DE102014117359A1

DE102014117359A1 - Infrared measuring arrangement

Info

Publication number: DE102014117359A1
Application number: DE102014117359.7A
Authority: DE
Inventors: Johannes Wüst; Maximilian Fischer
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2014-11-26
Filing date: 2014-11-26
Publication date: 2016-06-02

Abstract

Die vorliegende Erfindung eine Infrarotmessanordnung, insbesondere für eine Zylinderkopfanordnung eines Kraftfahrzeugs mit einem optischen Kanal (12), in dem ein erster optischer Leiter (20) angeordnet ist, einem optischen Element (18), das einem Endabschnitt des ersten optischen Leiters (20) zugeordnet ist, um Infrarotstrahlung (24) von einem Messpunkt (28) in den ersten optischen Leiter (20) einzukoppeln, und einem Infrarotdetektor (14), der dem optischen Kanal (12) zugeordnet ist und der dazu ausgebildet ist, in den optischen Leiter (20) eingekoppelte Infrarotstrahlung (24) zu erfassen, dadurch gekennzeichnet, dass in dem optischen Kanal (12) parallel zu dem ersten optischen Leiter (20) wenigstens ein zweiter optischer Leiter (22) angeordnet ist.The present invention relates to an infrared measuring arrangement, in particular for a cylinder head arrangement of a motor vehicle having an optical channel (12) in which a first optical conductor (20) is arranged, an optical element (18) associated with an end portion of the first optical conductor (20) is to inject infrared radiation (24) from a measuring point (28) in the first optical guide (20), and an infrared detector (14) associated with the optical channel (12) and which is adapted to the optical fiber (14). 20) coupled to detect infrared radiation (24), characterized in that in the optical channel (12) parallel to the first optical conductor (20) at least a second optical conductor (22) is arranged.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Infrarotmessanordnung, insbesondere für eine Zylinderkopfanordnung eines Kraftfahrzeugs, mit einem optischen Kanal, in dem ein erster optischer Leiter angeordnet ist, einem optischen Element, das einem Endabschnitt des ersten optischen Leiters zugeordnet ist, um Infrarotstrahlung von einem Messpunkt in den ersten optischen Leiter einzukoppeln, und einem Infrarotdetektor, der dem optischen Kanal zugeordnet ist und der dazu ausgebildet ist, in den optischen Kanal eingekoppelte Infrarotstrahlung zu erfassen. The present invention relates to an infrared measuring device, in particular for a cylinder head assembly of a motor vehicle, having an optical channel in which a first optical conductor is disposed, an optical element associated with an end portion of the first optical conductor for transmitting infrared radiation from a measurement point to the first optical head and an infrared detector associated with the optical channel and adapted to detect infrared radiation coupled into the optical channel.

Die vorliegende Erfindung betrifft ferner eine Zylinderkopfanordnung für eine Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeugs mit einem Gehäuse, in dem eine Mehrzahl von Elementen angeordnet ist. The present invention further relates to a cylinder head assembly for an internal combustion engine of a motor vehicle with a housing in which a plurality of elements is arranged.

Die Erfindung betrifft schließlich eine Verbrennungskraftmaschine für ein Kraftfahrzeug mit einem Motorblock, der wenigstens einen Zylinder und einen Kolben aufweist. Finally, the invention relates to an internal combustion engine for a motor vehicle with an engine block having at least one cylinder and a piston.

Auf dem Gebiet der Kraftfahrzeugtechnik haben gesetzliche Anforderungen und Kundenforderungen zu verbrauchsärmeren Verbrennungsmotoren geführt, die eine kontinuierlich steigende spezifische Motorleistung aufweisen. Derartig gesteigerte Leistungsdichten führen zu einer Steigerung der Wärmeenergie, die als Verlustwärme vom Brennraum in das Kühlsystem und in die Umgebung abgeführt wird. Durch diese erhöhte Abwärme nimmt auch die thermische Belastung von Komponenten der Verbrennungskraftmaschine zu, wobei vor allem Elemente wie Kolben, Ventile, Zylinderkopf, Abgas, und Turbolader eine gesteigerte thermische Belastung erfahren. In the field of automotive engineering, legal requirements and customer requirements have led to lower-consumption internal combustion engines, which have a continuously increasing specific engine power. Such increased power densities lead to an increase in the heat energy, which is dissipated as heat loss from the combustion chamber in the cooling system and in the environment. As a result of this increased waste heat, the thermal load on components of the internal combustion engine also increases, with elements such as pistons, valves, cylinder head, exhaust gas, and turbochargers experiencing an increased thermal load.

Der steigenden thermischen Belastung wird üblicherweise durch eine erhöhte Kühlung, konstruktive Maßnahmen sowie durch Einsatz höherwertiger Werkstoffe begegnet, um die Zuverlässigkeit der Motoren zu gewährleisten. Dabei sind im Allgemeinen konstruktive Maßnahmen kostengünstiger und höherwertige Werkstoffe teurer, aber mit geringem Konstruktionsaufwand verbunden. The increasing thermal load is usually countered by increased cooling, design measures and by using higher quality materials to ensure the reliability of the motors. In general, constructional measures are more cost-effective and higher-quality materials are more expensive, but associated with little design effort.

Bei der Entwicklung z.B. von Verbrennungskraftmaschinen muss daher unter anderem die Erhitzung der Ventile im realen Motorbetrieb berücksichtigt werden, um bestimmte Temperaturgrenzen nicht zu überschreiten. In the development e.g. For internal combustion engines, therefore, among other things, the heating of the valves in real engine operation must be taken into account so as not to exceed certain temperature limits.

Zur Bestimmung der Temperaturen von bestimmten Elementen im realen Motorbetrieb, wie beispielsweise der Ventile, werden üblicherweise bestimmte Materialien verwendet, deren Veränderungen im Bezug auf die Materialhärte Rückschlüsse auf die Betriebstemperaturen zulassen. Weiterhin werden auch Thermoelemente in bestimmten Elementen der Verbrennungskraftmaschinen integriert, um während des Betriebs Temperaturverteilungen messen zu können. To determine the temperatures of certain elements in real engine operation, such as the valves, certain materials are typically used whose changes in material hardness allow for conclusions about operating temperatures. Furthermore, thermocouples are also integrated in certain elements of the internal combustion engines in order to be able to measure temperature distributions during operation.

Nachteilig dabei ist es, dass der Temperaturmessbereich klein ist, die Messgenauigkeit gering ist und der technische Aufwand zur Messung der Temperatur hoch ist, wobei gleichzeitig die Temperaturmessung unter Umständen nicht unter realen Bedingungen erfolgen kann und dadurch wiederum eine Unsicherheit in Bezug auf die gemessenen Betriebstemperaturen besteht. Ferner kann mit den bekannten Messtechniken zur Temperaturmessung lediglich eine Temperatur in einem vordefinierten Bereich bzw. an einem vordefinierten Punkt gemessen werden, so dass der Punkt bzw. der Bereich mit der höchsten Temperatur im realen Motorbetrieb nicht zuverlässig oder nur mit sehr hohem Aufwand ermittelt werden kann. The disadvantage here is that the temperature measuring range is small, the measurement accuracy is low and the technical complexity for measuring the temperature is high, while the temperature measurement under certain circumstances can not be done under real conditions and thus again there is an uncertainty with respect to the measured operating temperatures , Furthermore, with the known measuring techniques for temperature measurement, only one temperature can be measured in a predefined area or at a predefined point, so that the point or the area with the highest temperature can not be reliably determined in real motor operation or only with great effort ,

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Infrarotmessanordnung bereitzustellen, bei der mit geringem technischen Aufwand Temperaturen an mehreren Messpunkten eines Bereichs präzise unter realen Bedingungen möglich ist. It is therefore the object of the present invention to provide an infrared measuring arrangement in which, with little technical effort, temperatures at a plurality of measuring points of a region are precisely possible under real conditions.

Diese Aufgabe wird bei der eingangs genannten Infrarotmessanordnung dadurch gelöst, dass in dem optischen Kanal parallel zu dem ersten optischen Leiter wenigstens ein zweiter optischer Leiter angeordnet ist. This object is achieved in the infrared measuring arrangement mentioned above in that at least one second optical conductor is arranged in the optical channel parallel to the first optical conductor.

Diese Aufgabe wird bei der eingangs genannten Zylinderkopfanordnung gelöst durch eine Infrarotmessanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung, um eine Temperatur von wenigstens einem der Elemente der Zylinderkopfanordnung zu bestimmen. This object is achieved in the above-mentioned cylinder head assembly by an infrared measuring device according to the present invention to determine a temperature of at least one of the elements of the cylinder head assembly.

Diese Aufgabe wird bei der eingangs genannten Verbrennungskraftmaschine gelöst durch eine Zylinderkopfanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung. This object is achieved in the aforementioned internal combustion engine by a cylinder head assembly according to the present invention.

Dadurch, dass in dem optischen Kanal parallel zu dem ersten optischen Leiter wenigstens ein zweiter optischer Leiter angeordnet ist, kann Infrarotstrahlung von unterschiedlichen Messpunkten unabhängig voneinander in die optischen Leiter eingekoppelt werden und entsprechend unabhängig voneinander erfasst werden, so dass eine Messung von unterschiedlichen Messpunkten möglich ist und entsprechend eine Maximaltemperatur bestimmt werden kann, ohne dass eine Neujustierung oder ein Umbau der Messanordnung notwendig ist. Because at least one second optical conductor is arranged in the optical channel parallel to the first optical conductor, infrared radiation from different measuring points can be coupled independently of one another into the optical conductors and correspondingly detected independently of one another, so that a measurement of different measuring points is possible and a maximum temperature can be determined accordingly without any need for readjustment or modification of the measuring arrangement.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird somit vollständig gelöst. The object of the present invention is thus completely solved.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist das optische Element dazu ausgebildet, Infrarotstrahlung von unterschiedlichen Messpunkten in die unterschiedlichen optischen Leiter einzukoppeln. In a preferred embodiment, the optical element is designed to couple infrared radiation from different measuring points into the different optical conductors.

Dadurch kann mit technisch geringem Aufwand die Infrarotstrahlung von unterschiedlichen Messpunkten unabhängig erfasst werden. As a result, the infrared radiation can be detected independently of different measuring points with little technical effort.

In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Endabschnitte der optischen Leiter derart ausgebildet, dass Infrarotstrahlung von dem optischen Element in die optischen Leiter eingekoppelt wird. In a preferred embodiment, the end portions of the optical conductors are formed such that infrared radiation is coupled from the optical element into the optical conductors.

Dadurch ist eine zuverlässige Übertragung der Infrarotstrahlung von dem Messpunkt bzw. dem optischen Element zu dem Infrarotdetektor möglich, so dass eine zuverlässige unabhängige Erfassung der unterschiedlichen Messpunkte möglich ist. Thereby, a reliable transmission of the infrared radiation from the measuring point or the optical element to the infrared detector is possible, so that a reliable independent detection of the different measuring points is possible.

Es ist weiterhin bevorzugt, wenn die Endabschnitte der optischen Leiter in einer Ebene angeordnet sind. It is furthermore preferred if the end sections of the optical conductors are arranged in one plane.

Dadurch ist eine Übertragung der Infrarotstrahlung mittels des optischen Elements von unterschiedlichen Messpunkten auf die Endabschnitte von unterschiedlichen optischen Leitern mit technisch geringem Aufwand möglich, da lediglich eine einfache Projektion auf die Endabschnitte erfolgen kann. As a result, transmission of the infrared radiation by means of the optical element from different measuring points to the end sections of different optical conductors is technically possible with little effort, since only a simple projection onto the end sections can take place.

Es ist dabei besonders bevorzugt, wenn die Ebene parallel zu dem optischen Element ausgebildet ist. It is particularly preferred if the plane is formed parallel to the optical element.

Dadurch kann eine einfache Projektion der Infrarotstrahlung auf die in der Ebene befindlichen Endabschnitte der optischen Leiter erfolgen. As a result, a simple projection of the infrared radiation onto the in-plane end sections of the optical conductors can take place.

Es ist weiterhin bevorzugt, wenn dem zweiten optischen Leiter ein zweiter Infrarotdetektor zugeordnet ist. It is furthermore preferred if the second optical conductor is assigned a second infrared detector.

Dadurch können die Infrarotstrahlen von den unterschiedlichen Messpunkten gleichzeitig erfasst werden. As a result, the infrared rays from the different measuring points can be detected simultaneously.

Es ist weiterhin bevorzugt, wenn in dem optischen Kanal ein transparentes Dichtelement angeordnet ist, das das optische Element gegenüber der Umgebung gasdicht und fluiddicht abdichtet. It is further preferred if in the optical channel, a transparent sealing element is arranged, which seals the optical element against the environment gas-tight and fluid-tight.

Dadurch können mit technisch geringem Aufwand Messpunkte gemessen werden, die in einem Bereich mit stark schwankenden Drücken, wie zum Beispiel Abgaskanälen, angeordnet sind. As a result, measurement points can be measured with technically little effort, which are arranged in a region with strongly fluctuating pressures, such as exhaust ducts.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist der optische Kanal als geradliniges Rohr ausgebildet und weist eine gas- und fluiddichte Mantelfläche auf. In a preferred embodiment, the optical channel is formed as a straight tube and has a gas and fluid-tight lateral surface.

Dadurch kann der optische Kanal durch Öl und/oder Kühlwasserräume hindurch angeordnet bzw. geführt werden, wodurch eine Infrarotmessung auch an schwer zugänglichen Positionen möglich ist. As a result, the optical channel can be arranged or guided through oil and / or cooling water spaces, as a result of which an infrared measurement is also possible in hard-to-reach positions.

Es ist weiterhin bevorzugt, wenn der zweite optische Leiter von dem ersten optischen Leiter beabstandet ist. It is further preferred if the second optical conductor is spaced from the first optical conductor.

Dadurch sind zuverlässig unabhängige Messungen von unterschiedlichen Messpunkten möglich. As a result, reliable independent measurements of different measuring points are possible.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist das optische Element wenigstens eine Sammellinse auf. In a preferred embodiment, the optical element has at least one converging lens.

Dadurch kann die Infrarotstrahlung von den Messpunkten mit einem großen Abstand auf die optischen Leiter projiziert werden, so dass eine Messung von Messpunkten in einem großen Messfeld möglich ist. As a result, the infrared radiation from the measuring points can be projected onto the optical conductors at a large distance, so that a measurement of measuring points in a large measuring field is possible.

Insgesamt kann durch die erfindungsgemäße Infrarotmessanordnung eine zuverlässige Messung von unterschiedlichen Messpunkten mit technisch geringem Aufwand ermöglicht werden, da durch die separaten parallelen optischen Leiter Infrarotstrahlung von unterschiedlichen Messpunkten dem Infrarotdetektor zugeführt werden kann, so dass eine maximale Temperatur eines Elements oder eines Bereichs mit technisch geringem Aufwand präzise bestimmt werden kann. Overall, a reliable measurement of different measuring points can be made possible with technically low expenditure by the infrared measuring device according to the invention, since infrared radiation from different measuring points can be supplied to the infrared detector by the separate parallel optical conductors, so that a maximum temperature of an element or a region with technically little effort can be precisely determined.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the particular combination given, but also in other combinations or in isolation, without departing from the scope of the present invention.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen: Embodiments of the invention are illustrated in the drawings and are explained in more detail in the following description. Show it:

1 eine schematische Darstellung einer Infrarotmessanordnung zur Temperaturmessung von unterschiedlichen Messpunkten; 1 a schematic representation of an infrared measuring device for measuring the temperature of different measuring points;

2 eine schematische Darstellung der Infrarotmessanordnung zur Temperaturmessung eines Ventils einer Verbrennungskraftmaschine; 2 a schematic representation of the infrared measuring arrangement for measuring the temperature of a valve of an internal combustion engine;

3 eine perspektivische Schnittansicht einer Zylinderkopfanordnung einer Verbrennungskraftmaschine mit einer Infrarotmessanordnung; 3 a sectional perspective view of a cylinder head assembly of an internal combustion engine with an infrared measuring device;

4 einen Temperaturverlauf eines Ventils einer Zylinderkopfanordnung während eines Ventilzyklus; und 4 a temperature profile of a valve of a cylinder head assembly during a valve cycle; and

5 einen Temperaturverlauf eines Ventils einer Zylinderkopfanordnung beim Übergang vom befeuerten Motorbetrieb in die Schubabschaltung. 5 a temperature profile of a valve of a cylinder head assembly in the transition from the fired engine operation in the fuel cut.

In 1 ist eine schematische Schnittansicht einer Infrarotmessanordnung dargestellt und allgemein mit 10 bezeichnet. Die Infrarotmessanordnung 10 weist eine Außenhülse 12 auf, die einen optischen Kanal bildet, wobei an einem axialen Ende der Außenhülse 12 ein transparentes Dichtelement 14 angeordnet ist, das vorzugsweise aus Saphirglas besteht und die Außenhülse 12 bzw. den optischen Kanal nach außen hin gasdicht und fluiddicht abdichtet. In der Außenhülse ist eine Innenhülse 16 angeordnet, die ein optisches Element 18 und eine Mehrzahl von optischen Leitern 20, 22 aufweist. In 1 is a schematic sectional view of an infrared measuring arrangement shown and generally with 10 designated. The infrared measuring arrangement 10 has an outer sleeve 12 on, which forms an optical channel, wherein at one axial end of the outer sleeve 12 a transparent sealing element 14 is arranged, which preferably consists of sapphire crystal and the outer sleeve 12 or the optical channel to the outside gas-tight and fluid-tight seals. In the outer sleeve is an inner sleeve 16 arranged, which is an optical element 18 and a plurality of optical conductors 20 . 22 having.

Zur Temperaturmessung wird Infrarotstrahlung 24, die durch das transparente Dichtelement 14 in den optischen Kanal eindringt, von dem optischen Element 18 auf Endabschnitte der optischen Leiter 20, 22 projiziert, so dass die Infrarotstrahlung 24 durch die optischen Leiter 20, 22 hindurch zu einem Infrarotdetektor 26 geleitet wird, wobei der Infrarotdetektor 26 die Infrarotstrahlung erfasst und entsprechend eine Temperatur des gemessenen Messpunktes bestimmt. For temperature measurement is infrared radiation 24 passing through the transparent sealing element 14 penetrates into the optical channel of the optical element 18 on end portions of the optical conductors 20 . 22 projected so that the infrared radiation 24 through the optical conductor 20 . 22 through to an infrared detector 26 is passed, wherein the infrared detector 26 detects the infrared radiation and determines a corresponding temperature of the measured measuring point.

Das optische Element 18, das als Sammellinse oder als Paket von Linsen mit wenigstens einer Sammellinse ausgebildet ist, projiziert dabei die Infrarotstrahlung 24 von unterschiedlichen Messpunkten 28, 30 auf Endabschnitte von unterschiedlichen der optischen Leiter 20, 22, so dass eine unabhängige Messung der Temperatur der Messpunkt 28, 30 möglich ist. Dabei wird die Infrarotstrahlung 24 von einem zentralen Messpunkt 28 auf einen zentralen optischen Leiter 20 projiziert und Infrarotstrahlung 24 von einem seitlichen Messpunkt 30 wird dabei auf einen optischen Leiter 22 projiziert, der von einer zentralen Achse des optischen Kanals beabstandet ist. Auf diese Weise kann die Infrarotstrahlung 24 von unterschiedlichen Messpunkten 28, 30 separat erfasst, separat an den Infrarotdetektor 24 weitergleitet werden, so dass die Temperatur der Messpunkte 28, 30 unabhängig und berührungslos erfasst werden kann. The optical element 18 , which is designed as a converging lens or as a package of lenses with at least one converging lens, projects the infrared radiation 24 from different measuring points 28 . 30 on end portions of different ones of the optical conductors 20 . 22 , so that an independent measurement of the temperature of the measuring point 28 . 30 is possible. This is the infrared radiation 24 from a central measuring point 28 on a central optical conductor 20 projected and infrared radiation 24 from a lateral measuring point 30 is doing on an optical conductor 22 projected from a central axis of the optical channel. In this way, the infrared radiation 24 from different measuring points 28 . 30 recorded separately, separately to the infrared detector 24 be passed, so that the temperature of the measuring points 28 . 30 can be detected independently and without contact.

Um den zentralen optischen Leiter 20 herum kann eine Vielzahl von weiteren optischen Leitern 22 angeordnet sein, die ein Raster bilden, so dass entsprechend die Messpunkte 28, 30 in Form eines Rasters gleichzeitig erfasst werden können. Die Endabschnitte der optischen Leiter 20, 22 sind vorzugsweise in einer Ebene angeordnet, so dass das optische Element 18 entsprechend Infrarotstrahlung 24 auf die Endabschnitte projizieren kann und die Infrarotstrahlung zuverlässig in die optischen Leiter 20, 22 eingekoppelt werden kann. Around the central optical conductor 20 around can a variety of other optical conductors 22 be arranged, which form a grid, so that corresponding to the measuring points 28 . 30 in the form of a grid can be detected simultaneously. The end portions of the optical conductors 20 . 22 are preferably arranged in a plane, so that the optical element 18 according to infrared radiation 24 can project onto the end sections and the infrared radiation reliably into the optical conductor 20 . 22 can be coupled.

Die Infrarotmessanordnung 10 kann im Allgemeinen einen einzelnen Infrarotdetektor 24 aufweisen, wodurch jedoch lediglich nacheinander die Infrarotstrahlung 24 der unterschiedlichen Messpunkte 28, 30 erfasst werden kann. In einer bevorzugten Ausführungsform ist jeder der optischen Leiter 20, 22 jeweils mit einem separaten Infrarotdetektor 24 verbunden, so dass gleichzeitig Infrarotstrahlung 24 der Messpunkte 28, 30 erfasst und entsprechend die Temperatur der Messpunkte 28, 30 ermittelt werden kann. Durch die besondere Ausführungsform der Infrarotmessanordnung 10 mit der Außenhülse 12 sowie dem transparenten Dichtelement 14 kann die Infrarotmessanordnung auch in Bereichen verwendet werden, die eine hohe Temperatur und einen hohen Gasdruck aufweisen, wie zum Beispiel in Verbrennungskraftmaschinen oder Abgasanlagen sowie Turboladern, um ein entsprechendes Temperaturprofil von unterschiedlichen Messpunkten zuverlässig zu erfassen und eine maximale Temperatur der gemessenen Elemente zu bestimmen. The infrared measuring arrangement 10 can generally use a single infrared detector 24 However, whereby only successively the infrared radiation 24 the different measuring points 28 . 30 can be detected. In a preferred embodiment, each of the optical conductors 20 . 22 each with a separate infrared detector 24 connected, so that at the same time infrared radiation 24 the measuring points 28 . 30 recorded and accordingly the temperature of the measuring points 28 . 30 can be determined. Due to the particular embodiment of the infrared measuring arrangement 10 with the outer sleeve 12 and the transparent sealing element 14 The infrared measuring device can also be used in areas having a high temperature and a high gas pressure, such as in internal combustion engines or exhaust systems and turbochargers, to reliably detect a corresponding temperature profile of different measuring points and to determine a maximum temperature of the measured elements.

In 2 ist eine Anwendung der Infrarotmessanordnung 10 in einer Zylinderkopfanordnung 32 dargestellt zur Messung einer Temperatur eines Ventils 34. Gleiche Elemente sind mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet, wobei hier lediglich die Besonderheiten erläutert sind. In 2 is an application of the infrared measuring arrangement 10 in a cylinder head arrangement 32 shown for measuring a temperature of a valve 34 , The same elements are designated by the same reference numerals, in which case only the special features are explained.

Die Zylinderkopfanordnung 32 weist ein Gehäuse 36 auf, das die Zylinderkopfanordnung 32 nach außen hin begrenzt und wobei innerhalb des Gehäuses 36 eine Mehrzahl von Elementen der Zylinderkopfanordnung 32 aufgenommen sind, die sich im Betrieb entsprechend erwärmen. The cylinder head assembly 32 has a housing 36 on top of that, the cylinder head assembly 32 limited to the outside and being inside the case 36 a plurality of elements of the cylinder head assembly 32 are included, which heat up during operation accordingly.

Die Zylinderkopfanordnung 32 ist mit einem Motorblock 38 verbunden, der in 2 lediglich schematisch in einer Teilansicht dargestellt ist, wobei der Motorblock 38 wenigstens einen Zylinder 40 aufweist. The cylinder head assembly 32 is with an engine block 38 connected in 2 is shown only schematically in a partial view, wherein the engine block 38 at least one cylinder 40 having.

Die Zylinderkopfanordnung 32 weist eine Mehrzahl von Ventilen 34 auf, die einen Brennraum des Zylinders 40 zyklisch öffnen und verschließen, um Verbrennungsgas dem Zylinder 40 zuzuführen bzw. Abgase aus dem Zylinder 40 abzuführen. In 2 ist das Ventil 34 schematisch als Auslassventil des Zylinders 40 dargestellt, das eine Auslassöffnung 42 verschließt, die den Zylinder 40 mit einem Auslasskanal 44 verbindet. The cylinder head assembly 32 has a plurality of valves 34 on, the one combustion chamber of the cylinder 40 cyclically open and close to combustion gas the cylinder 40 feed or exhaust gases from the cylinder 40 dissipate. In 2 is the valve 34 schematically as an outlet valve of the cylinder 40 represented, which has an outlet opening 42 closes the cylinder 40 with an outlet channel 44 combines.

Durch die hohen Leistungsdichten von Verbrennungskraftmaschinen ist die thermische Belastung insbesondere der Auslassventile sehr hoch, so dass während der Entwicklungsphase von Verbrennungskraftmaschinen, insbesondere von Zylinderkopfanordnungen, die reale Betriebstemperatur der Auslassventile regelmäßig gemessen werden muss, um eine zu hohe thermische Belastung im Betrieb des Endprodukts zu vermeiden. Due to the high power densities of internal combustion engines, the thermal load especially the exhaust valves is very high, so that during the development phase of internal combustion engines, especially cylinder head assemblies, the real operating temperature of the exhaust valves must be measured regularly to avoid too high a thermal load in the operation of the final product ,

In 2 ist dem Gehäuse 36 die Außenhülse 12 der Infrarotmessanordnung 10 angeordnet, um Temperaturen von unterschiedlichen Messpunkten 28, 30 des Ventils 34 zu bestimmen. Die Außenhülse 12 ist dabei einer Öffnung 46 in dem Auslasskanal 44 zugeordnet, so dass im Allgemeinen die Infrarotstrahlung 24, die von dem Ventil 34 ausgestrahlt wird, durch das transparente Dichtelement 14 hindurchstrahlt und von der Infrarotmessanordnung 10 im Allgemeinen erfasst werden kann. Der Infrarotdetektor 26 ist mit einer Steuereinheit 48 verbunden, die dazu ausgebildet ist, den Infrarotdetektor 26 zu steuern und auf der Grundlage der erfassten Infrarotstrahlung 24 Temperaturen von unterschiedlichen Messpunkten des Ventils 34 zu bestimmen. In 2 is the case 36 the outer sleeve 12 the infrared measuring arrangement 10 arranged to temperatures of different measuring points 28 . 30 of the valve 34 to determine. The outer sleeve 12 is doing an opening 46 in the exhaust duct 44 assigned, so that in general the infrared radiation 24 coming from the valve 34 is emitted through the transparent sealing element 14 and radiates from the infrared measuring arrangement 10 can be recorded in general. The infrared detector 26 is with a control unit 48 connected, which is adapted to the infrared detector 26 to control and based on the detected infrared radiation 24 Temperatures of different measuring points of the valve 34 to determine.

In dem optischen Kanal ist eine Mehrzahl von optischen Leitern 20, 22 angeordnet, auf die die Infrarotstrahlung von unterschiedlichen Messpunkten 28, 30 projiziert wird und wobei die Infrarotstrahlung durch die optischen Leiter 20, 22 zu dem Infrarotdetektor 26 geleitet wird, um die Infrarotstrahlung 24 entsprechend zu erfassen und eine entsprechende Temperatur an den Messpunkten 28, 30 des Ventils 34 zu bestimmen. In the optical channel is a plurality of optical conductors 20 . 22 arranged on which the infrared radiation from different measuring points 28 . 30 is projected and where the infrared radiation through the optical conductor 20 . 22 to the infrared detector 26 is directed to the infrared radiation 24 to record accordingly and a corresponding temperature at the measuring points 28 . 30 of the valve 34 to determine.

Das transparente Dichtelement 14, das als Saphirglas ausgebildet ist, ist an der Öffnung 46 angeordnet, um das optische Element 18 sowie die optischen Leiter 20, 22 vor hohen Abgastemperaturen und Rußpartikeln in dem Auslasskanal 44 und dem entsprechenden Abgasdruck zu schützen. Das optische Element ist dabei als Sammellinse ausgebildet und kann eine Mehrzahl von unterschiedlichen Linsen aufweisen. Durch das optische Element 18 wird die Infrarotstrahlung 24 von den Messpunkten 28, 30 auf die Endabschnitte der optischen Leiter 20, 22 projiziert, so dass die Infrarotstrahlung 24 in die optischen Leiter eingekoppelt wird und an den Infrarotdetektor 26 geleitet werden kann. The transparent sealing element 14 , which is formed as sapphire crystal, is at the opening 46 arranged to the optical element 18 as well as the optical conductors 20 . 22 before high exhaust gas temperatures and soot particles in the exhaust duct 44 and to protect the corresponding exhaust pressure. The optical element is designed as a converging lens and can have a plurality of different lenses. Through the optical element 18 becomes the infrared radiation 24 from the measuring points 28 . 30 on the end portions of the optical conductors 20 . 22 projected so that the infrared radiation 24 is coupled into the optical fiber and to the infrared detector 26 can be directed.

Die Hülse 12 bzw. der optische Kanal ist als Linearkanal ausgebildet und als langgestrecktes zylindrisches Rohr ausgeführt, dessen Mantelfläche gas- und fluiddicht ist, um den optischen Kanal 24 gegenüber der Umgebung abzudichten. Dadurch kann der optische Kanal auch durch vorhandene Öl- oder Kühlwasseranlagen der Zylinderkopfanordnung 32 hindurchgeführt werden, ohne dass Öl oder Kühlwasser in den optischen Kanal gelangt. Der optische Kanal ist vorzugsweise mit dem Auslasskanal 44 verschweißt. The sleeve 12 or the optical channel is formed as a linear channel and designed as an elongated cylindrical tube whose lateral surface is gas and fluid tight to the optical channel 24 seal against the environment. This allows the optical channel by existing oil or cooling water systems of the cylinder head assembly 32 be passed through without oil or cooling water enters the optical channel. The optical channel is preferably with the outlet channel 44 welded.

In 3 ist eine schematische perspektive Schnittansicht der Zylinderkopfanordnung 32 mit dem Motorblock 38 dargestellt. Gleiche Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wobei hier lediglich die Besonderheiten erläutert sind. In 3 is a schematic perspective sectional view of the cylinder head assembly 32 with the engine block 38 shown. The same elements are designated by the same reference numerals, in which case only the special features are explained.

In der hier gezeigten Schnittansicht ist das Ventil 34 als Auslassventil und ein Ventil 52 als Einlassventil für den Zylinder 40 dargestellt. Die Außenhülse 12 bzw. der optische Kanal ist durch das Gehäuse 36 der Zylinderkopfanordnung 32 hindurchgeführt, so dass die Öffnung 46 in dem Auslasskanal 44 endet und dadurch die Infrarotstrahlung 24 von dem Ventil 34 durch die Öffnung 46 hindurch dem optischen Element 18 und entsprechend den optischen Leitern 20, 22 zugeführt werden kann. Die Außenhülse 12 ist als zylinderförmiges Rohr ausgebildet und durch beispielsweise einen Wassermantel 54 der Zylinderkopfanordnung 32 geführt. Das zylinderförmige Rohr, das die Außenhülse 12 bildet, ist an dem Außenkanal 44 verschweißt, so dass ein Inneres des Auslasskanals 44 beispielsweise gegenüber dem Wassermantel 54 abgedichtet ist. Das transparente Dichtelement 14 ist an der Öffnung 46 angeordnet, so dass die thermische Belastung des optischen Elements 18 und der optischen Leiter 20, 22 reduziert ist und gleichzeitig vor Rußpartikeln geschützt ist. In the sectional view shown here is the valve 34 as an outlet valve and a valve 52 as an inlet valve for the cylinder 40 shown. The outer sleeve 12 or the optical channel is through the housing 36 the cylinder head assembly 32 passed through, leaving the opening 46 in the exhaust duct 44 ends and thereby the infrared radiation 24 from the valve 34 through the opening 46 through the optical element 18 and according to the optical conductors 20 . 22 can be supplied. The outer sleeve 12 is designed as a cylindrical tube and by, for example, a water jacket 54 the cylinder head assembly 32 guided. The cylindrical tube, which is the outer sleeve 12 is at the outer channel 44 welded, leaving an interior of the exhaust duct 44 for example, opposite the water jacket 54 is sealed. The transparent sealing element 14 is at the opening 46 arranged so that the thermal load of the optical element 18 and the optical conductor 20 . 22 is reduced and at the same time protected against soot particles.

Durch die Messung der Temperatur des Ventils 34 an den unterschiedlichen Messpunkten 28, 30 kann mit technisch geringem Aufwand eine Temperaturverteilung und/oder eine maximale Temperatur an dem Ventil 34 bestimmt werden. By measuring the temperature of the valve 34 at the different measuring points 28 . 30 can with little technical effort a temperature distribution and / or a maximum temperature at the valve 34 be determined.

Insgesamt kann somit auch an schwer zugänglichen heißen und beweglichen Elementen mit technisch geringem Aufwand ein Punkt oder Abschnitt der maximalen Temperatur bestimmt werden. Overall, therefore, a point or section of the maximum temperature can be determined even with hard to reach hot and moving elements with little technical effort.

In 4 ist die mittels der Infrarotmessanordnung 10 erfasste Temperatur T des Ventils 34 über einen Ventilzyklus bzw. eine Umdrehung einer Nockenwelle zusammen mit einem Ventilhub H gezeigt. Aus 4 ist ersichtlich, dass durch die Messanordnung mittels des Infrarotdetektors 26 starke Temperaturgradienten insbesondere zu Beginn des Öffnungsvorgangs des Ventils 34 sowie hohe absolute Temperaturen des Ventils 34 gemessen werden können und somit eine kontinuierliche Erfassung der thermischen Belastung der Ventile 34, 52 möglich ist. In 4 is that by means of the infrared measuring arrangement 10 detected temperature T of the valve 34 shown over a valve cycle or a revolution of a camshaft together with a valve lift H. Out 4 it can be seen that by the measuring arrangement by means of the infrared detector 26 strong temperature gradients, especially at the beginning of the opening process of the valve 34 as well as high absolute temperatures of the valve 34 can be measured and thus a continuous recording of the thermal load of the valves 34 . 52 is possible.

Die hier dargestellten großen Temperaturgradienten sind dadurch messbar, dass hier ein masseloses Messverfahren auf der Grundlage von den Infrarotstrahlen 24 verwendet wird. The large temperature gradients shown here are measurable by the fact that here a massless measuring method based on the infrared rays 24 is used.

In 5 ist die erfasste Temperatur T des Ventils 34 für sechs Ventilzyklen dargestellt, wobei ein Bereich, in dem das Ventil 34 geöffnet ist, durch einen horizontalen Balken 54 angedeutet ist. In 5 ist der Übergang von einem befeuerten Motorbetrieb während der ersten drei Ventilzyklen auf eine Schubabschaltung der drei folgenden Ventilzyklen gezeigt. Wie in 5 dargestellt, kann mittels der Infrarotmessung eine präzise Temperaturerfassung erfolgen, wobei sogar große Temperaturgradienten im befeuerten Motorbetrieb gemessen werden können. In 5 is the detected temperature T of the valve 34 shown for six valve cycles, with an area in which the valve 34 is opened by a horizontal bar 54 is indicated. In 5 the transition from a fired engine operation during the first three valve cycles to a fuel cut of the three following valve cycles is shown. As in 5 shown, can be done by means of infrared measurement precise temperature detection, even large temperature gradients in the fired engine operation can be measured.

Insgesamt kann durch die Temperaturmessung mittels des Infrarotdetektors 26 eine präzise Temperaturmessung von Elementen der Zylinderkopfanordnung 32 bereitgestellt werden. Overall, by the temperature measurement by means of the infrared detector 26 a precise temperature measurement of elements of the cylinder head assembly 32 to be provided.

Claims

Infrared measuring arrangement ( 10 ), in particular for a cylinder head arrangement ( 32 ) of a motor vehicle, comprising: - an optical channel ( 12 ), in which a first optical conductor ( 20 ), - an optical element ( 18 ), which is connected to an end section of the first optical conductor ( 20 ) is assigned to infrared radiation ( 24 ) from a measuring point ( 28 ) in the first optical conductor ( 20 ), and - an infrared detector ( 14 ), the optical channel ( 12 ) and which is adapted to be in the optical conductor ( 20 ) coupled infrared radiation ( 24 ), characterized in that in the optical channel ( 12 ) parallel to the first optical conductor ( 20 ) at least one second optical conductor ( 22 ) is arranged.

Infrared measuring arrangement according to claim 1, characterized in that the optical element ( 18 ) is adapted to infrared radiation ( 24 ) of different measuring points ( 28 . 30 ) in the different optical conductors ( 20 . 22 ).

Infrared measuring arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that end sections of the optical conductors ( 20 . 22 ) are formed such that infrared radiation ( 24 ) of the optical element ( 18 ) in the optical conductors ( 20 . 22 ) is coupled.

Infrared measuring arrangement according to one of Claims 1 to 3, characterized in that the end sections of the optical conductors ( 20 . 22 ) are arranged in a plane.

Infrared measuring arrangement according to claim 4, characterized in that the plane parallel to the optical element ( 18 ) is trained.

Infrared measuring arrangement according to one of claims 1 to 5, characterized in that the second optical conductor ( 22 ) a second infrared detector ( 24 ) assigned.

Infrared measuring arrangement according to one of claims 1 to 6, characterized in that in the optical channel ( 12 ) a transparent sealing element ( 14 ), which is the optical element ( 18 ) seals against the environment gas-tight.

Infrared measuring arrangement according to one of claims 1 to 7, characterized in that the optical channel ( 12 ) is designed as a straight tube and has a gas and fluid-tight lateral surface.

Infrared measuring arrangement according to one of claims 1 to 8, characterized in that the second optical conductor ( 22 ) from the first optical conductor ( 20 ) is spaced.

Infrared measuring arrangement according to one of claims 1 to 9, characterized in that the optical element ( 18 ) has at least one converging lens.

Cylinder Head Assembly ( 32 ) for an internal combustion engine of a motor vehicle, with a housing ( 36 ) in which a plurality of elements ( 34 ) and with an infrared measuring arrangement ( 10 ) according to one of claims 1 to 10, to a temperature (T) of at least one of the elements ( 34 ) of the cylinder head assembly ( 32 ).