DE3106330A1

DE3106330A1 - Sensoranordnung

Info

Publication number: DE3106330A1
Application number: DE19813106330
Authority: DE
Inventors: Ernst Dipl.-Ing. 7130 Mühlacker Linder; Helmut 7143 Vaihingen Maurer; Klaus Dr. 7146 Tamm Müller
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1980-01-18
Filing date: 1981-02-20
Publication date: 1982-10-07

Description

Sensoranordnung
Stand der Technik Die Erfindung geht aus von einer Sensoranordnung nach der Gattung des Hauptanspruches.
Es ist bekannt, die im Brennraum einer Brennkraftmaschirle ablaufenden Verbrennungsvorgänge während des Betriebes der Brennkraftmaschine nach verschiedenen Gesichtspunkten unter Erfassung verschiedenartiger physikalischer Parameter zu erfassen. Hierzu gehören beispielsweise die Er fassung 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 verschiedenen Arbeitsbedingungen auftritt. Man versteht -hierunter tonfrequente Schwingungen des komprimierten Kraftstoff-Luft-Gemisches, 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 die Brennkraftmaschine 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 09 969 ein Sensor bekannt, bei dem mit Hilfe eines piezoelektrischen Schwingelementes als Biegeschwinger ein re.sonantes System gebildet wird, daß das Klopfen der Brennkraftmaschine anzuzeigen vermag. Ein Nachteil dieser bekannten Anordnung ist, daß die mechanische Wirkungsweise nicht frei von Störungen insbesondcre 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 &uarzfenster in der Brennraumwand angebracht ist, durch das eine spektrometrische Beobachtung der Verbrennungsvorgänge möglich ist. Weiterhin ist 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 Wei.se die Spritzzeit an Einspritzventilen zu messen. Aus der Rev.
Tech. Automob. 1979, Seite 89, 90 ist noch ein optischer Analysator bekannt, der an die Stelle der Zündkerzen einer Brennkraftmaschine eingeschraubt wird, um eine kalorimetrische Analyse des Kraftstoff-Luft-Gemisches durchzuführen. Schließlich ist auf einer Arbeitskreissitzung "Kohlenwasserstoffemission" der Forschungsvereinigung Verbrennungskraftmaschinen eV am 10.10.79 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.
In der.älteren Patentanmeldung P 30 Öl 711.9 ist schließ-.
lich eine Sensoranordnung beschrieben, bei er wenigstt-ns ein an sich bekannter optischer Aufnehmer im Brennraum verwendet wird, vorzugsweise ein Glasstab oder ein Lictleitkabel aus Glasfasern, wobei die optischen Aufnehmer entweder in die Zündkerze integriert, an eine Vorkammer angeschlossen oder in die Zylinderkopfdichtung eingesetzt werden.
Da derartige optische Brennraumsensoren an ihrer dem Brennraum zugewandten Seite verhältnismäßg schnell verschmutzen, besteht ein Interesse daran, derartige Sensoranordnungen so auszugestalten, daß die Fenster möglichst schnell und einfach ausgewechselt werden können; Vorteile der Erfindung Die erfindungsgemäße Sensoranordnung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß ein schneller und bequemer Austausch des Fenstegteils der Sensoranordnung möglich ist. Das Fensterteil ist dabei unabhängig und losgelöst vom nachgeschalteten fotoelektrischen Aufnehmer, so daß beim Austausch nur das Fensterteil ausgetauscht werden muß.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen der im Hauptanspruch angegebenen Sensoranordnung möglich. So wird in vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung das Fensterteil schräg zur brennraumseitigen Oberfläche der Brennraumwand eingeschoben, so daß durch diesen Schräganschnitt gegenüber senkrechter Anordnung eine größere Lich.teinfallfläche erzielt wird.
Zeichnung Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen: Figur 1 eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung; Figur 2 eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Sensoren anordnung; Figur 3 eine Fensterhalterung zur Verwendung bei einer Anordnung gemäß Figur- 1 oder 2.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele In Figur 1 ist mit 1 der Brennraum einer Brennkraftmaschine bezeichnet. Der Brennraum 1 wird nach oben hin von einer Brennraumwand 2, in Figur 1 dem Zylinderkopfdeckel, begrenzt.
In die Brennraumwand 2 ist eine Stufenbohrung 3 eingelansen, d.h. eine Bohrung, die nach außen hin einen gröeren Durchmesser hat und.an ihrem zum Brennraum 1 zugewandten Ende einen geringeren Durchmesser. Hierdurch bildet sich in der Stufenbohrung 3 eine Schulter 4. In die Stufenbohrung 3 ist ein Fensterteil 5 von außen eingeschoben.
Das Fensterteil 5 hat einen Durchmesser, der näherungsweise dem kleineren Durchmesser der Stufenbohrung 3 entspricht und an seinem unteren Ende einen Sockel 6, dessen Durchmesser näherungsweise dem größeren Durchmesser der Stufenbohrung 3 entspricht. Demzufolge liegt der Sockel 6 auf der Schulter 4 der Stufenbohrung 3 auf, wobei zwischen Sockel 6 und Schulter 4 eine Dichtung 8 angeordnet ist. Auf der brennraumabgewandten Seite d(?s Fensterteiles 5 ist auf den Sockel 6 ein Gehäuse 11 aufgesetzt. Das Gehäuse 11 weist einen rohrförmigen Teil auf, dessen unteres Ende umgebördelt ist, so daß eine ebene Auflagefläche auf den Sockel 6 entsteht. Der rohrförmige Abschnitt des Gehäuses 11 ragt durch eine zentrische Bohrung einer Mutter 7, die ein Außengewinde aufweist, das in ein Innengewinde eingreift, daß in dem Abschnitt mit größerem Durchmesser der Stufenbohrung 3 angeordnet ist.
Durch Eindrehen der Mutter 7 in das Gewinde. der Stufenbohrung 3 wird damit das Gehäuse 11 mit einer zwischenliegenden Dichtung 9 auf dem Sockel 6 des Fensterteiles 5 und damit auch das Fensterteil 5 selbst in der Brennraumwand 2 fixiert. Die Mutter 7 weist dabei Schlitze 10 auf, in die ein in der Figur nicht dargestelltes Werkzeug eingreift, um die Mutter 7 in die Brennraumwand 2 einzuschrauben. Im Gehäuse 11 ist weiterhin ein Fo-toelement 12 angeordnet. Das Fensterteil 5 ist schließlich bezüglich seiner Drehlage zur Achse der Stufenbohrung 3 durch einen Stift 13 fixiert.
Im Betrieb der Brennkraftmaschine fällt Licht durch das Fensterteil 5 auf das Fotoelement 12, so daß optische Beobachtungen des Brennraums möglich sind.
Bei dem in Figur 2 dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung si.nd die konstruktiven -Einzelheiten dieselben wie in Figur 1, lediglich die Achse des Fensterteiles 5 int cinmit d<r Stufenbohrung 3 ist bei dem in Figur 2 dargestellten Ausführungsbeispiel senkrecht zur brenrlaumseitigen Oberfläche der Brennraumwand angeordnet, während sie bei dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel geneigt ist. Je nach den örtlichen Gegebenheiten und konstruktiven Möglichkeiten am Anbringungsort der erfindungsgemäßen Sensoranordnung kann die eine oder andere Anbringungsweise gewählt werden. Die Anordnung gemäß Figur 1 hat jedoch gegenüber der in Figur 2 den Vorteil, daß durch den Schräganschnitt des Fensterteiles 5 eine entsprechend große Lichteinfallfläche erzielt wird.
Bei,ìerl Ausführungsbeispielen ist gemein, daß das Fenstegteil 5 mit einfachen Mitteln ausgewechselt werden kann, ohne daß.gleichzeitig die'fotoelektr-ische Aufnehmer anordnung ausgewechselt werden muß, wie dies beispielsweise bei kombinierten Sensoren der Fall ist, in denen das fotoelektrische Aufnahmesystem und das Brennraumfenster gemeinsam einem zündkerzenartigen Gehäuse.angeordnet sind. Die leichte Auswechselbarkeit es Fensterteiles 5 ohne die Notwendigkeit des Austausches weitere Elemente ist bei derartigen Sensoren von besonderem Vorteil, da die brennraumseitige Oberfläche des Fensterteiles 5 im Betrieb der Brennkraftmaschine durch die Brenngase schnell verschmutzt.
In Figur 3a und b ist eine Fensterhalterung beschrieben, wie sie alternativ zu den in Figur 1 und 2 dargestellten Halterungen verwendet werden kann. Dabei ist das Fensterteil 5 wiederum in eine Stufenbohrung in der Brennraumwand 2 eingesetzt und wird zur Brennraumseite hin durch eine Dichtung 8 und zur brennraumabgewandten Seite hin durch eine Dichtung 9 abgedichtet. Die mechanische Halterung übernimmt in diesem Fall ein Halteteil 1all, mit zwei Abschnitten, von denen der eine mit einer ers-ten Bollrutlg in den nach außen gerichteten Teil der Stufenbohrung ein greift und von denen der zweite eine weitere Bohrung aufweist, durch die er an einen in der Brennraumwand 2 angeordneten Stehbolzen 15 vermittels einer Mutter 16 anschraubbar ist. Das Gehäuse 11 ragt entsprechend .durch die Bohrung im ersten Abschnitt des Halteteils 1)4 in dem oberen Teil der Stufenbohrung.

Claims

Ansprüche (9 Sensoranordnung zur Erfassung von physikalischen Parametern im Brennraum einer Brennkraftmaschine, bei der wenigstens ein an sich bekannter Aufnehmer im Brennraum.verwendet wird,.insbesondere nach Patentanmeldung P 30 0.1 711.9, dadurch gekennzeichnet, daß in der Brennraumwand (2) eine Stufenbohrung (3) mit einem außenliegenden, vergrößerten Abschnitt angeordnet ist, durch die ein Fensterteil (5) mit verbreitertem Sockel (6) von außen einführbar ist, derart, daß der Sockel (6) auf der Ringschulter (4) der Stufenbohrung (3) aufliegt und daß Befestigungsmittel vorgesehen sind, die das Fensterteil (5) mit einem von außen aufgesetzten, ein Fotoelement (12) enthaltenden Gehäuse (11) in der Brennraumwand (2) fixieren.
2. Sensoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse der Stufenbohrung (3) schräg zur brennraumseitigen oberfläche der Brennraulllwantl liegt.
3. Sesoranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Fensterteil (5) in seiner Drehlage in der Stufenbohrung (3) fixierbar ist.
-4. Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der vergrößerte Abschnitt der Stufenbohrung (3) ein Innengewinde aufweist, in dem eine Mutter (7) mit Außengewinde und einer zentrischen Bohrung läuft, durch die sich das Gehäuse (11) hindurch erstreckt.
5. Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, .tit.rti gekennzeichnet, daß in den vergrößerten Abschnitt der Stufenbohrung (3) ein Halteteil (14) mit einer ersten Bohrung hineinreicht, durch die sich das. Gehäuse (11) hindurcherstreckt und daß das Halteteil (14) eine weitere Bohrung aufweist, durch die ein in der Brennraumwand (2) angeordneter Stehbolzen (15) ragt, an dem das Halteteil (14) anschraubbar ist.