DE19955619A1

DE19955619A1 - Vorrichtung zur Überwachung der Verbrennung in Verbrennungsmotoren

Info

Publication number: DE19955619A1
Application number: DE1999155619
Authority: DE
Inventors: Horst Prilop; Hans-Dieter Schuster
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 1999-11-19
Filing date: 1999-11-19
Publication date: 2001-05-31
Anticipated expiration: 2019-11-20
Also published as: DE19955619B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Überwachung der Verbrennung in mindestens einem Brennraum (1) eines Verbrennungsmotors (2). Zur Erfassung der Intensität der zyklischen Verbrennungsvorgänge in dem Brennraum (1) werden eine Mehrzahl von optischen Sonden (3) um einen Träger (5) zusammengefaßt. Der Träger (5) wird mit den optischen Sonden (3) an beliebigen Positionen im Brennraum (1) eines jeden Zylinders des Verbrennungsmotors (2) angeordnet. Vorzugsweise wird der Träger (5) mit den optischen Sonden (3) um die Zündkerze im Brennraumdach angeordnet. Die Sonden (3) erfassen jeweils einen Raumsektor (8) des Brennraumes (1).

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Überwachung der Verbrennung in Brennräumen von Verbrennungsmotoren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine optische Sonde zum Erfassen der Strahlen von Verbren nungsvorgängen, vorzugsweise in Brennräumen von Verbren nungsmotoren, ist aus der DE 197 10 654 bekannt. Zur Erfas sung der Strahlen der Verbrennungsvorgänge wird ein opti scher Stab vorgeschlagen, der in einem Trägergehäuse auf ge nommen in den Brennraum des Verbrennungsmotors hineinragt. An der dem Brennraum zugekehrten Fläche weist der optische Stab eine konvexe Wölbung mit in den Ebenen gleicher oder ungleicher Krümmung auf. Der optische Stab ist vorzugsweise als Saphir- oder Quarzstab ausgebildet. Der optische Stab ist dabei mit seinem Erfassungsbereich auf einen Raumsektor des Brennraums ausgerichtet, der für den Verbrennungsablauf und die auszuwertenden Flamm- und Partikelerscheinungen si gnifikant ist. Der hintere Teil des optischen Stabes weist eine Anschlußanordnung für ein Glasfaserkabel auf.

Aus der DE 196 16 744 ist ein Verfahren und eine Einrich tung zum Erfassen klopfender Verbrennung mittels einer op tischen Sonde in Brennräumen von Verbrennungsmotoren be kannt. Das offenbarte Verfahren und die Einrichtung ist hierbei unabhängig von der Lichtintensität und damit von der Verschmutzung der Flächen der eingesetzten optischen Sonden im Brennraum. Hierbei wird die bei der Verbrennung im Brennraum erzeugte Lichtintensität integriert und eine klopfende Verbrennung am frühen Erreichen eines signifikan ten Wertes des Integrals der erfaßten Lichtmenge und am Lichtintensitätsverlauf in Abhängigkeit vom Kurbelwinkel erkannt.

Bei der Anwendung einer einzigen optischen Sonde im Brenn raum einer Verbrennungskraftmaschine ist es nachteilig, daß diese stets lediglich einen Summenwert des Intensitätsver laufs der Verbrennung erfaßt und somit die Diagnostik des Verbrennungsvorganges auf diesem Summenwert beruht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Überwachung der Verbrennung in Brennräumen von Verbren nungsmotoren der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Gattung zu schaffen, durch das die Diagnose des Verbren nungsvorganges verbessert wird.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Die Vorrichtung zur Überwachung der Verbrennung in Brenn räumen von Verbrennungsmotoren ermöglicht ein Erfassen des Verbrennungsvorganges in räumlich diskret aufgeteilten Sek toren von beliebigen Orten im Brennraum. Hierzu ist ein Träger für eine variable Zahl an optischen Sonden in dem Brennraum hineinragend angeordnet. Vorzugsweise ist der Träger mit den optischen Sonden im Brennraumdach angeordnet und die Sonden symmetrisch um die Zündkerze angeordnet. Die Sonden sind zweckmäßig als optischer Stab aus Saphir- oder Quarzglas ausgebildet und mit ihrer dem Brennraum zugekehr ten Stirnseite mit einer Aufnahmeoptik in Form von konvexen Oberflächen ausgebildet. Die optischen Sonden erfassen so mit gleiche Raumsektoren des Brennraumes über dessen gesam ten Umfang. Es ist zweckmäßig, daß die Raumsektoren gegen seitig überlagert sind. Durch diese konstruktive Maßnahme ist sichergestellt, daß eine gewisse Redundanz in der Er fassung der Verbrennungsvorgänge bei Ausfall einer Sonde gegeben ist.

Die erfaßte Strahlung wird mit Glasfaserkabeln einem optoelektrischen Wandler zugeführt und in elektrische Meß werte gewandelt. Die elektrischen Meßwerte werden von einer Auswerteelektronik zur Erzeugung von kennzeichnenden Wer ten, z. B. des Klopfens, herangezogen. Mit Hilfe der Vor richtung ist es möglich, den Verbrennungsvorgang räumlich in diskret aufgeteilten kleinen Zonen des Brennraumes zu analysieren. Zum einen läßt sich dadurch die Verbrennung von Kraftstoff/Luft-Gemisch in einem Verbrennungsmotor ana lysieren und verbessern und zum anderen zylinderspezifische Erkenntnisse über den Verbrennungsvorgang und den Flammen fortschritt gewinnen, die wiederum z. B. zur Vermeidung von Klopfen des Verbrennungsmotors herangezogen werden können.

Ein Ausführungsbeispiel ist nachstehend anhand der Zeich nung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Zylinder eines Ver brennungsmotors mit einer erfindungsgemäßen Vorrich tung im Brennraum des Zylinders,

Fig. 2 einen Querschnitt durch die erfindungsgemäße Vor richtung in Fig. 1.

In Fig. 1 ist ein Längsschnitt durch einen Zylinder 10 ei nes Verbrennungsmotors 2 gezeigt. Ein Kolben 11 zur hin- und hergehenden Bewegung im Zylinder 10 begrenzt den Brenn raum 1 auf seiner dem Brennraumdach 6, insbesondere einem Zylinderkopf gegenüberliegenden Seite. Ein Träger 5 faßt acht optische Sonden 3, die wie in Fig. 2 gezeigt, um den Träger 5 angeordnet sind, zusammen. Der zylinderförmige Träger 5 ragt durch das Brennraumdach 6 des Verbrennungsmo tors 2. Die optischen Sonden 3 am Träger 5 weisen eine dem Brennraum 6 zugewandte Aufnahmeoptik auf. Die Aufnahmeoptik ist geeignet, einen in Bezug zu einer Zylinderlängsachse 12 vertikalen Ebene kreissegmentförmigen Erfassungsbereich oder Raumsektor 8 zu generieren. Vorteilhaft umschließt der Träger 5 die Zündkerze 7. Durch diese konstruktive Ausge staltungsform ist es ermöglicht, die Ausbreitung der Flam menfront ausgehend von der Zündkerze 7 mit den optischen Sonden 3 zu erfassen. Insbesondere Unregelmäßigkeiten in der zeitlichen und räumlichen Ausdehnung der Flammfront sind mit der gezeigten Vorrichtung genau detektierbar.

Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch die erfindungsgemäße Vorrichtung in Fig. 1. Der zylinderförmige Träger 5 zur me chanischen Festlegung der optischen Sonden 3 um dessen Um fang ragt konzentrisch in Bezug auf den Zylinder 10 durch dessen Brennraumdach. Um den Träger 5 wird eine Anzahl op tischer Sonden 3 angeordnet. Die optischen Sonden 3 münden in je ein Glasfaserkabel 13. Die Glasfaserkabel 13 sind in einem optoelektronischen Wandler 4 zusammengeführt. Der optoelektronische Wandler 4 generiert elektrische Meßwerte insbesondere zur Erzeugung von kennzeichnenden Werten des Klopfens der Verbrennungsmotors. In Bezug auf die gezeigte Schnittebene ist jeder optischen Sonde 3 ein Raumsektor 8, welcher in dem gezeigten Ausführungsbeispiel einen Winkel von 90° aufspannt, zugeordnet. Mit der Summe aller opti schen Sonden 3 ist es somit ermöglicht, die Lichtintensität des Verbrennungsvorganges in räumlich diskret getrennten Sektoren 8 um den ganzen Umfang 9 des Brennraumes 1 zu er fassen.

In dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Sektoren 8 gegenseitig überlagert. Dies gewährleistet bei Ausfall ein zelner Sensoren eine Redundanz in der räumlichen Erfassung des Verbrennungsvorganges. Zweckmäßig kann es hierbei sein, insbesondere zu Versuchszwecken die Anzahl der optischen Sonden 3 im Träger 5 größer als in dem gezeigten Ausfüh rungsbeispiel zu wählen. Durch diese konstruktive Maßnahme ist es beispielsweise möglich, sehr detailliert den Ver brennungsvorgang in kleinen Raumsegmenten des Brennraumes 1 zu untersuchen.

Claims

1. Vorrichtung zur Überwachung der Verbrennung in minde stens einem Brennraum (1) eines Verbrennungsmotors (2) mit optischen Sonden (3) zur Erfassung der Intensität der zyklischen Verbrennungsvorgänge in dem Brennraum (1), mit einem optoelektronischen Wandler (4) zur Um setzung der Strahlung der Verbrennungsvorgänge in elektrische Meßwerte, wobei die elektrischen Meßwerte zur Erzeugung von kennzeichnenden Werten des Klopfens herangezogen werden, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere optische Sonden (3) an einem Träger (5) zusammengefaßt sind, die Son den (3) mit dem Träger (5) in den Brennraum (1) des Verbrennungsmotors (2) hineinragen und jede Sonde (3) einen Raumsektor (8) des Brennraumes (1) erfaßt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (5) im Brenn raumdach (6) angeordnet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (5) zylindrisch ausgebildet ist und eine Zündkerze (7) umschließt.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Sonden (3) Raum sektoren (8) gleicher Größe und/oder gleicher Öff nungswinkel erfaßt sind.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Meßwerte über den ganzen Umfang (9) des Brennraums (1) gene riert sind.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Raumsektoren (8) der Sonden (3) zumindest in Teilbereichen gegenseitig überlagert sind.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (5) einstückig mit der Zündkerze (7) oder als integraler Bestandteil der Zündkerze (7) ausgebildet ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Sonden (3) als opti scher Stab mit Saphir- oder Quarzglas ausgebildet sind.