DE3110997A1

DE3110997A1 - Sensoranordnung

Info

Publication number: DE3110997A1
Application number: DE19813110997
Authority: DE
Inventors: Rainer 7143 Vaihingen Bone; Bernward Dr.-Ing. 7140 Ludwigsburg Böning; Rudolf 7144 Asperg Nagel; Helmut 7000 Suttgart Reum; Franz 7141 Schwieberdingen Sellmaier
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1980-01-18
Filing date: 1981-03-20
Publication date: 1982-10-14

Description

Sensoranordnung
Stand der Technik Die Erfindung geht aus von einer Sensoranordnung nach der Gattung des Hauptanspruchs.
Verbrennungsmotoren mit innerer Verbrennung sind nur scheinbar kontinuierlich arbeitende Maschinen. Zwar sind Drehmoment und Drehzahl quasi kontinuierliche Ausgangsgrössen, sie werden jedoch durch eine schnelle AuSeinanderfolge von Einzelprozessen erzeugt.
Im Zuge der Optimierung des Betriebes von Brennkraftmaschinen, insbesondere im Hinblick auf eine Verminderung des Treibstoffverbrauches ist es daher erforderlich, diese Zusammenhänge im einzelnen zu erfassen, um über die Beeinflussung des Einzelprozesses den Gesamtprozeß in der gewünschten Weise beeinflussen zu können.
Voraussetzung hierzu ist die Ermittlung des Zustandes im Inneren der Brennkraftmaschine. Typische Zustandsgrößen sind dabei Druck und Temperatur, die im Falle des idealen Gases den Gesamt zustand angeben. Zwar wird der Betrieb von Motoren mit innerer Verbrennung wesentlich auch von chemischen Prozessen und Stoffveränderungen bestimmt, so daß dieser Betrieb nicht global mit Druck und Temperatur beschreibbar ist, dennoch gibt die Beobachtung von Druck und Temperatur ausreichende Auskunft über die Veränderungen der Zustandsgrößen über den Motorzyklus.
Dabei ist es bekannt, im Brennraum einer Brennkraftmaschine die Erfassung der zeitlichen und räumlichen Ausbreitung des Verbrennungsvorganges, die Erfassung des Zündzeitpunktes, die Erfassung von Einspritzvorgängen sowie die Ausmessung von irregulären Verbrennungen vorzunehmen.
Zu diesen irregulären Verbrennungen gehört auch das sogenannte "Klopfen", das bei BrennkraStmaschinen unter bestimmten Arbeitsbedingungen auftritt. Man versteht hierunter tonfrequente Schwingungen des komprimierten Kraftstoff-LuSt-Gemisches, die durch eine Stoßwelle ausgelöst werden. Während dieser Stoßwelle 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 sind beispielsweise in der älteren Patentanmeldung P 30 o6 603.9 Sensoranordnungen beschrieben, mit denen die Temperatur in einem Brennraum einer Brennkraftmaschine gemessen werden kann. Weiterhin sind in der alteren Patentanmeldung P 30 01 711.9 Sensoranordnungen beschrieben, bei denen an sich bekannte optische Aufnehmer im Brennraum einer Brennkraftmaschine eingesetzt werden. Mit diesen Anordnungen sind zuverlässige Beobachtungen des im Brennraum entstehenden Verbrennungsvorganges möglich.
Vorteile der Erfindung Die erfindungsgemäße Sensoranordnung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruches hat darüber hinaus den Vorteil, daß schnelle Temperaturmessungen durch Verwendung eines optischen Aufnehmers möglich sind, der an. seinem brennraumseitigen Ende mit einer Graphit schicht lichtundurchlässig beschichtet ist. Durch die aufgebrachte Graphitschicht wirken sich darüber hinaus Verunreinigungen durch die Brenngase nicht störend auf das Meßverhalten aus.
Zeichnung Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 ein Schnittbild durch eine bensoranordnung nach der Erfindung in einem Zündkerzengehäuse; Figur 2 ein Schnittbild durch eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung.
Beschreibung des Ausführungsbeispieles In Figur 1 ist mit 10 ein Zündkerzengehäuse bezeichnet, in der als Elektrode ein Metallrohr 11 einen Lichtleiterstab 12 umschließt. Am brennraumseitigen Ende des Lichtleiterstabes 12 ist eine Schicht 13 aus temperaturleitfähigen und -beständigem Material, vorzugsweise Graphit, Silber oder Gold angebracht, die das brennraumseitige Ende des Lichtleiterstabes 12 lichtundurchlässig verschließt. Am brennraumabgewandten Ende des Lichtleiterstabes 12 findet sich ein Übergang 14 zu einem Lichtleitfaserkabel 15, das zu einem in der Zeichnung nicht dargestellten Auswertgerät, etwa für die Zündung, die Gemischbildung oder den Ladedruck einer Brennkraftmaschine führt. Es versteht sich, daß an der Trennfläche 14 auch direkt ein fotoempfindliches Element angebracht sein kann, dessen elektrische Leitung dann zu einem Auswertgerät geführt wird.
Der elektrische Anschluß der Zündkerze erfolgt über ein Zündkabel 16 und einen Ringstecker 17.
Während der Verbrennungsvorgänge im Brennraum der Brennkraftmaschine wird die Schicht 13 erhitzt. Die Abstrahlungscharakteristik des verwendeten Materiales, z.B. von Graphit ist jedoch definiert. Damit strahlt die Schicht 13 in definiertem Maße Strahlung im sichtbaren und unsichtbaren Bereich in den Lichtleiterstab 12 bzw. das Lichtleitfaserkabel 15 ein, wobei die Abstrahlungscharakteristik der Schicht 13 ausschließlich von der Temperatur der Schicht 13 abhängt. Dies ändert sich auch nicht dadurch, daß sich im Betrieb der Brennkraftmaschine mit der Zeit auf der Schicht 13 Verunreinigungen durch die im Brennraum vorherrschenden Brenngase ablagern, da sich diese Verunreinigungen außen auf der Schicht 13 ablagern und damit deren Abstrahlungscharakteristik zum Licht leit erstab 12 hin nicht beeinträchtigen. Zwar kann eine übermäßige Verschmutzung der Schicht 13 dazu führen, daß das dynamische Verhalten des Sensors, d.h. das Ansprechen auf Temperaturschwankungen verschlechtert wird, die so bewirkte Nacheilung des Sensorsignals hinter dem tatsächlichen Temperaturvernauf im Brennraum wird jedoch durch geeignete, an sich bekannte Mittel im Auswertgerät kompensiert.
Als Material für die Schicht ist Graphit besonders gut geeignet, da seine Sublimationstemperatur ca 39000C beträgt und es damit thermisch sehr resistent ist, so daß eine Beschädigung der Schicht 13 durch Temperatureinflüsse nicht wahrscheinlich ist.
Bei der Ausführungsform gemäß Figur 2 ist vor dem Metallrohr 11 brennraumseits ein als Mittelelektrode ausgebildeter Abschnitt, der die Schicht 13 bildet, angeordnet, der einen Lichtleiter 12' umschließt, der an seinem brennraumabgewandten Ende an den Lichtleiter 12 angrenzt. Die Schicht 13 besteht dabei wiederum aus dem temperaturleitfähigen und -beständigen Material wie Graphit, Kupfer, Silber oder Gold und strahlt entsprechend seiner Abstrahlcharakteristik in den Lichtleiter 12' und damit 12 ein.

Claims

Ansprüche Sensoranordnung zur Erfassung physikalischer Parameter im Brennraum einer Brennkraftmaschine mit einem dem Brennraum zugewandten optischen Aufnehmer, insbesondere nach Patentanmeldung P 30 01 711.9, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufnehmer einen Lichtleiter umfaßt, der an seinem brennraumseitigen Ende lichtundurchlässig mit einer Schicht (13) aus temperaturleitfähigem und -beständigem Material, vorzugsweise Graphit, Silber oder Gold versehen ist.
2. Sensoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufnehmer in einem Zündkerzengehäuse (10) ungeordnet ist und der Lichtleiter als zentraler Lichtleiterstab (12) aus Quarzglas ausgebildet ist.
3. Sensoranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (13) einen Lichtleiter (12') brennraumseitig allseits umgibt, der im Zündkerzengehäuse (10) an den Lichtleiterstab (12) grenzt.
4. Sensoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das in den Lichtleiter einfallende Licht auf ein foto empfindliches Element geführt wird, das an ein Auswertgerät angeschlossen ist.
5. Sensoranordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Auswertgerät Einstellmittel zur Kompensation von Zeitkonstanten der Sensoranordnung aufweist.