DE3627074A1 - Einrichtung zur beobachtung und auswertung von verbrennungsvorgaengen in brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

Stand der Technik

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.

Vorteile der Erfindung

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.

Zeichnung

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.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

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.