DE3627074A1 - Einrichtung zur beobachtung und auswertung von verbrennungsvorgaengen in brennkraftmaschinen - Google Patents
Einrichtung zur beobachtung und auswertung von verbrennungsvorgaengen in brennkraftmaschinenInfo
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Description
Die Erfindung geht aus von einer Einrichtung zur Beobachtung und
Auswertung von Verbrennungsvorgängen in Brennkraftmaschinen nach der
Gattung des Hauptanspruchs.
Verbrennungsmotoren mit innerer Verbrennung sind nur scheinbar kon
tinuierlich arbeitende Maschinen. Zwar sind Drehmoment und Drehzahl
quasi kontinuierliche Ausgangsgrößen, sie werden jedoch durch eine
schnelle Aufeinanderfolge von Einzelprozessen erzeugt. Im Zuge der
Optimierung des Betriebes von Brennkraftmaschinen, insbesondere im
Hinblick auf eine Verminderung des Treibstoffverbrauches, ist es da
her 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 Innern der Brennkraftmaschine. Typi
sche Zustandsgrößen sind dabei Druck und Temperatur, die im Falle
des idealen Gases den Gesamtzustand angeben. Zwar wird der Betrieb
von Motoren mit innerer Verbrennung wesentlich auch von chemischen
Prozessen von 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.
Dazu ist es bekannt, im Brennraum einer Brennkraftmaschine die Er
fassung der zeitlichen und räumlichen Ausbreitung des Verbrennungs
vorganges, die Erfassung des Zündzeitpunktes, die Erfassung von Ein
spritzvorgängen sowie die Ausmessung von irregulären Verbrennungen
vorzunehmen.
Zu diesen irregulären Verbrennungen gehört auch das sogenannte "Klo
pfen", das bei Brennkraftmaschinen unter bestimmten Arbeitsbedingun
gen auftritt. Man versteht hierunter tonfrequente Schwingungen des
komprimierten Kraftstoff-Luftgemisches, 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 je
doch andererseits bestrebt ist, den zur Verfügung stehenden Arbeits
bereich der Brennkraftmaschine möglichst weitgehend auszunutzen, ist
es erforderlich, Mittel vorzusehen, die das Klopfen frühzeitig und
sicher anzeigen, um auf diese Weise eine Regelung der Brennkraft
maschine realisieren zu können, bei der die Brennkraftmaschine stets
unterhalb der Klopfgrenze betrieben werden kann.
Aus der Motorenmeßtechnik ist es bekannt, den Verbrennungsvorgang in
einer Brennkraftmaschine mit optischen Mitteln zu beobachten und zu
erfassen. Beispielsweise wird in der Druckschrift "Motortechnische
Zeitschrift", 39 (178), Seite 385, ein spektrometrisches Meßverfah
ren zur Untersuchung der Verbrennung im Dieselmotor beschrieben, bei
dem ein Quarzfenster in der Brennraumwand angebracht ist, so daß
eine spektrometrische Beobachtung der Verbrennungsvorgänge möglich
ist.
Nachteil dieses Verfahrens ist, daß keine Absolutwertmessungen des
eingestrahlten Meßlichtes möglich sind, da insbesondere die zuneh
mende Verschmutzung des Brennraumfensters der jeweiligen Sensoran
ordnung eine starke Abnahme des Flammlichtes über der Betriebsdauer
der jeweiligen Sensoranordnung zur Folge hat.
Weiterhin ist aus der DE-OS 31 12 327 eine Sensoranordnung zur Er
fassung physikalischer Parameter im Brennraum einer Brennkraftma
schine mit einem dem Brennraum zugewandten optischen Aufnehmer be
kannt. Um dabei Absolutwertmessungen des einfallenden Lichtes unab
hängig von der Verschmutzung des dem Brennraum zugewandten Sensor
fensters zu ermöglichen, wird aus dem Brennraum in den Sensor ein
Referenzlicht, vorzugsweise mit einer dem Fensterteil vorgeordneten
Glühwendel, eingestrahlt. Nachteilig bei jeder Anordnung ist, daß
diese Glühwendel aufgrund der hohen thermischen und korrosiven Be
lastung nicht jene langzeitstabilen Eigenschaften aufweist, wie sie
für eine hohe Kalibrationsgenauigkeit wünschenswert sind; vielmehr
schränken Alterungseffekte die Brauchbarkeit jener Anordnung erheb
lich ein. Außerdem ist eine solche Sensoranordnung relativ schwierig
herzustellen und damit teuer.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht nun darin, eine
preisgünstige Einrichtung zur Beobachtung und Auswertung von Ver
brennungsvorgängen in Brennkraftmaschinen zu beschreiben, die eine
zuverlässige Auswertung des Flammlichtes in Brennräumen von Brenn
kraftmaschinen auch über längere Zeiträume hinweg erlaubt. Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Einrichtung gelöst, die ei
nen in den Brennraum einer Brennkraftmaschine ragenden Fensterkörper
aus optisch leitfähigem Material umfaßt, welcher sowohl als opti
scher Weg für das zu messende Flammlicht als auch als optischer Weg
für das Referenzlicht dient, das von einer außerhalb des Brennraumes
angeordneten Referenzlichtquelle in diesen eingestrahlt wird.
Die Erfindung benutzt die experimentell abgeleitete Erkenntnis, daß
die Transmission durch die brennraumseitige Grenzschicht des Fen
sterstabes in einem ausreichend proportionalen, jedenfalls monoto
nen, Zusammenhang mit der Totalreflexion des extern eingestrahlten
Referenzlichtes an derselben brennraumseitigen Grenzschicht des Fen
sterstabes steht. In vorteilhafter Weise umgeht die Erfindung damit
die Notwendigkeit sowohl eines Empfangsfensters zur Aufnahme des zu
messenden Flammlichtes und eines Referenzlichtes als auch eines zu
sätzlichen, besonderen Sendefensters für die Einstrahlung des Refe
renzlichtes in den Brennraum einer Brennkraftmaschine. Dadurch wer
den insbesondere jene Ungenauigkeiten ausgeschaltet, die bei unter
schiedlicher Verschmutzung des Sende- und Empfangsfensters auftreten
würden. Somit erlaubt der erfindungsgemäße optische Brennraumsensor
eine zuverlässige Auswertung des Flammlichts in Brennräumen von
Brennkraftmaschinen mit hoher Kalibrationsgenauigkeit auch über
lange Zeiträume.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vor
teilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Einrichtung zur Be
obachtung und Auswertung von Verbrennungsvorgängen in Brennkraftma
schinen gegeben. So werden insbesondere Fortbildungen angegeben, die
Mittel zur Signalverarbeitung umfassen, um die Einrichtung zur
Beobachtung und Auswertung von Verbrennungsvorgängen in Brenn
kraftmaschinen zu betreiben. Diese Mittel erlauben, das Flammlicht
entweder bei Motorstillstand oder in einer Phase des Brennraumzyklus
zu kalibrieren, bei der kein zu messendes Flammlicht auftritt.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt
und in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 in schematischer Darstellung die wesentlichen Bestandteile
einer erfindungsgemäßen Einrichtung zur Beobachtung und Auswertung
von Verbrennungsvorgängen in Brennkraftmaschinen, Fig. 2 ein sche
matisches Schnittbild durch einen Brennraum einer Brennkraftma
schine, zu deren Überwachung ein erfindungsgemäßer optischer Brenn
raumsensor vorgesehen ist, und Fig. 3 bis Fig. 6 je ein Block
schaltbild einer erfindungsgemäßen Betriebseinrichtung für das opti
sche Fenster zur Kalibration des zu messenden Flammlichtes.
Gemäß Fig. 1 besteht der erfindungsgemäße optische Brennraumsensor
20 aus einem stabförmigen Körper 10, der in geeigneter Weise in ei
ner einschraubbaren Fassung festgelegt ist, die hier nicht weiter
ausgeführt ist; eine solche kann ähnlich wie die Elektrodenfassung
einer herkömmlichen Zündkerze für Ottomotoren ausgeführt sein. Der
stabförmige Fensterkörper 10 ist aus einem optisch leitfähigen Mate
rial, z. B. aus Glas oder Quarz, hergestellt. Das eine Ende 12 ist
im wesentlichen plan ausgeführt, während das andere Ende 11 kegel
förmig oder mit gewölbter Oberfläche gestaltet ist. Am planen Ende
12 ist ein elektronischer Lichtemitter 13 angebracht, so daß dieser
bei Erregung über eine elektrische Leitung 14 im wesentlichen achs
parallel einen vorlaufenden Lichtstrahl 15 in den Körper 10 entsen
det, der an der Kegel- oder Wölbungsfläche am anderen Ende 11 dess
elben ein erstes Mal reflektiert 16 und nach wenigstens einer
weiteren Reflexion als rücklaufender Lichtstrahl 17 zum planen Ende
12 des Körpers 10 zurückgeworfen wird. An diesem Ende ist weiter ein
elektrooptischer Empfänger 18 angeordnet, so daß dieser bei entspre
chender Belichtung durch den rücklaufenden Lichtstrahl 17 über eine
elektrische Leitung 19 ein der Belichtung entsprechendes Empfangs
signal abgibt. Dieser elektrooptische Empfänger 18 nimmt gleicher
maßen das diffus vom Brennraum einfallende Flammlicht 25 auf.
Fig. 2 veranschaulicht, in welcher Weise der erfindungsgemäße
Brennraumsensor 20 vorzugsweise im Zylinderkopf 21 einer Brennkraft
maschine eingebaut ist, so daß er mit seinem kegelförmigen oder ge
wölbten Ende 11 in den zwischen Kolben 23 und Zylinderkopf 21 ver
bleibenden Brennraum ragt; das angedeutete Ventil 24 soll veran
schaulichen, daß ein solcher optischer Brennraumsensor damit grund
sätzlich wie eine herkömmliche Zündkerze für Ottomotoren im Zylin
derkopf einer Brennkraftmaschine angeordnet sein kann.
Die Erfindung macht sich nun die aus meßtechnischen Versuchen gewon
nene Erfahrung zu nutze, daß die Totalreflexion der Lichtstrahlen
15, 16 in einem für praktische Anwendbarkeit brauchbaren Maße von
der Transmission an demselben Grenzflächenübergang in Zusammenhang
steht. Die Transmission ist durch Art und Grad der Verschmutzung des
brennraumseitigen Endes 11 des Fensterkörpers 10 gegeben; daraus re
sultiert jeweils in monotonem Zusammenhang ein entsprechendes Refle
xionsvermögen an diesem Ende des Fensterkörpers 10 für das Referenz
licht 15, das vom optoelektrischen Lichtemitter 13 in den Fenster
körper eingestrahlt wird.
Je nach Anwendungsfall kann der optoelektrische Emitter 13 und der
optoelektrische Empfänger 18 entweder direkt mit dem Fensterkörper
10 verbunden oder aber in entsprechender Entfernung von demselben
angeordnet sein. Als lichtleitende Verbindung mit dem Fensterkörper
10 können entweder starre Glasstäbe oder flexible Glasfaserleitungen
Verwendung finden.
Fig. 3 veranschaulicht eine derartig abgewandelte Einrichtung zur
Beobachtung und Auswertung von Verbrennungsvorgängen in Brennkraft
maschinen zusammen mit einer Betriebseinrichtung zur Kalibration des
zu messenden Flammlichtes. An das plane Ende 12 des Fensterkörpers
10 ist ein erster Lichtleiter 26 angeschlossen, der zur Einstrahlung
eines Referenzlichts mit dem elektrooptischen Emitter 13 in Verbin
dung steht. Ein zweiter, ebenfalls an das plane Ende 12 des Fenster
körpers 10 angeschlossener Lichtleiter 27 steht mit dem elektroopti
sche Empfänger 18 in Verbindung. Bei den Lichtleitern 26 und 27 kann
es sich grundsätzlich um getrennte, jeweils für sich abgegrenzte
Glasfaserleitungen handeln; es kann aber auch an der Anschlußfläche
12 des Fensterkörpers 10 nur eine Glasfaserleitung angeschlossen
sein, die dann in einigem Abstand von der Anschlußfläche 12 in zwei
Zweige 26 und 27 aufgespalten sein kann. Über die Verbindungsleitung
30 gibt der optoelektrische Empfänger 18 ein Empfangssignal an den
Verstärker 31 ab, das dem über den Lichtleiter 27 in den Empfänger
18 eingestrahlten Flamm- und Referenzlicht entspricht. Der Ausgang
32 des Verstärkers 31 ist auf einen Umschaltpunkt 33 eines elektro
nischen Schalters 34 geführt. Dieser elektronische Schalter 34 wird
über die Verbindungsleitung 35 mit einem Schaltsignal angesteuert,
das eine Impulsformerstufe 36 erzeugt, die ihrerseits ein die Stel
lung der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine kennzeichnendes Signal
von einem Positionsgeber 38 über die Verbindungsleitung 37 erhält.
Die Sequenz des Schaltsignals auf der Leitung 35 ist auf die Posi
tion der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine und die zu durchlaufen
den Arbeitstakte derselben so abgestimmt, daß der Schalter 34 jeden
falls im Verbrennungstakt in der Stellung I die Leitung 40 an einen
Vierpol 45 legt. Dieser Vierpol 45 kann entweder als Mischer oder
Modulator, im einfachsten Fall aber auch als steuerbarer Verstärker
oder Abschwächer ausgeführt sein; in jedem Falle erhält dieser Vier
pol 45 über eine Leitung 44 ein Korrektursignal, und gibt über eine
Ausgangsleitung 46 das zur Verknüpfung des Flammlichtsignals mit be
sagtem Korrektursignal erhaltene kalibrierte Flammlichtsignal ab.
Die Steuersequenz für den elektronischen Schalter 34 ist in Abhän
gigkeit von der Kurbelwellenstellung weiter so gewählt, daß bei
Stillstand der Brennkraftmaschine oder während Taktphasen der Brenn
kraftmaschine, in denen kein Flammlicht auftritt, der Umschaltpunkt
33 in der Stellung II des elektronischen Schalters über die Leitung
39 mit einer Korrektureinrichtung 41 verbunden ist. Bei dieser Kor
rektureinrichtung 41 kann es sich um einen Rechner oder um einen
Speicher handeln, in dem Kennfeldwerte abgelegt sind, die den Kali
brationszusammenhang zwischen der Intensität des Referenzlichtes
aufgrund Totalreflexion am Ende 11 des Fensterkörpers 10 und wenig
stens einem Korrektursignal repräsentieren, das über die Leitung 44
abgenommen wird. Über die Verbindungsleitung 50 kann der Treiber 48
ein Dunkeltastsignal erhalten, das wenigstens dann, wenn der Schal
ter 34 in die Stellung I gesteuert ist, ein Ausschalten des elektro
optischen Emitters bewirkt. In sinngemäßer Weise kann der Treiber 48
zu diesem Zweck auch an die Leitungen 47 oder 35 angeschlossen sein,
so daß die Leuchtdauer des Emitters 13 jedenfalls kürzer oder höch
stens gleich der Verweildauer des Schalters 34 in Stellung II ist;
ein entsprechender Signalweg 47 a ist gestrichelt angedeutet. Prinzi
piell ist es auch möglich, alternativ zur Bewertung des Flammlicht
signals in der Stellung I des elektronischen Schalters 34 auch eine
Nachführung der vom elektrooptischen Emitter 13 erzeugten Referenz
lichtintensität vorzunehmen.
Die Korrektureinrichtung 41 erhält über eine Leitung 47 vom Impuls
former 36 eine Taktsequenz, die entweder der an den elektronischen
Schalter 34 abgegebenen Schaltsequenz entspricht oder jedenfalls in
einem zeitlichen Zusammenhang mit dieser steht, so daß die Korrek
turanordnung 41 über die Leitung 39 nur dann ein Lichtsignal ein
liest, wenn der Schaltzustand II des elektronischen Schalters 34
vorliegt. Der Korrektureinrichtung 41 können über eine Leitung 42
Eichvorgaben oder Referenzwerte zugeführt werden; über eine Leitung
43 kann beispielsweise ein Fehlersignal zugeführt werden, welches
bewirkt, daß dem Vierpol 45 über die Leitung 44 im Falle einer ex
ternen Fehlermeldung ein konstantes Korrektursignal zugeführt wird,
so daß dann keine Kalibration des zu messenden Flammlichtes 25 mehr
erfolgt.
Fig. 4 veranschaulicht eine prinzipiell gleichartig funktionierende
Einrichtung zum Betrieb eines erfindungsgemäßen optischen Brennraum
sensors, die zudem die Überwachung bzw. Regelung der Intensität des
vom optoelektrischen Emitter 13 erzeugten Referenzlichts vorsieht;
auf Teile, die bezogenen aus der Fig. 3 entsprechen, wird hier
nicht mehr eingegangen. Der Treiber 48 zur Ansteuerung des elektro
optischen Emitters 13 wird hier von einem Regler 54 angesteuert.
Dieser umfaßt einen Verstärker 55 und eine Subtrahiereinrichtung 53,
deren Minuseingang über eine Verbindung 51 das Empfangssignal eines
zweiten elektrooptischen Empfängers 29 zugeführt wird und deren
Pluseingang über eine Verbindungsleitung 52 von einem Rechner 57 ei
ne Sollwertvorgabe zugeführt wird. Die Verbindungsleitung 39 führt
auf einem A/D-Eingangsport des Rechners 57. Bei dem Regler 54 kann
es sich um einen solchen mit Sample- und Hold-Verstärker 55 handeln,
der dann einen geregelten Einstellwert für den Treiber 48 jeweils
von einer bis zur nächsten Dunkelphase des Brennraums der Brenn
kraftmaschine festhält. Der zweite elektrooptische Empfänger 29 wird
über einen Lichtweg 28 gespeist, der mit dem elektrooptischen Emit
ter 13 in Verbindung steht. Der Lichtweg 28 kann durch eine weitere
Glasfaserleitung oder irgendeinen sonst geeigneten Lichtleitkörper
gebildet sein; gegebenenfalls reicht es aber auch aus, daß der elek
trooptische Empfänger 29 beispielsweise in der Nähe des elektroopti
schen Emitters 13 angeordnet wird, so daß er dessen Streulicht emp
fängt. Eine solche Anordnung ist dann vorteilhaft, wenn z. B. die
gesamte Betriebseinrichtung als Bestandteil eines elektronischen
Kraftstoffzumeßgeräts für eine Brennkraftmaschine in einem abge
schlossenen Gehäuse untergebracht werden soll, so daß nur eine mini
male Anzahl sowohl elektrischer wie optischer Signal- und Steuerwege
an der Schnittstelle eines solchen Gerätes auftreten. Der Rechner 57
erhält über die Leitung 47 vom Impulsformer 36 entweder ein Zeitfen
ster oder lediglich ein Taktsignal vorgegeben, das auch, wie gestri
chelt dargestellt, über die Steuerleitung 47 a direkt einem
Sample- und Hold-Verstärker 55 im Regler 54 zugeführt werden kann.
Alternativ kann ein solches Steuersignal für einen Sample- und
Hold-Verstärker 55 aber auch direkt vom Rechner 57 bezogen werden,
wie dies auf dem gestrichelten Verbindungsweg 47 b angedeutet ist.
Bei dieser Ausbildungform der erfindungsgemäßen Betriebseinrichtung
für die Einrichtung zur Beobachtung und Auswertung von Verbrennungs
vorgängen in Brennkraftmaschinen wird also eine beispielsweise durch
Alterung bedingte Veränderung der vom elektrooptischen Emitter 13
erzeugte Referenzlichtintensität durch Regelung korrigiert. Dadurch
wird eine höhere Kalibrationsgenauigkeit über lange Zeit ermöglicht.
In entsprechender Weise kann dem Rechner 57 über wenigstens eine
Leitung 42 oder 43 ein Eich- oder Bezugssignal zugeführt werden, um
beispielsweise die Referenzlichtintensität in Abhängigkeit von der
Verschmutzung der Einrichtung zur Beobachtung und Auswertung von
Verbrennungsvorgängen in Brennkraftmaschinens umzuschalten.
Die in Fig. 5 gezeigte Betriebseinrichtung für das Brennraumfenster
benutzt gegenüber der in Fig. 4 gezeigten den Rechner 57 auch als
Bestandteil eines Regelkreises zur Stabilisierung der Referenzlicht
stärke. Der zweite elektrooptische Empfänger 29 gibt sein Ausgangs
signal an einen Verstärker 59 ab, dessen Ausgang über den Verbin
dungsweg 60 mit einem weiteren A/D-Eingangskanal des Rechners ver
bunden ist. Der Rechner 57 gibt eine Stellinformation über ein Sig
nalweg 64 an den Treiber 52 ab; dabei kann es sich bei dem Signalweg
64 um einen analogen oder digitalen handeln, so daß im Treiber 62
erforderlichenfalls auch ein D/A-Wandler 63 enthalten sein kann. Ein
die Stellung der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine und die Arbeits
taktphase kennzeichnendes Signal wird auch hier dem Rechner 57 vom
Impulsformer 36 über die Leitung 47 zugeführt; der Rahmen der Erfin
dung umfaßt aber auch die hier nicht weiter ausgeführte Möglichkeit,
daß der Rechner 57 direkt vom Kurbelwellenstellungsgeber 38 mit ei
nem Positionssignal versorgt wird und seinerseit ein entsprechend
aufbereitetes Schaltsignal direkt an den elektronischen Schalter 34
abgibt. Eine solche Abwandlung erlaubt, daß beispielsweise über we
nigstens eine Leitung 42 oder 43 dem Rechner 57 Steuersignale zu
führbar sind, die eine Auswertung des zu messenden Flammlichtes nur
innerhalb gewünschter, verschiebbaren Zeitfenster bewirken. Auf die
se Weise kann dann das kalibrierte Flammsignal am Ausgang 46 des
steuerbaren Vierpols 45 auf die Kurbelwellenposition bezogen werden.
Fig. 6 zeigt schließlich eine Ausbildungsform der erfindungsgemäßen
Betriebseinrichtung für das Brennraumfenster, die die Benutzung ei
nes leistungsfähigeren Rechners 57 vorsieht, wie er in neuzeitlichen
Steuergeräten für die Kraftstoffzumessung bei Kraftfahrzeugen zu
sehends anzutreffen ist. Solche Rechner weisen stets mehrere paral
lele oder wenigstens multiplexbare A/D-Eingangskanäle auf; zusehends
werden auch D/A-Ausgangskanäle solcher Rechner vorgesehen. Erfin
dungsgemäß wird das Ausgangssignals des optoelektrischen Empfängers
18 über die Leitung 30 einem ersten Verstärker 31 zugeführt, dessen
Ausgang wiederum über die Leitung 32 mit dem ersten A/D-Eingangska
nal des Rechners 57 verbunden ist. Der zweite, den Emitter 13 über
wachende optoelektrische Empfänger 29 steuert über die Leitung 51
den zweiten Verstärker 59 an, dessen Ausgang 60 mit dem zweiten
A/D-Eingangskanal 61 des Rechners verbunden ist. Über weitere Ein
gangskanäle 66 werden dem Rechner 57 weitere Ansteuersignale zuge
führt, wie sie z. B. erforderlich sind, wenn der Rechner 57 gleich
zeitig zur Steuerung von Einspritzvorgängen bzw. einer Einspritz
pumpe oder der Gemischzündung herangezogen wird. Der Positionsgeber
38 für die Lage der Kurbelwelle, der ein Ausgangssignal über einen
Impulsformer 36 a und den Verbindungsweg 35 an den Rechner 57 abgibt,
kann auch durch einen geeignet hoch auflösenden Drehzahlgeber er
setzt sein, wenn aus dieser Drehzahlinformation die Lage der Kurbel
welle in jedem Zeitpunkt zugeordnet werden kann, z. B. durch Auszählen
von Drehzahlimpulsen, die einen Kurbelwellenbezugsstellungsimpuls
enthalten. Der Treiber 62 und sein Ansteuerweg 64 können entspre
chend Fig. 5 ausgeführt sein, d. h., daß der Digital-Analog-Wandler
63 auch im Rechner 57 schon enthalten sein kann, so daß der Treiber
62 dann über einen Analogausgang angesteuert wird. Über digitale 68
und/oder analoge Ausgangsleitungen 67 gibt der Rechner das kali
brierte Flammlichtsignal ab, sofern es nicht bereits im Rechner
selbst unmittelbar verarbeitet wird. Im letzten Fall repräsentieren
die Ausgangsleitungen 67 und 68 übliche Steuerleitungen etwa zur An
steuerung von Kraftstoffzumeßaggregaten oder wenigstens einer Warn
einrichtung, die bei zu starker Verschmutzung des optischen Brenn
raumsensors beispielsweise anzeigt, wenn dieser nicht mehr kali
briert, sondern unkalibriert betrieben wird oder einer Reinigung be
darf. Die Eingangsleitung 42, 43 kann vorgesehen werden, um in den
Rechner 57 Daten zur Definition von Zeitfenstern einzulesen, in de
nen jeweils der optische Brennraumsensor kalibriert oder das Flamm
licht ausgemessen werden soll.
Der Rahmen der Erfindung wird nicht verlassen, wenn beispielsweise
die Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Betriebseinrichtung
für den Einrichtung zur Beobachtung und Auswertung von Verbrennungs
vorgängen in Brennkraftmaschinen gemäß Fig. 3 bis Fig. 6 in fach
männischer Weise abgewandelt werden, so daß jedenfalls eine Kalibra
tion des zu messenden Flammlichtes während Dunkelphasen des Brenn
raumzyklus in erfindungsgemäßem Sinne vorgenommen wird so, daß einer
verringerten Reflexion am Ende 11 des Fensterkörpers 10 eine eben
falls verringerte Transmission des Flammlichtes 25 aus dem Brennraum
zugeordnet wird.
Claims (17)
1. Einrichtung zur Erfassung des Flammlichtes in Brennräumen einer
Brennkraftmaschine mit einem in die Brennraumwandung eingelassenen
optischen Fenster und Mittel zur Einstrahlung eines Referenzlichtes
in dieses optische Fenster und zum Empfang des Referenzlichtes und
des Flammlichtes aus diesem optischen Fenster, dadurch gekennzeich
net, daß das optische Fenster als Lichtleiter (10) ausgebildet ist
und das Referenzlicht (15) in diesem Lichtleiter (10) ohne Austritt
in den Brennraum (22) oder Übertritt in ein anderes optisches Medium
auf einem geschlossenen Weg in diesem Lichtleiter (10) geführt wird,
indem das Referenzlicht (15) am brennraumseitigen Ende (11) des
Lichtleiters (10) total reflektiert wird.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Mit
tel zur Einstrahlung eines Referenzlichtes in den Lichtleiter (10)
ein lichtemittierender Sendehalbleiter (13) und als Mittel zum Emp
fang des totalreflektierten Referenzlichtes (17) und des Flammlich
tes (25) ein photoempfindlicher Empfangshalbleiter (18) vorgesehen
ist, und der Sendehalbleiter (13) über eine erste Lichtleiterverbin
dung (26) und der Empfangshalbleiter (18) über eine zweite Lichtlei
terverbindung (27) mit dem brennraumabgewandten Ende (12) des in die
Brennraumwandung eingelassenen Lichtleiters (10) optisch in Verbin
dung steht.
3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der
Lichtleiter (10) und die erste und zweite Lichtleiterverbindung (26,
27) im wesentlichen einstückig in Form eines sich auf der brennraum
abgewandten Seite gabelnden Glasfaserbündels ausgeführt sind.
4. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die
Lichtleiterverbindungen (26, 27) einstückig in Form eines sich ga
belnde Glasfaserbündels ausgeführt sind, dessen nicht gegabeltes
Ende mit dem brennraumabgewandten Ende (12) des in die Brennraumwan
dung eingelassenen Lichtleiters (10) verbunden ist.
5. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel
(31, 34, 36, 38; 41, 45; 57) vorgesehen sind, um das während des
Verbrennungstaktes vom Empfangshalbleiter (18) aufgenommene Licht
auf das während wenigstens einer vorausgegangenen Dunkelphase im
Brennraum vom Empfangshalbleiter (18) empfangene Licht zu beziehen.
6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der das
Referenzlicht (15) in den Lichtleiter (10) einstrahlende Sendehalb
leiter (13) nur in einem wählbaren Betriebszustand der Brennkraftma
schine ansteuerbar oder einschaltbar ist.
7. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß während
der Verbrennung vom Empfangshalbleiter (18) sowohl das vom Sende
halbleiter (13) in den Lichtleiter (10) eingestrahlte und darin re
flektierte Licht (17) und das eingestrahlte Flammlicht (25) aufnehm
bar ist.
8. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der das
Referenzlicht (15) in den Lichtleiter (10) einspeisende Sendehalb
leiter (13) jedenfalls nur während Dunkelphasen im Brennraum und in
wählbaren Zeitintervallen ansteuerbar oder einschaltbar ist.
9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das vom
Empfangshalbleiter (18) empfangene Flammlicht (25) nur während eines
wählbaren Zeitintervalles auswertbar ist.
10. Einrichtung nach Anspruch 9, daß das wählbare Zeitintervall, in
dem das empfangene Flammlicht auswertbar ist, zur Erfassung von Ent
flammungsbeginn, Verbrennung, oder Verbrennungsende in Abhängigkeit
vom Lastzustand der Brennkraftmaschine in bezug auf wenigstens einen
Zeitpunkt verschiebbar ist, zudem die Welle eine genau definierte
Lage inne hat.
11. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der
Sendehalbleiter (13) über einen Lichtweg (28) in optischer Verbin
dung mit einem zweiten Empfangshalbleiter (29) steht, welcher einen
Teil des vom Sendehalbleiter (13) gegebenen Referenzlichtes
empfängt, und daß die den Sendehalbleiter (13) ansteuernde Treiber
schaltung (48, 62) Bestandteil eines Regelkreises (49, 51, 55, 56,
57, 59, 62, 63, 64) zur Konstanthaltung der Intensität des vom zwei
ten Empfangshalbleiter (29) aufgenommene Referenzlichtanteils ist.
12. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der
Lichtweg (28) in Form eines besonderen Lichtleiters körperlich aus
gebildet ist.
13. Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der
als Lichtleitkörper (28) ausgebildete Lichtweg (28) wenigstens mit
dem ersten Lichtleiter (26) einstückig verbunden ist.
14. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der
Regelkreis einen Sample- und Hold-Verstärker (55) enthält, und daß
das vom Regelkreis während erster Zeitintervalle eingestellte An
steuersignal für den Sendehalbleiter (13) während zweiter Zeitinter
valle haltbar ist.
15. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der
Regelkreis zur Konstanthaltung der Intensität des vom zweiten
Empfangshalbleiter (29) aufgenommenen Referenzlichtanteils einen
Mikrorechner (57) umfaßt, in dem auch das während Flammphasen vom
Empfangshalbleiter (18) aufgenommene Licht auf das während Dunkel
phasen aufgenommene Licht beziehbar und unmittelbar zu Steuergrößen
für die Kraftstoffzumessung der Brennkraftmaschine auswertbar ist.
16. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in ei
nem Speicher (41, 57) wenigstens ein Korrekturwert für den Zusammen
hang zwischen der vom Empfangshalbleiter (18) während Flammphasen
und Dunkelphasen aufnehmbaren Lichtintensität ablegbar ist, und daß
über wenigstens eine Steuerleitung (42, 43) die Einlesung wenigstens
eines solchen Korrekturwerts als Bezugswert in den Speicher (41, 57)
auslösbar ist.
17. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel
vorhanden sind, um bei Unterschreiten eines vorgebbaren Grenzwertes
für die niedrigste während Dunkelphasen auszuwertende Referenzlicht
intensität ein Alarmsignal zu erzeugen und an eine Warneinrichtung
weiterzuleiten.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19863627074 DE3627074A1 (de) | 1986-08-09 | 1986-08-09 | Einrichtung zur beobachtung und auswertung von verbrennungsvorgaengen in brennkraftmaschinen |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19863627074 DE3627074A1 (de) | 1986-08-09 | 1986-08-09 | Einrichtung zur beobachtung und auswertung von verbrennungsvorgaengen in brennkraftmaschinen |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3627074A1 true DE3627074A1 (de) | 1988-02-11 |
Family
ID=6307079
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE19863627074 Withdrawn DE3627074A1 (de) | 1986-08-09 | 1986-08-09 | Einrichtung zur beobachtung und auswertung von verbrennungsvorgaengen in brennkraftmaschinen |
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Country | Link |
---|---|
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