DE3413850A1

DE3413850A1 - Sensor zur erfassung des zuendzeitpunkts bei einem dieselmotor

Info

Publication number: DE3413850A1
Application number: DE19843413850
Authority: DE
Inventors: Shinji Susono Shizuoka Ikeda
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1983-04-28
Filing date: 1984-04-12
Publication date: 1984-10-31
Also published as: US4572119A; DE3413850C2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Sensor zur Erfassung des Zündzeitpunkts bei einem Dieselmotor.

Es wurde ein System vorgeschlagen, das den Zündzeitpunkt bei einem Dieselmotor ermittelt, indem ein Verbrennungslichtstrahl bzw. Lichtblitz des Dieselmotors erfasst wird, um zur Maximierung der Motorleistung einen Kraftstoffeinspritzzeitpunkt und eine Einspritzmenge steuernd rückzukoppeln und einen geeigneten bzw. richtigen Zündzeitpunkt zu erreichen. Bei diesem System ist es sehr wichtig, den Zündzeitpunkt als Rückkopplungssteuerfaktor exakt zu erfassen. Beispielhaft wird folgendes System betrachtet:

Ein optisches Leitelement bzw. ein optisches Glas als optisches Leitelement ist in der Nähe der Axialmittelachse einer Glühkerze, die zur Vorerwärmung der Verbrennungsluft dient, vorgesehen und erstreckt sich so durch diese Glühkerze, daß der Zündzeitpunkt des Motors durch das Verbrennungslicht

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Postscheck (München) Kto Θ70-43-Β04

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in einer Verbrennungskammer des Dieselmotors erfaßt wird. Ein solcher Aufbau des Sensors zur Zündzeitpunktserfassung erfordert für den Sensor keinen besonderen Einbauort in der Verbrennungskammer, wodurch deren Konstruktion vereinfacht ist. Andererseits wird jedoch die Zündung nicht exakt erfaßt, da eine große Kammer durch ein kleines Fenster beobachtet werden muß, wenn das Verbrennungslicht in der Verbrennungskammer durch die Glühkerze mit einem bezüglich dieser kleinen Durchmesser und durch die optische Paser mit einem noch kleineren Durchmesser, die in der Glühkerze eingebettet ist, erfaßt werden soll. Ferner ist dat.. .lichtoipfangende Ende des Sensors an·einer Stelle angeordnet, an der es von dem aus einer Einspritzdüse eingespritzten Kraftstoff umspült wird, um Ablagerungen von ihm zu entfernen. Bei einem solchen Einbauort hat man jedoch herausgefunden, daß bei der Verwendung eines Kraftstoffs schlechter Qualität, beispielsweise eines Kraftstoffs, der eine große Menge an Schwefel enthält, oder bei einer Rezirkulierung des Abgases die Nachteile in Form einer Verschmutzung des mi Ltigen Endes aufgrund der Ablagerungen der festen Komponenten des Kraftstoffs oder des Abgases größer s'.nd als die Vorteile, die durch den Spül- bzw. Wascheffekt für den Sensor mittels eines KraftstoffStrahls erzielt werden.

Der Erfindung .liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen mit einer Glühkerze integralen Sensor zur Erfassung eines Zündzeitpunkts bei einem Dieselmotor zu schaffen, der exakt den Zündzeitpunkt durch Beobachtung einer großen Kammer

. durch ein kleines Fenster erfaßt. Ferner aollen Ablagerungen am 'empfangenden Ende des Sensors aus festen Komponenten des eingespritzten Kraftstoffs und aus durch unvollsLändige Verbrennung des Kraftstoffs entstandenen Rußes verringert sein.

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Diese Aufgabe wird erfinduugsgemäß durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil von Patentanspruch 1 gelöst. Hierbei ist das Ende eines optischen liuitelements, das sich in der Nähe der Axialmittelachse einer Glühkerze durch diese erstreckt, in einer Verbrennungskammer angeordnet und in eine kpnische Gestalt geformt.

Erfindungsgemäß wird hierdurch das Verbrennungslicht günstig erfaßt und der Zündzeitpunkt exakt ermittelt, da das Ende des optischen Leitelements zur Aufnahme des Verbrennungslichts aus einem großen Bereich konisch geformt ist. Da ferner das konische Ende des optischen t,eitelements eine glatte Oberfläche hat, während Verbrennungsflammen im Selbstreinigungseffekt das vorstehende linde erreichen, wird eine Wirkung erhalten, durch die sich bei der Verbrennung entstehender Ruß nicht in der Nähe des Endes des optischen Leitelements ablagert.

Erfindungsgeiriäß -ist eine Glühkerze in Richtung des von einer Düse eingespritzten KraftstoffStrahls vorne angeordnet, während der Sensor zur Erfassung des Zündzeitpunkts weiter hinten angeordnet ist. Da somit der Kraftstoff in der Nähe des Sensors mager wird und der Ruß verbrannt wird, bevor er verwirbelt und'den Sensor erreicht, selbst wenn er durch die unvollständige Verbrennung des von der Düse eingespritzten Kraftstoffs herrührt,- lagern sich feste Komponenten des Kraftstoffs nur in geringem Maße auf dem Ende des Sensors ab. Deshalb wird das Erfassungsvermögen des Sensors durch Verschmutzung aufgrund dieser Ablagerungen nur im geringsten Maße verschlechtert. Da der Sensor ferner sehr weit stromauf in einer starken Luftströmung, die von einer Düse 31 her eingeblasen wird, angeordnet ist, wird sein Ende kräftig durch diese Luftströmung gereinigt. Diese Reinigungswirkung ist wesentlich vorteilhafter als diejenige beim zuvor beschriebenen herkömmlichen Aufbau.

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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand schematisc-her Zeichnungen ausführlich erläutert, c Es zeigen:

Figur 1 einen Längsschnitt einer erfindungsgemäßen Glühkerze mit einem Sensor zur Zündzeitpunktserfassung;

Figur 2 eine vergrößerte Ansicht eines empfangenden Endes des Sensors gemäß Figur 1;

Figur 3 einen Längsschnitt eines weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels und

Figur 4 eine schematische Ansicht der Lage des Sensors in Figur 3, wenn dieser in einem Dieselmotor eingebaut ist.

Figur 1 ztrigt eine ^n sich bekannte Glühkerze 1 mit einem

Gehäuse 7, das mittels eines Gewindeabschnitts 15 an einem Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine befestigt ist. Im Inneren des Gehäuses 7 sind eine mittige Elektrode 6 und ein Rohr 3 aus wärmebeständigem metallischem Rohrwerkstoff angeordnet,und eine exotherme, d.h. wärmeabgebende Spule M • ist elektrisch zwischen die mittige Elektrode 6 und das Rohr 3 geschaltet. Die exotherme Spule 4 ist elektrisch isoliert in Pulver 5 eines in das Rohr 3 eingefüllten körnigen isolierenden Werkstoffs eingebettet, während die Elektrode 6 über eine auf einen Gewindeabschnitt 14 der

Elektrode geschraubte Mutter 8 mit der nicht geerdeten Seifce einer Spannungsquelle verbunden ist. Die exotherme Spule 4 wird mit Strom versorgt, wenn der Gewindeabschnitt 15 des Gehäuses 7 in den Zylinderkopf der Brennkraftmaschine eingeschraubt ist, da der Zylinderkopf mit der geerdeten

Seite der Spannungsquelle verbunden ist. Ferner sind ein elektrisch isolierendes Dichtelement 9 und eine Beilagscheibe 10 dargestellt.

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Als ein optisches Leitelement ist beispielsweise eine optische Glasfaser 2 aus Quarz so angeordnet, daß sie

sich entlang der Längsmittelachse der Elektrode 6 und 5

der Windungsachse der exothermen Spule 4 erstreckt. Ein Ende 16 der optischen Paser erstreckt sich durch ein Ende des Rohrs 3 in eine Verbrennungskammer der Brennkraftmaschine zur Aufnahme des Verbrennungslichts. Ferner ist ein lichtleitender Abschnitt IY der optischen Faser 2 mil einem fotoelektrischen Umwand!erschallkreis verbunden, um das am Ende 16 empfangende Licht: in elektrische Signale umzuwandeln. Wie aus der vergrößerten Schn-ittansicht gemäß" Figur 2 ersichtlich ist, ist das linde 16 der optischen

Faser 2 konisch geformt, wodurch der lichtempt'angende 15

Winkel bereich vergrößert ist, während KiIi- bow. liiTlaibiygauTgcin an diesem Abschnitt verhindert sind. Durch diesen Aufbau wird das Verbrennungslicht erfindungsgemäß unter einem weiten Winkelbereich von dem Sensor erfaßt, der somit in günstiger Weise den Zündzeitpunkt der Brennkraftmaschine ermittelt. Der lichtleitende'Abschnitt IY der optischen Faser 2 kann auch so angeordnet sein, daß er day Gehäuse von der Seite der mittigen Elektrode 6 her schneidet, und eine eigene Dichtungseinrichtung kann in Verbindung mit dem Rohr 3 und der optischen Faser 2 vorgesehen sein, um gute Dichtungseigenschaften zwischen dem Rohr· 3 und der optischen Faser zu gewährleisten.

Figur 3 zeigt einen Sensor 21 zur Zündzeitpunkterfassung, bei dem eine Faser 23 aus Quarzglas sich durch eine mittige Bohrung eines Hauptgehäuses 22 erstreckt, das aus Kohlenstoffstahl oder rostfreiem Stahl gefertigt ist. Ein. Außengewinde 2't ist zum festen Einschrauben des Gehäuses 22 in den Zylinderkopf auf dieses geschnitten.

Figur 4 zeigt einen Zylinderkopf 25 eines Wirbelkammer-

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Dieselmotors, der¹ mit einep Wirbelkammer 2(> ausgebildet ist . Kim: Düseiiinüiidiing 'Ji'< einer Kr'af fs tol'fei nspril /düse I¹V

ist tangential zur Wirbelkammer ?A> nusgeriehI et. tiine b

(ilühkei'ze ■;() ist in Richtung eines von diesel¹ Düsenmündiiiig

2?> eingespritzten Kra fts I of f s trah 1 s 2⁽) vorne angeordnet, und öcv Sensor¹ 21 zur Zündze i fpunk I er f assung ist im hinteren Hercich, gesehen in dieser K i eh Lung, des Strahls 1.") vorgesehen. Die Wirbelkammer !''> und eine Ilaupi brennkammer in 10

einem Zylinderblock (nicht dargestellt) stellen durch eine Düse -;1 , die in ähnlicher Weise tangential ausgerichtet ist, miteinander· in Verbindung.

Durch die Düse ■) I wird beim Koinprcss i onsliub des Motor¹» Ib

komprimierte Luft in die Wirbelkammer ?A> eingi drückt und wirbelt in dieter zur· Urzeugung einen starken Dralls, v. i e durch ITo i 1 Ύ2 gezeigt ist. Die stark verwirbelte Luft mischt sich ratch mit dem aus der¹ Düse 2 ( e ingcspr i tzl en

!(raffstoff, wird durch eine (Glühkerze üO gezündet und 20

brennend aus der Düse jl in die llaiipfbreimUaiiiiner .r,isgeslol.' >en. Die.sei· Zündzeitpunkt wird durch den Sensor „' 1 erfaßt und zu ο vier Steuereinheit i ■', übertragen. Da dv.\' Sensor¹ 2 I fin¹ den Zündzeitpunkt somit im hinteren liereich

des Kr'af tstof fV trab I s 2^C), der aus ύν.χ' Düse 2'( eingespritzt 25

wir'd, angeordnet ist, wird der¹ Ruß verbrannt, bevor er verwirbelf und den Sensor· 2 I erreicht, selbst wenn der Kraftstoff mager¹ ist und i\cv Ruß durch die unvollständige Verbrennung ücy von ür\' Düse. 2'[ eingespritzten Kraftstoffs

Cr¹ZOiIyL wird. Deshalb lagern sich kaum feste Bestandteile. 30

des Kraftstoffs:· auf dem linde des Sensors ab, und somit wird das -lij Ί" assungnv ormögru de·;-: Sensors durch Ablagerungen kaum verseil I cdi I er I. . Da ferner diM· Sensor IM sehr weif stromauf '!er du.ίΊι d'e Düse >'l e^:iige!>!areneii krä.l'i ^:gen Liifl sfröruing ■!..' angi ordi ie-t.

>.··.! , '.'.· i i'd sein linde· (.lurch diesi· Lu l'l s I. rüinuin¹' :■; t.irk umspült Uli

'.ind d.idiir'cii gt.'r ι.· i η i ;·.! . Soüi i I ist eine weil, gi-'W^i-re und bessere* Re i η i grngsw i rkiing als bei de·!'¹ herköiiuni ichcii /\usführiings form zi erwar l.e-n .

"3" DIi j« l Y

Ein Sensor v.uv Rr fassung e.incs y.iiud/.e i t.pimk I » uinfaiil ein optisches !.ei Lc: 1 omen L , das ein bei ilrp Verbrennung von Kraftstoff in einem Ui ese 1 mol.or ef/.ciiijLeü Vcpbpennuni.¹;*;-licht überträft. Das optische I.c i Lc I einen I. hat ein konisch geformtes, ompf antuendes linde, das im Inneren ei ihm· Brennkammer des Di USeIiIK)LoPtJ li('j.^TJ · •^<"'^O1M ' '- ^nal- ^c'^iU; eiupf anwende linde ein ^P(jtttis Aufnahmefr 1 d , wuhri sich kaum ΙίπΙΛ auf iSnn absei/, t. l'Vpner ist. der .Scusoi¹ beziiy, I i eh einei· Ki'af Lstol'f ei nspri t/.st.römiin.^ :vl rnin.ili einer CUibkerze ani'.eord.net,so dai'> nur gerinne 1'et.iLe lies I and Le i 1 c öru r i nj.fespr· i L¹/.' en Kraftstof'i's direkt mil. seinem eüipranireudi'n !-'.nde in Meri'ihriiny,

kommen und dieses auch nur in j.·»-1 · i iiiuin M.n'.e von ΗιιΙ,Ί (.-'-!¹I¹It ht Ib

wird, was yam' I¹Ol₁^e hai, dal'. :;ii h nut· in ;',<.· r i n·· .!cm M.n'u· Ab I agerunj'ien an das i-mpf'aniM-ndc Ι·;ικ1ι· ι\ι·ι: .'»'ctcinct. .in U-yn.

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Claims

Patentansprüche

1J Sensor zur Erfassung des Zündzeitpunkt« bei einem Dieselmotor über ein Verbrennungslieht in einer Brennkammer des Motors, dadurch gekennzeichnet, daß sich ein optisches Leitelement (2) entlang der Nähe einer Axialmi I. Lei achse einer Glühkerze (1) zur Vorwärmung von Verbrennungsl uf'L erstreck':, und daß ein Ende (16) des optischen !,eitelements, das dem Inneren der Brennkammer zugewandt ist, konische Form hat.

2. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, da ι.Ί sich ein lichtleitender Abschnitt (1Y) des optischen I,eitelements (2) von einem Ende einer mittigen Elektrode (6) der Glühkerze (1) zu deren Außenseite erstreckt.

3. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet ,dal¹) sich, ein lichtleitender Abschnitt (17) des optischen l.eilelements (2) von der Seite einer mittigen Elektrode (M der Glühkerze (1) zu deren Außenseite erstreckt.

>\. Dieselmotor mit einer Wirbelkammer, mit einer Ki-af'lstoffuinspritzdüse, deren Düsenmündung sich tangential zur Wirbelkammer in diese öffnet, und mit einer GIühkerze,dadurch gekcMinzeichnet, daß ein Sensor (21) zur Krrassung

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des Zündzeitpunkts, gesehen in Richtung des von der Düsenmündung (28) eingespritzten KraftstoTfstrah'ls (29)_; κ hinter der Glühkerze (30) angeordnet ist.

5. Dieselmotor nach Anspruch '4, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (21) bezüglich einer Luftströmung (32) von einer Hauptbrennkammer zur Wirbelkammer (26) stromauf der

, _n Einspritzdüse (27) und der Glühkerze (30) angeordnet ist.

6. Dieselmotor nach Anspruch ^l oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor dem Sensor gemäß den Ansprüchen 1-3 entspricht.

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