DE3042399A1

DE3042399A1 - Sensoranordnung

Info

Publication number: DE3042399A1
Application number: DE19803042399
Authority: DE
Inventors: Klaus Dr. 7146 Tamm Müller; Franz Ing.(grad.) 7080 Aalen Rieger
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1980-01-18
Filing date: 1980-11-11
Publication date: 1982-06-24

Description

Sensoranordnung
Stand der Technik Die Erfindung geht aus von einer Sensoranordnung nach der Gattung des Hauptanspruches.
Es ist bekannt, die im Brennraum einer Brennkraftmaschine ablaufenden Verbrennungsvorgänge während des Betriebes der Brennkraftmaschine nach verschiedenen Gesichtspunkten unter Erfassung verschiedenartiger physikalischer Parameter zu erfassen. Hierzu gehört beispielsweise die Erfassung der zeitlichen und räumlichen Ausbreitung des Verbrennungsvorganges, die Erfassung des Zündzeitpunktes, die Erfassung von Einspritzvorgängen sowie die Ausmessung von irregulären Verbrennungen.
Zu diesen irregulären Verbrennungen gehört das sogenannte "Klopfen", das bei Brennkraftmaschinen unter bestimmten Arbeitsbedingungen auftritt. Man versteht hierunter tonfrequente Schwingungen des komprimierten Kraftstoff-Luft-Gcmisches, die durch eine Stoßwelle ausgelöst werden. Während dieser Schwingungen ist der Wärmeübergang an Kolben- und Zylinderwänden der Brennkraftmaschine stark erhöht. Dies hat eine schädliche thermische Überlastung dieser Flächen zur Folge, so daß das Klopfen grundsätzlich zu vermeiden ist. Da man jedoch andererseits bestrebt ist, den zur Verfügung stehenden Arbeitsbereich der Brennkraftmaschine möglichst weitgehend auszunutzen, ist es erforderlich, Mittel vorzusehen, die das Klopfen frühzeitig und sicher anzeigen, um auf diese Weise eine Regelung der Brennkraftmaschine realisieren zu können, bei der dieBrennkraftmaschine stets kurz unterhalb der Klopfgrenze betrieben wird.
Zu diesem Zweck ist eine Vielzahl von Sensoren bekanntgeworden bzw. vorgeschlagen worden. So ist beispielsweise aus der DE-OS 28 01 969 ein Sensor bekannt, bei dem mit Hilfe eines piezoelektrischen Schwingelementes als Biegeschwinger ein resonantes System gebildet wird, das daß Klopfen der Brennkraftmaschine anzuzeigen vermag. Ein Nachteil dieser bekannten Anordnung ist, daß die mechanische Wirkungsweise nicht frei von Störungen, insbesondere bei starken Stößen im Kraftfahrzeug ist.
Andererseits ist es bekannt, den Verbrennungsvorgang in einer Brennkraftmaschine mit optischen Mitteln zu beobachten und zu messen. So ist beispielsweise in der Motortechnischen Zeitschrift, 39 (1978), Seite 385 ein spektrometrisches Meßverfahren zur Untersuchung der Verbrennung im Dieselmotor beschrieben, bei dem ein Quarzfenster in der Brennraumwand angebracht ist, durch das eine spektrometrische Beobachtung der Verbrennungsvorgänge möglich ist. Weiterhin ist es aus der DE-OS 27 01 777 bekannt, einen lichtempfindlichen Sensor im Brennraum anzuordnen, auf den ein Laserstrahl trifft, der zuvor dic Miinduni einer Einspritzdüse tangiert hat, um auf diese Weise die Spritzzeit an Einspritzventilen zu messen. Aus der Rev.
Tech. Automob. 1979, Seiten 89, 90 ist noch ein optischer Analysator bekannt, der an die Stelle der Zündkerzen einer Brennkraftmaschine eingeschraubt wird, um eine kalorometrische Analyse des Kraftstoff-Luft-Gemisches durchzuführen.
Schließlich ist auf einer Arbeitskreissitzung "Kohlenwasserstoffemis sion" der Forschungsvereinigung Verbrennungskraftmaschinen e.V. am 10.10.1979 in Aachen im Referat von Spicher eine Anordnung erläutert worden, bei der die Flammenausbreitung im Brennraum der Brennkraftmaschine mit Hilfe von Lichtleitern, die in die Zylinderwand eingeschraubt werden und nachgeschalteten Fotodioden erfaßt wird.
Weiterhin ist in der deutschen Patentanmeldung P 30 01 711.9 vorgeschlagen worden, die beim Klopfen einer Brennkraftmaschine auftretenden Schwingungen durch an sich bekannte optische Aufnehmer zu messen, wobei vorzugsweise als Lichtleiter Glas stäube oder Lichtleitkabel verwendet werden, die vorzugsweise in eine Zündkerze integriert, an eine Vorkammer angeschlossen oder in eine Zylinderkopfdichtung eingesetzt werden.
Eines der Probleme, die auftreten, wenn physikalische Parameter des Brennraums mit optischen Mitteln erfaßt werden, ist, daß der dem Brennraum zugewandte optische Aufnehmer, d.h. der Glasstab, das Faserkabel oder dgl., bei längerer Betriebsdauer stark verschmutzt, so daß eine Messung unter Umständen bereits nach kurzer Zeit nicht mehr möglich ist. Es ist daher in der deutschen Patentanmeldung P 30 11 569.6 vorgeschlagen worden, das brennraumseitige "Fenster" mit einer facettenartigen Oberfläche zu versehen, so daß diese Oberfläche durch die Brenngase während der Verbrennungsvorgänge freigespült wird.
Es ist weiterhin in der deutschen Patentanmeldung P 30 11 570.9 vorgescillagen worden, vor den brennraumseitigen "Fenster" ei Vorvolumen anzuordnen, in dem vorzugsweise eine Zusatzheizung zur Verbrennung von Verbrennungsrückständen angeordnet ist.
Bei diesen Anordnungen ergibt sich das gemeinsame Problem, daß normale Gläser nur im "kalten", d.h. brennraumabgewandten Bereich des Sensors eingesetzt werden dürfen, da sie anderenfalls anschmelzen. Da diese Gläser jedoch weiterhin den Verbrennungsgasen ausgesetzt sind, schlagen sich die Verbrennungsrückstände vorzugsweise an der "kalten" Oberl'lfie} leer. Feusters nieder. Der Vorteil diese: normalen Gläser ist andererseits jedoch, daß sich eingeschmolzene Fenster als dicht- und druckbeständig erweisen. Demgegenüber sind Lichtleiter aus Quarzglas zwar temperaturbeständig, lassen sich jedoch nicht in übliche Sensorgehäuse einschmelzen.
Vorteile der Erfindung Die crfindungsgemäße Sensoranordnung mit den kennzeichneuen Merkmalen des Hauptanspruches hat demgegenüber den Vorteil, daß eine optische Messung von physikalischen Vorgängen im Brennraum der Brennkraftmaschine mit nur geringer Verschmutzung des Sensor-"Fensters" möglich wird.
Zeichnung Eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen: Figur 1 ein Schnittbild durch eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung; Figur 2 einen Ausschnitt aus Figur 1 mit einer Abwandlung des in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiels.
Bebschrei.bung dc.: All:,führllrlesbei::T)ie.les In Figur 1 ist mit 1 eine crI'indungsgemäí3e Scnsoranordnung bezeichnet, die ein Schraubgehäuse 2 aufweist, das zündkerzenartig mit Gewinde, Sechskant und Bördellippen sowie Schrumpfrillen versehen ist. Das Schraubgehäuse 2 umschließt einen Quarzglasstab 3, der an seinem einen Ende angefast und dem Brennraum zugewandt ist. An seiner Rückseite ist der Quarzglasstab 3 ringförmig angeschliffen. Auf diese Weise kann der Quarzglasstab 3 bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Sensoranordnung leicht von der Stange abgebrochen werden, so daß keine weitere Bearbeitung des Quarzglases erforderlich ist. Die angefaste Fläche des Quarzglasstabes 3 am brennraumseitigen Ende drückt auf einen Dichtring 4, der seinerseits auf einer Innenschulter 2a des Schraubgehäuses 2 aufliegt.
Der Quarzglasstab 3 wird ferner durch Ringe 5a und 5b und/oder durch eine Ausfütterung 6 mit geeignetem Pulver wie etwa Talkum, Graphit oder Spinell bezüglich des Schraubgehäuses 2 zentriert und gegen Knicken Gesichert.
Der zur Abdichtung des Quarzglasstabes 3 erforderliche Druck wird von einem Bördelteil 7 ausgeübt, das im allgemeinen aus Metall besteht und auf die geschliffene Ringfläche am brennraumabgewandten Teil des Quarzglasstabes 3 drückt. An dieser Stelle kann zusätzlich ein in der Figur nicht dargestellter Ring aus Metall oder Kunststoff zwischengelegt sein, um einen weichen Übergang vom Bördelteil 7 auf den Quarzglasstab 3 herzustellen.
Durch das Bördelteil 7 hindurch erstreckt sich ein vorzugsweise flexibler Lichtleiter, etwa ein Lichtleitfaserkabel 8b, das von einem flexiblen Metallschlauch gemantelt ist. Der Teil des Lichtleiters, der in das Bördelteil 7 hineinragt, ist von einer Hülse 8a umgeben. Das Lichtleitfaserkabel 8b, mit der ihn umgebenen Hülse 8a ist auf übliche Weise mit dem Bördelteil 7 verbunden, im in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist nur beispielsweise eine Ausführungsmöglichkeit dargestellt, in der in einer Gewindebohrung 9 eine Schraube vorgesehen ist, die die Hülse 8a im Bördelteil 7 festklemmt.
Bei der in Figur 2 dargestellten Abwandlung des in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiels ist das brennraumseitige Ende des Quarzglasstabes 3 verjüngt und zwar derart, daß der verjüngte Abschnitt durch die von der Innenschulter 2a vorgegebene Öffnung des Gehäuses 2 hindurchragt und zwar entweder bis zum Brennraum oder in den Brennraum hinein. Auf diese Weise ist es möglich, die Berührung des Quarzglasstabes 3 mit dem Brennraum in der Weise festzulegen, daß eine Erwärmung des Quarzglasstabes 3 in dem Umfang eintritt, daß die Ablagerungen von Verbrennungsrückständen am Quarzglasstab 3 minimal sind.
Zum Betrieb der erfindungsgemäßen Sensoranordnung wird diese, wie in Figur 1 angedeutet, in den Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine eingeschraubt. Das von der Zündung bzw. Verbrennungsvorgängen im Brennraum erzeugte Licht gelangt dabei durch den Quarzglasstab 3 in das Lichtleitfaserkabel 8b und wird von diesem zu einem in der Zeichnung nicht dargestellten Auswertegerät ilbertiragen.
Insgesamt hat die vorgeschlagene Sensoranordnung den Vorteil, daß die Temperaturbeständigkeit von Quarzglas ausgenutzt wird, wobei die erforderliche Bearbeitung des Quarzglases minimal gehalten wird. Im übrigen kann bei der Herstellung und Verarbeitung von Bördelteilen auf in der Zündkerzentechnik bewährte Produktionsverfahren zurückgegriffen werden, so daß überdies eine kostengünstige Fertigung möglich ist.

Claims

Ansprüche 1. Sensoranordnung zur Erfassung von physikalischen Vorgängen im Brennraum einer Brennkraftmaschine mit wenigstens einem dem Brennraum zugewandten, in einem vorzugsweise zündkerzenartigen Schraubgehäuse angeordneten Lichtleiter, insbesondere nach Patenänmeldung P 30 01 711.9, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtleiter als brennraumseitig an einer Innenschulter (2a) des Gehäuses (2) und auf der brennraumabgewandten Seite an einem in das Gehäuse (2) eingepaßten Bördelteil (7) abgestützter Glasauarzstab (3) ausgebildet ist.
2. Sensoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Quarzglasstab (3) brennraumseitig verjüngt ist, und durch die von der Innenschulter (2a) umfaßte Öffnung in den Brennraum hineinragt.
3. Sensoranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Quarzglasstab (3) mit elastischen Ringen (5a, 5b) gegen die Innenwand des Gehäuses (2) gehalten ist.
4. Sensoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an den Quarzglasstab (3) ein Lichtleitfaserkabel (8b) angeschlossen ist, das von einer Hülse (8a) umgeben und mit einer Schraube im Gehäuse (2) gesichert ist.