DE3042454C2 - - Google Patents
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- G01M15/04—Testing internal-combustion engines
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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Description
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 Para
meter zu erfassen. Hierzu gehört beispielsweise die Er
fassung der zeitlichen und räumlichen Ausbreitung des
Verbrennungsvorganges, die Erfassung des Zündzeitpunk
tes, die Erfassung von Einspritzvorgängen sowie die Aus
messung von irregulären Verbrennungen.
Zu diesen irregulären Verbrennungen gehört das soge
nannte "Klopfen", das bei Brennkraftmaschinen unter
bestimmten Arbeitsbedingungen auftritt. Man versteht
hierunter tonfrequente Schwingungen des komprimierten
Kraftstoff-Luft-Gemisches, die durch eine Stoßwelle aus
gelöst werden. Während dieser Schwingungen ist der Wärme
übergang an Kolben- und Zylinderwänden der Brennkraft
maschine stark erhöht. Dies hat eine schädliche thermi
sche 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 weit
gehend auszunutzen, ist es erforderlich, Mittel vorzu
sehen, die das Klopfen frühzeitig und sicher anzeigen,
um auf diese Weise eine Regelung der Brennkraftmaschine
realisieren zu können, bei der die Brennkraftmaschine
stets kurz unterhalb der Klopfgrenze betrieben wird.
Zu diesem Zweck ist eine Vielzahl von Sensoren bekannt
geworden bzw. vorgeschlagen worden. So ist beispiels
weise 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 ver
mag. 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 beob
achten und zu messen. So ist beispielsweise in der Motor
technischen Zeitschrift, 39 (1978), Seite 385 ein spektro
metrisches Meßverfahren zur Untersuchung der Verbrennung
im Dieselmotor beschrieben, bei dem ein Quarzfenster in
der Brennraumwand angebracht ist, durch das eine spektro
metrische 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 die Mündung
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 kalorometri
sche Analyse des Kraftstoff-Luft-Gemisches durchzuführen.
Schließlich ist auf einer Arbeitskreissitzung "Kohlen
wasserstoffemission" der Forschungsvereinigung Verbren
nungskraftmaschinen e.V. am 10. 10. 1979 in Aachen im Refe
rat von Spicher eine Anordnung erläutert worden, bei der
die Flammenausbreitung im Brennraum der Brennkraftmaschine
mit Hilfe von Lichtleitern, die in die Zylinderwand ein
geschraubt werden und nachgeschalteten Fotodioden erfaßt
wird.
Weiterhin ist in der deutschen Patentanmeldung P 30 01 711.9
vorgeschlagen worden, die beim Klopfen einer Brennkraft
maschine auftretenden Schwingungen durch an sich bekannte
optische Aufnehmer zu messen, wobei vorzugsweise als
Lichtleiter Glasstäbe 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
vorgeschlagen worden, vor den brennraumseitigen "Fenster"
ein Vorvolumen anzuordnen, in dem vorzugsweise eine Zusatz
heizung zur Verbrennung von Verbrennungsrückständen ange
ordnet 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 an
derenfalls anschmelzen. Da diese Gläser jedoch weiterhin
den Verbrennungsgasen ausgesetzt sind, schlagen sich die
Verbrennungsrückstände vorzugsweise an der "kalten" Ober
fläche des Fensters nieder. Der Vorteil dieser normalen
Gläser ist andererseits jedoch, daß sich eingeschmolzene
Fenster als dicht- und druckbeständig erweisen. Demgegen
über sind Lichtleiter aus Quarzglas zwar temperaturbe
ständig, lassen sich jedoch nicht in übliche Sensorge
häuse einschmelzen.
In den Schriften US-PS 28 41 979 und US-PS 35 17 247 sind Zündkerzen
mit einem mittigen, optischen Aufnehmer aus nicht einschmelzbarem
Quarzglas dargestellt. Die Aufnehmer verschmutzen aber auf der dem
Brennraum zugewandten Seite bei längerer Betriebszeit. Ein durch
gehender Quarzstab ist ferner sehr teuer und aus Kostengründen bei
einem Serienprodukt nur schwer einsetzbar.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Sensoranordnung zu
schaffen, die mit geringen Kosten eine geringe Verschmutzung des Sen
sorfensters ermöglicht. Das Fenster soll in das Gehäuse einschmelzbar
sein.
Diese Aufgabe wird bei einer Sensoranordnung der eingangs genannten Art durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale
gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und zweckmäßige Weiterbildungen
der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin,
daß eine optische Messung von physikalischen Vorgängen im Brennraum
der Brennkraftmaschine mit nur geringer Verschmutzung des
Sensor-"Fensters" möglich wird. Das Normalglas kann leicht in das Ge
häuse eingeschmolzen werden, so daß es sich als dicht- und druckbe
ständig erweist. Die Sensoranordnung baut besonders preisgünstig und
kann für ein Serienprodukt verwendet werden.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestell
ten Ausführungsbeispiele erläutert. Es zeigt
Fig. 1 einen Quer
schnitt durch ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Sensor
anordnung;
Fig. 2 einen Ausschnitt aus dem Querschnitt gemäß Fig. 1
entsprechend einer ersten Variation des Ausführungsbeispieles und
Fig. 3 einen Ausschnitt aus dem Querschnitt entsprechend Fig. 1 ge
mäß einer zweiten Variation des Ausführungsbeispiels.
In Fig. 1 ist mit 10 ein Ausführungsbeispiel einer
erfindungsgemäßen Sensoranordnung bezeichnet. Die Sen
soranordnung ist dabei in einem zündkerzenartigen Ge
häuse 11 untergebracht, das brennraumseitig ein übliches
Gewinde 11 a aufweist. Auf der brennraumabgewandten Seite
ist ein weiteres Gewinde 11 b angeordnet, über das die
Sensoranordnung 10 in an sich bekannter Weise mit einem
Lichtleiter verbunden werden kann. Im brennraumabge
wandten Teil der Sensoranordnung 10 ist ein eingeschmol
zenes Fenster 12 aus Normalglas angeordnet, während sich
im brennraumseitigen Teil der Sensoranordnung 10 ein zum
Fenster 12 gleichachsig angeordneter Quarzglasstab 13
befindet. Fenster 12 und Quarzglasstab 13 sind über eine
elastische Verbindung in Gestalt eines Ringes 14 distan
ziert. Der Ring 14 übernimmt außerdem die Abdichtung der
Übergangsstelle zwischen Quarzglasstab 13 und Fenster 12
gegen eine Ausfütterung 15 zwischen Quarzglasstab 13
und Innenwand des Gehäuses 11, die aus wärme- und druck
beständigem Pulver, beispielsweise Talkum, Graphit oder
Spinell besteht. Die Ausfütterung 15 kann bei der Montage
von der Brennraumseite her eingefüllt und zusammenge
preßt werden. Den Abschluß zum Brennraum bildet ein Ring
teil 16, das in das Gehäuse 11 eingedrückt, verschweißt
oder verlötet wird. Beim Einschieben des Ringteiles 16
schiebt dieses einen Dichtring 17 vor sich her, so daß
im zusammengeschobenen Zustand auch eine Dichtung der
Ausfütterung 15 gegenüber der brennraumseitigen Wand
besteht. Der Innendurchmesser des Ringteils 16 ist so
bemessen, daß er deutlich größer ist als der Durch
messer des Quarzglasstabes 13. Hierdurch verbleibt
zwischen Quarzglasstab 13 und Ringteil 16 ein Spalt 18.
Der Spalt 18 ist dabei so dimensioniert, daß der Wärme
wert des Quarzglasstabes 13 entsprechend den jeweiligen
Bedürfnissen hinsichtlich der Freihaltung von Verschmut
zungen durch Verbrennungsrückstände eingestellt ist.
Zum Betrieb der Sensoranordnung 10 wird diese mit dem
Gewinde 11 a in den Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine
eingeschraubt. Der Quarzglasstab 13 ist nun mit seinem
einen Ende dem Brennraum zugewandt bzw. ragt etwas in
diesen hinein. Das bei der Zündung bzw. Verbrennung
des Gasgemisches im Brennraum entstehende Licht wird nun
über den Quarzglasstab 13, durch den Ring 14 hindurch
in das Fenster 12 übertragen, von wo es vorzugsweise
über ein Lichtleitfaserkabel, das in der oben beschrie
benen Weise vermittels des Gewindes 11 b angeschraubt
wurde, in eine Auswerteanordnung übertragen wird.
Bei der in Fig. 2 dargestellten Abwandlung des Ausfüh
rungsbeispiels gemäß Fig. 1 ist an einer Seite der Aus
fütterung, im dargestellten Beispiel an der dem Fenster
12 zugewandten Seite, ein Federteil 19 vorgesehen, das
thermisch bedingte Veränderungen des Volumens der Aus
fütterung 15 auffängt.
Bei der in Fig. 3 dargestellten weiteren Abwandlung des
Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 1 ist der Quarzglasstab
13 mit einem Wulst 13 a versehen, durch den eine verbes
serte Haftung des Quarzglasstabes 13 in der Ausfütterung
15 erzielt wird. Eine weitere Möglichkeit der Haftungs
verbesserung besteht darin, daß auf die Mantelfläche
des Quarzglasstabes 13 eine Pulverbeschichtung aufge
bracht wird.
Insgesamt hat das vorstehend beschriebene erfindungsgemäße
Ausführungsbeispiel den Vorteil, daß einmal ein druck-
und gasfestes Einschmelzfenster Verwendung findet, wäh
rend andererseits dem Brennraum ein Quarzglasstab zuge
wandt ist, der durch entsprechende Erwärmung frei von Ver
brennungsrückständen gehalten werden kann und dessen
elastische Montage in der Geberanordnung eine genaue
Bearbeitung des Quarzglasstabes während der Montage
entbehrlich macht, da für das beschriebene Ausführungs
beispiel lediglich ein Abbrechen des Quarzglasstabes
auf die jeweils erforderliche Länge vonnöten ist. Damit
ergibt sich insgesamt ein kostengünstig zu fertigender
optischer Brennraumsensor, die andererseits eine hohe
Betriebssicherheit in Hinblick auf Druck- und Gasfe
stigkeit sowie Unempfindlichkeit gegen Verschmutzungen
aufweist.
Claims (10)
1. Sensoranordnung zur Erfassung von physikalischen Vorgängen im
Brennraum einer Brennkraftmaschine mit wenigstens einem, dem Brennraum
zugewandten, in einem Gehäuse angeordneten Lichtleiter, der auf der
dem Brennraum zugewandten Seite einen Quarzglasstab (13) aufweist, da
durch gekennzeichnet, daß der Lichtleiter auf der brennraumabgewandten
Seite aus einem in das Gehäuse (11) eingeschmolzenen Fenster (12) aus
Normalglas besteht.
2. Sensoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das
Fenster (12) und der Quarzglasstab (13) gleichachsig angeordnet und
mit einem elastischen Element gegeneinander distanziert sind.
3. Sensoranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das
elastische Element ein Ring (14) ist.
4. Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Quarzglasstab (13) brennraumseitig in einem Ring
teil (16) elastisch gehalten ist.
5. Sensoranordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der
Quarzglasstab (13) im Abschnitt zwischen Ringteil (16) und elastischem
Element im Gehäuse (11) von einer Ausfütterung (15) umgeben ist.
6. Sensoranordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die
Ausfütterung aus Graphit, Talkum oder Spinell besteht.
7. Sensoranordnung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß
die Ausfütterung (15) an wenigstens einem Ende durch ein Federteil
(19) abgegrenzt ist.
8. Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Quarzglasstab (13) im Bereich der Ausfütterung (15)
eine Wulst (13 a) aufweist.
9. Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Quarzglasstab (13) im Bereich der Ausfütterung (15)
an seiner Mantelfläche mit einer Pulverbeschichtung versehen ist.
10. Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekenn
zeichnet, daß das Gehäuse (11) ein zündkerzenartiges Schraubgehäuse
ist.
Priority Applications (4)
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DE19803001711 DE3001711A1 (de) | 1980-01-18 | 1980-01-18 | Sensoranordnung |
DE19803042454 DE3042454A1 (de) | 1980-01-18 | 1980-11-11 | Sensoranordnung |
US06/314,529 US4409815A (en) | 1980-11-11 | 1981-10-26 | Combustion process sensor arrangement |
JP56179104A JPS57108735A (en) | 1980-11-11 | 1981-11-10 | Sensor |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19803001711 DE3001711A1 (de) | 1980-01-18 | 1980-01-18 | Sensoranordnung |
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Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3042454A1 DE3042454A1 (de) | 1982-06-16 |
DE3042454C2 true DE3042454C2 (de) | 1989-04-06 |
Family
ID=25783226
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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Country Status (1)
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DE (1) | DE3042454A1 (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE19716252A1 (de) * | 1997-04-18 | 1998-10-22 | Conducta Endress & Hauser | Optischer Sensor |
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DE9013325U1 (de) * | 1990-09-20 | 1992-02-06 | INTERATOM GmbH, 5060 Bergisch Gladbach | Küvette mit integrierten Lichtleiterfasern |
DE102019114274A1 (de) | 2019-05-28 | 2020-12-03 | Minimax Viking Research & Development Gmbh | Lichtleitanordnung, Funken- und/oder Flammendetektor und Brandschutzsystem |
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US2841979A (en) * | 1955-05-16 | 1958-07-08 | Phillips Petroleum Co | Combustion study device |
GB1206997A (en) * | 1968-05-20 | 1970-09-30 | Ct Pa Handelsgesellschaft M B | Spark plug |
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1980
- 1980-11-11 DE DE19803042454 patent/DE3042454A1/de active Granted
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Also Published As
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DE3042454A1 (de) | 1982-06-16 |
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Legal Events
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