Messdaten direkt aus dem Brennraum des laufenden Motors
ermittelt werden können.
Ein solcher Absorptionssensor, z. B. als faseroptischer Sensor,
ermöglicht
die Erfassung der Kraftstoffkonzentration im Brennraum und daraus
abgeleitet des Luft-/Kraftstoffverhältnisses. Alternativ kann durch
einen solchen faseroptischen Sensor auch die Restgaskonzentration
erfasst werden. Solche direkt am Zündort gewonnenen Daten liefern
detaillierte Aussagen, u. a. über
die Zündfähigkeit
der Ladung und stellen zentrale innermotorische Kenngrößen für den Motorentwickler
dar.
-
Aus
der
DE 10 2004
057 609.2 A1 ist eine Vorrichtung zur Ermittlung laserinduzierter
Emission elektromagnetischer Strahlung von in einem Brennraum befindlicher
Gase oder Gemische hieraus bekannt, und zwar insbesondere eines
Kraftstoff-/Luftgemisches in einem Brennraum, wobei der Brennraum
eine Öffnung
aufweist, wobei die Vorrichtung einen auf der Öffnung aufsitzenden Kopf umfasst,
wobei der Kopf einerseits einen Lichtleiter zum Einkoppeln von Licht
durch die Öffnung
in den Brennraum besitzt und andererseits einen Empfangskanal zur Aufnahme
der emittierten elektromagnetischen Strahlung. Ein solcher Sensor
ist Bestandteil einer Zündkerze,
so dass unmittelbar im Bereich der Zündkerze die entsprechenden
Messungen vorgenommen werden können.
-
Nun
sind allerdings auch Anwendungsbereiche bekannt, bei denen, aus
welchen Gründen
auch immer, sei es, weil der Durchmesser für die Zündkerze zu gering ist, als
dass diese noch einen Sensor aufnehmen könnte, oder aber weil bestimmte
Messdaten nicht unmittelbar im Bereich der Zündkerze erfasst werden sollen,
der Absorptionssensor gesondert im Brennraum angeordnet werden muss.
In diesem Zusammenhang ist bereits bekannt, solche Sensoren an verschiedenen
Stellen im Brennraum unterzubringen, wobei die Gehäuse derartiger
Sensoren nach einem internen Standard zum Eindrehen in das Motorgehäuse ein
Feingewinde M 5 aufweisen.
-
Ein
Absorptionssensor ist ein Sensor, mit welchem die Schwächung des
Lichts über
eine bestimmte Wegstrecke ermittelt wird. Das heißt, es wird ermittelt,
wie viel Licht durch das im Brennraum befindliche Gemisch absorbiert
wird, um daraus Rückschlüsse auf
die Kraftstoffkonzentration und daraus abgeleitet, auf das Luft-/Kraftstoffverhältnis im
Brennraum zu ziehen oder auch die Restgaskonzentration im Brennraum
zu ermitteln. Ebenfalls mittels eines Absorptionssensors können im Übrigen auch
Rückschlüsse auf
die im Brennraum herrschenden Temperaturen gezogen werden.
-
Bestandteil
eines solchen Absorptionssensors ist eine in einem Gehäuse angeordnete
Spiegeloptik. Der Spiegel befindet sich im Boden des Gehäuses, wobei
der Mantel des Gehäuses
zumindest eine Öffnung
aufweist, wobei durch die Öffnung
des Gehäuses
die im Brennraum befindlichen Gase oder Gasgemische durch die Öffnung in
das Spiegelgehäuse
gelangen. Diese Gase oder Gasgemische schwächen das in das Spiegelgehäuse eingekoppelte
Licht, das von dem am Boden befindlichen Spiegel des Spiegelgehäuses reflektiert
wird, und wobei das Maß der
Schwächung
durch eine Messeinrichtung ermittelt wird.
-
Das
Gehäuse
der Spiegeloptik muss einen Durchmesser von mindestens 3 mm aufweisen,
was sich aus der Länge
der benötigten
Absorptionsstrecke und dem Abstrahlwinkel der typischerweise eingesetzten
Faseroptik ergibt. Der Außendurchmesser des
Absorptionssensors ist definiert durch den Durchmesser des Gewindes
M 5. Ein Gewinde M 5 hat in Abhängigkeit
von der Art des Gewindes einen Kerndurchmesser von etwa 4,2 mm.
Abzüglich
der 3 mm für
das Spiegelgehäuse
ergibt sich somit ein Überstand
von 1,2 mm.
-
Ein
Absorptionssensor nach dem Stand der Technik zeichnet sich im Einzelnen
dadurch aus, dass das Spiegelgehäuse
am oberen Ende einen Bund aufweist, wobei das Spiegelgehäuse im Bereich
des Bundes eine Öffnung
zur Aufnahme eines Ansatzes eines Grundgehäuses des Absorptionssensors
besitzt, wobei das Grundgehäuse
mit einer Schulter gegen den Bund des Spiegelgehäuses lehnt. Gehalten wird sowohl
das Grundgehäuse
als auch das Spiegelgehäuse
durch eine mit einem Außengewinde
M 5 versehene Überwurfhülse, wobei die Überwurfhülse im Bereich
des Bundes für
das Spiegelgehäuse
eine entsprechende Öffnung
für das Spiegelgehäuse besitzt,
und darüber
hinaus ebenfalls mit einem Absatz versehen ist, an dem sich der Bund
des Spiegelgehäuses
abstützt.
Das Grundgehäuse
ist in der Überwurfhülse gepresst
gehalten, und hält
hierdurch auch das Spiegelgehäuse.
-
Die
Herstellung der einzelnen Bauteile für einen solchen Absorptionssensor
ist sehr aufwendig, insbesondere deshalb, weil die Wandstärken äußerst gering
sind. So beträgt
die Wandstärke
der Überwurfhülse knapp
0,3 mm. Ein solcher Sensor ist daher kaum als robust zu bezeichnen,
weshalb ein lebhaftes Interesse daran besteht, einen einfachen Aufbau für einen
robusten Sensor bereitzustellen, der zum einen die Herstellung preiswerter
gestaltet, und zum anderen darüber
hinaus den Austausch des Spiegelgehäuses erleichtert.
-
In
diesem Zusammenhang ist festzuhalten, dass das Spiegelgehäuse, wie
bereits zu eingangs erläutert,
in den Brennraum des Motors hineinragt. Innerhalb kürzerer Zeit
ist der Spiegel verrußt,
weshalb ein häufiger
Austausch des Spiegelgehäuses erforderlich
ist.
-
Ein
Absorptionssensor, der den obigen Prämissen genügt, und der zum Einbau in die
Brennkammer einer Verbrennungseinrichtung, z. B. in den Brennraum
eines Motors, geeignet ist, wobei der Absorptionssensor ein Sensorgehäuse umfasst,
das von dem Brennraumgehäuse
der Verbrennungseinrichtung, z. B. einen Motorgehäuse, aufnehmbar
ist, und wobei das Sensorgehäuse
ein Spiegelgehäuse und
ein damit verbundenes Grundgehäuse
umfasst, zeichnet sich dadurch aus, dass durch das Grundgehäuse das
Spiegelgehäuse
in dem Motorgehäuse gehalten
ist. Im Gegensatz zum Stand der Technik erfolgt die Fixierung des
Spiegelgehäuses
am Grundgehäuse
in Verbindung mit dem Motorgehäuse.
So werden nun nicht mehr drei Bauteile erforderlich, wie beim Stand
der Technik, sondern lediglich zwei Bauteile, so dass sich insofern
wesentliche Vorteile in Bezug auf die Fertigung ergeben, da die Durchmesser
der einzelnen Bauteile und auch die Wandstärken wesentlich größer gestaltet
sein können.
-
Der
erfindungsgemäße Absorptionssensor ist
insofern auch wesentlich robuster. Darüber hinaus ist das Spiegelgehäuse auch
auf einfache Weise austauschbar, da lediglich das Grundgehäuse aus dem
Motorgehäuse
herausgedreht werden muss, um dann das Spiegelgehäuse austauschen
zu können, das
mit seinem Ende im eingebauten Zustand in den Brennraum des Motors
hineinragt.
-
Weitere
vorteilhafte Merkmale zu der Erfindung sind den Unteransprüchen zu
entnehmen.
-
So
ist insbesondere vorgesehen, dass das Spiegelgehäuse einen Bund aufweist, der
insbesondere umlaufend ausgebildet ist, wobei der Bund des Spiegelgehäuses an
einem entsprechenden Absatz des Motorgehäuses anliegt, und durch das
Grundgehäuse
gegen den Absatz des Motorgehäuses
gepresst gehalten wird. Es ist demzufolge auch lediglich eine einzige
Dichtfläche
erforderlich, und zwar im Bereich der Auflage des Bundes des Spiegelgehäuses zum
Absatz des Motorgehäuses.
-
Die
Ausbildung des Spiegelgehäuses
ist zylindrisch getroffen, wobei das Spiegelgehäuse eine Öffnung aufweist, wobei der
Boden des Spiegelgehäuses
einen Spiegel zeigt, wobei das Spiegelgehäuse im Übergang zum Grundgehäuse eine
Durchlassöffnung
für das
in das Spiegelgehäuse
einzukoppelnde Licht besitzt. Das Spiegelgehäuse ist auf seinem zylindrischen
Mantel mit einer Öffnung,
insbesondere mit einer durchgehenden Öffnung versehen, damit das
im Brennraum befindliche Gas bis in das Gehäuse der Spiegeloptik, also über den
Spiegel gelangen kann. Das heißt,
durch die Durchlassöffnung wird
das Licht in das Innere des Spiegelgehäuses eingekoppelt, das dann
schlussendlich von dem Spiegel im Boden des Spiegelgehäuses reflektiert wird,
um dann einer Messeinrichtung zugeführt zu werden, um zu ermitteln,
welche Schwächung
das Licht im Bereich des Spiegelgehäuses erfahren hat.
-
Um
nun zu verhindern, dass die im Brennraum befindlichen Gase in das
Grundgehäuse
gelangen können,
ist der Übergang
im Bereich der Durchlassöffnung
in dem Grundgehäuse
mit einem Fenster verschließbar.
-
Im
Einzelnen ist des Weiteren vorgesehen, dass das Grundgehäuse einen
Ansatz aufweist, mit welchem das Grundgehäuse in die Durchlassöffnung des
Spiegelgehäuses
hineinragt, wobei im Übergang vom
Ansatz zu dem Spiegelgehäuse
das Fenster vorgesehen ist. Durch diesen Ansatz, der in das Spiegelgehäuse hineinragt,
findet sowohl eine Zentrierung des Spiegelgehäuses als auch eine Fixierung
des Spiegelgehäuses
an dem Grundkörper
zum Zwecke der Montage statt, insbesondere dann, wenn zwischen dem
Ansatz und dem Spiegelgehäuse
eine leichte Presspassung besteht. Das Grundgehäuse besitzt darüber hinaus
ein Außengewinde,
mit welchem das Grundgehäuse
in das Motorgehäuse
eindrehbar ist.
-
Anhand
der Zeichnungen wird zum einen die Erfindung und zum anderen der
Stand der Technik näher
erläutert.
-
1 zeigt
den erfindungsgemäßen Absorptionssensor
schematisch im Einbauzustand im Motorgehäuse;
-
2 zeigt
einen Absorptionssensor nach dem Stand der Technik im eingebauten
Zustand im Motorgehäuse.
-
Gemäß 2 ist
der mit 1 bezeichnete Absorptionssensor mit dem Lichtleiter 9 in
dem Motorgehäuse 2 befestigt.
Hierzu weist die Bohrung 2a im Motorgehäuse 2 ein Gewinde
mit endseitigem Bund 2b auf, wobei korrespondierend hierzu
der Sensor ebenfalls ein Außengewinde
besitzt. Der Sensor 1 selbst umfasst das Spiegelgehäuse 3,
die Überwurfhülse 4 sowie
das Grundgehäuse 5 des
Sensorgehäuses
Die Überwurfhülse 4 liegt
mit ihrem Absatz 4a an dem Bund 2b an. Das Grundgehäuse 5 besitzt
einen zentrischen Ansatz 5a, wobei um den zentrischen Ansatz 5a herum
das Spiegelgehäuse 3 mit dem
Spiegel 8 angeordnet ist. Im Bereich des Übergangs
des Grundgehäuses 5 zum
Spiegelgehäuse befindet
sich das mit 7 bezeichnete Fenster, welches am Grundgehäuse 5 befestigt
ist.
-
Das
Spiegelgehäuse 3 nach
dem Stand der Technik umfasst einen Bund 3a, der an dem
Absatz 4a der Überwurfhülse 4 anliegt.
Die Überwurfhülse 4 nimmt
das Grundgehäuse 5 in
Form einer leichten Presspassung auf, wobei durch das Grundgehäuse 5 in
Verbindung mit der Überwurfhülse 4 das
Spiegelgehäuse 3 fixiert
ist.
-
Wesentlich
ist nun, dass die Herstellung dieses Sensors überaus aufwendig ist, und zwar
deshalb, weil die Wandstärke
der Überwurfhülse nicht mehr
als 0,3 mm aufweist. Diese 0,3 mm Wandstärke werden darüber hinaus
noch einmal um die Höhe
des Gewindes reduziert. Dies unter der Voraussetzung, dass das Außengewinde
des Sensors ein Feingewinde M5 ist. Nachteilig ist allerdings nicht
nur die geringe Wandstärke
der einzelnen Bauteile, sondern darüber hinaus auch, dass der Austausch
des Spiegelgehäuses
relativ aufwendig ist.
-
Bei
der in 1 dargestellten erfindungsgemäßen Ausführung des Absorptionssensors 10 ist hingegen
ein Grundgehäuse 14 vorgesehen,
wobei das Grundgehäuse 14 einen
Durchmesser für
ein M 5 Außengewinde
besitzt. Das Grundgehäuse 14 zeigt
darüber
hinaus einen zentrischen Ansatz 14a, der in das mit 13 bezeichnete
Spiegelgehäuse
hineinragt. Der zentrische Ansatz 14a ist von einem geringeren
Querschnitt als das Grundgehäuse 14,
wobei sich insofern eine umlaufende Schulter 14b bildet.
An dieser Schulter 14b liegt der Bund 13a des Spiegelgehäuses 13 an,
wobei sich der Bund auf der gegenüberliegenden Seite an dem Bund 12a des
Motorgehäuses 12 abstützt.
-
Das
Spiegelgehäuse 13 besitzt
die durchgehende Öffnung 15,
und darüber
hinaus im Boden des Gehäuses
den Spiegel 16. Der Ansatz 14a zeigt darüber hinaus
im Übergang
zu der Durchlassöffnung 17 des
Spiegelgehäuses
ein Fenster 18. Mit dem Spiegelgehäuse 13 ragt der insgesamt
mit 10 bezeichnete Sensor in den Brennraum des Motors.
In dem Gehäuse
befinden sich die Lichtleiter 19.
-
Für die Montage
wird nun derart vorgegangen, dass in die Öffnung 11 im Motorgehäuse 12 zunächst das
Spiegelgehäuse 13 eingesetzt
wird, alsdann das Grundgehäuse 14 des
Sensors in die mit einem Innengewinde versehene Öffnung 10 eingeschraubt
wird, und hierdurch das Spiegelgehäuse bei Anlage des Spiegelgehäuses mit
dem Bund 13a an dem Bund 12a des Motorgehäuses das
Spiegelgehäuse
fixiert ist. Die Abdichtung erfolgt im Bereich der Anlage des Bundes 13a des
Spiegelgehäuses 13 an dem
Bund 12a des Motorgehäuses 12.