DE3700731A1

DE3700731A1 - Fuehlervorrichtung einer verbrennungskraftmaschine

Info

Publication number: DE3700731A1
Application number: DE19873700731
Authority: DE
Inventors: Roy Haworth; Michael Frederick Russell
Original assignee: Lucas Industries Ltd
Current assignee: ZF International UK Ltd
Priority date: 1986-01-25
Filing date: 1987-01-13
Publication date: 1987-07-30
Anticipated expiration: 2007-01-14
Also published as: IT1213421B; FR2594545A1; JPH07107497B2; US4825689A; GB2193804B; DE3700731C2; JPS62179617A; IT8622770A0; GB8629263D0; GB8601842D0; FR2594545B1; GB2193804A

Description

Die Erfindung betrifft eine Fühlervorrichtung zur Anbringung an eine Verbrennungskraftmaschine und zur Erhaltung eines elektri schen Signals, das die Verbrennung von Brennstoff in einem Ver brennungsraum der Maschine anzeigt.

Es sind verschiedene Arten einer solchen Fühlervorrichtung be kannt; z.B. gibt es strahlungsempfindliche Vorrichtungen, die auf die Strahlung ansprechen, die von dem brennenden Brennstoff abgegeben wird, druckempfindliche Vorrichtungen, die auf den Druckanstieg ansprechen, der in dem Verbrennungsraum aufgrund einer Zündung des Brennstoffes stattfindet, und ionisationsemp findliche Vorrichtungen, die auf die freien Ionen in der Flam menfront im Verbrennungsraum ansprechen.

Die vorliegende Erfindung ist mit strahlungsempflichen Vorrich tungen befaßt. Es ist bekannt, den Brennstoffverbrennungsvorgang im Maschinenverbrennungsraum durch ein Quarzfenster in der Wand des Verbrennungsraumes zu beobachten und auch zu fotografieren. Eine solche Beobachtung über eine ausgedehnte Dauer der Maschi nenbenutzung wird jedoch wegen des Niederschlages von Ruß am Fenster und wegen der möglichen Beschädigung der dem Verbren nungsraum zugewendeten Fensteroberfläche schwieriger. Es ist nichtsdestotrotz möglich, hinter dem Fenster einen geeigneten Fühler anzuordnen, der für eine Anfangszeitspanne der Maschinen nutzung ein Signal abgibt, das dem Beginn der Verbrennung von Kraftstoff anzeigt.

Durch die US-PS 44 61 170 ist eine fortschrittlichere Vorrichtung bekannt, bei der ein Fühler mit einer Brennstoff-Einspritzdüse verbunden ist, die Brennstoff in den Verbrennungsraum einbringt. Der Fühler ist mittels eines lichtübertragenden Pfades, der z.B. ein Bündel optischer Fasern umfaßt, mit einem brennstoffzuführen den Gang der Düse verbunden, von dem sich der Düsenauslaß weger streckt. Der Auslaß ist von dem Ventil der Düse gesteuert, so daß die Düse zusätzlich zu ihrer normalen Funktion wie ein Schal ter wirkt, um den Fühler und insbesondere das dem Fühler abge wandte Ende des lichtübertragenden Pfades von der Verbrennungs kammer außer bei der Zufuhr von Brennstoff zum Verbrennungsraum abzuschirmen. Die vorher beschriebenen Schwierigkeiten bezüglich Rußniederschlag und Beschädigung sind daher vermieden. Jedoch ist der Düsenauslaß äußerst schmal, so daß die auf den Lichtpfad gelangende Lichtmenge sehr klein ist; dies bedeutet, daß der Füh ler auf die kleine Lichtmenge ansprechen muß und die angeschlos senen Verstärker eine ausreichende Verstärkung erbringen müssen, damit eine wirksame Nutzung des Signals ermöglicht ist. Außerdem muß der lichtempfindliche Pfad gegen den sehr hohen Brennstoff druck abgedichtet sein, der in dem Brennstoff-Zufuhrgang während der Verbrennung des Brennstoffes herrscht.

Eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine Fühlervorrichtung der eingangs genannten Art in strahlungsempfindlicher Ausbildung zu schaffen, die einfach und zweckmäßig ist. Die erfindungsgemäße Fühlervorrichtung ist, diese Aufgabe lösend, dadurch gekennzeich net, daß vorgesehen sind ein Rohr, das in einer Öffnung einer Wand des Verbrennungsraumes befestigbar ist, ein Strahlungslei ter, der sich in einer von dem Rohr begrenzten Bohrung erstreckt, eine Dichtschicht, die zwischen der Oberfläche des Strahlungs leiters und der Wand der Bohrung angeordnet ist und die eine Hal terung des Strahlungsleiters und eine Verhinderung des Austritts von Gasen aus dem Verbrennungsraum bewirkt, und ein Fühler, der an dem vom im Betrieb befindlichen Verbrennungsraum entfernten Ende des Strahlungsleiters angebracht ist und der auf die vom Strahlungsleiter übertragene Strahlung anspricht, wobei das an dere Ende des verwendeten Strahlungsleiters dem Verbrennungsraum ausgesetzt ist.

In der Zeichnung ist eine Ausführungsform der Erfindung darge stellt und zwar ein Schnitt einer Fühlervorrichtung einer Ver brennungskraftmaschine, eingebaut in die Wand eines Zylinderkop fes der Maschine.

Gemäß Zeichnung ist ein Rohr (10) bzw. ein rohrförmiges Körper stück aus Metall vorgesehen, das an seiner Umfangsoberfläche einen Bereich mit Schraubengewinde (11) aufweist, das mit einem komplementären Schraubgewinde in einer Öffnung (12) eines Zylin derkopfes (13) der Maschine zusammenwirkt. Die Öffnung (12) steht an ihrem inneren Ende mit einem Verbrennungsraum (14) eines hin- und hergehenden Maschinenkolbens in Verbindung und ist benach bart ihrem inneren Ende mit einer sich verjüngenden Stufe (15) versehen, die mit einer komplementären Stufe an der Umfangsflä che des Rohres zusammenwirkt, um eine gasdichte Dichtung zu schaffen.

Das Rohr besitzt ein vergrößertes Kopfstück (16), von dem ein hohler Flansch (17) wegragt.

Das Rohr bildet eine Bohrung (18) die sich in die Verbrennungs kammer (14) öffnet, wenn das Rohr in der Öffnung befestigt ist, und die bei ihrem dem Verbrennungsraum benachbarten Ende mit einer Stufe (19) versehen ist. Die Stufe (19) liegt an einem Ende eines Strahlungsleiters (20), der sich durch die Bohrung in eine Kammer (21) erstreckt, die von dem Flansch (17) begrenzt ist. Um den Strahlungsleiter in der Bohrung sicher zu halten und um eine Dichtung zwischen der Oberfläche des Strahlungsleiters und der Wand der Bohrung zu schaffen, ist eine Dichtschicht (16 A) vorgesehen, die von einem viskos-elastischen Material wie Sili kongummi gebildet ist. Außer der haltenden und dichtenden Wir kung hat die Dichtschicht die sehr wichtige Wirkung des Schutzes des Strahlungsleiters (20) gegen Maschinenvibration, indem sie jede Vibration des Strahlungsleiters dämpft und den Strahlungs leiter gegen mechanische Erschütterungen abschirmt, die z.B. beim Einbau der Fühlervorrichtung an der Maschine auftreten. Der Strahlungsleiter besteht z.B. aus Quarz mit flammpolierten End oberflächen. Es nur nötig, den Stab auf die erforderliche Länge zu bringen und dessen Ende in einer Flamme zu vergüten.

An dem in der Kammer (21) befindlichen Ende des Strahlungsleiters (20) ist ein Fühler (22) angebracht, der in dienlicher Weise von einer Fotodiode oder von Dioden gebildet ist, deren Lichtöffnung dem Ende des Strahlungsleiters zugewendet ist. Die Diode ist an das Ende des Strahlungsleiters gekittet bzw. zementiert, und bei Ausführung der Kittung muß dafür gesorgt werden, daß kein Kitt bzw. Zement auf die Endfläche des stangenartigen Strahlungslei ters gelangt; deshalb ist, wie dargestellt ist, eine schweißnaht artige Verbindung gewählt.

Es ist eine Endkappe (23) vorgesehen, die das Ende der Kammer (21) verschließt und die auf den Flansch (17) aufgeschraubt ist. Die Endkappe (23) trägt auch einen elektrischen Verbindungsstecker (24), der an die Anschlüsse der Diode mittels isolierter Leiter angeschlossen ist. Nach dem Zusammenbau kann die Kammer (21) mit einer Vergußmasse gefüllt werden und können die Gewinde zwischen der Endkappe und dem Flansch mit einer geeigneten Verschlußmasse gegeneinander festgelegt werden.

Um die Rußablage an dem dem Verbrennungsraum ausgesetzten Ende des Strahlungsleiters zu minimieren, ist es wichtig, daß sicher gestellt ist, daß das Ende des Strahlungsleiters durch Ausnehmung unter die Wand des Verbrennungsraumes gelegt ist. Wenn der Abstand zu groß ist, dann geht die Reinigung des Endes des Strahlungslei ters durch die natürliche reibende Wirkung des Gases in dem Ver brennungsraum verloren. Wenn andererseits der Abstand zu klein ist, dann besteht die Möglichkeit des Rußniederschlages. Der tat sächliche Abstand zwischen dem Ende des Strahlungsleiters und der Wand des Verbrennungsraumes liegt in Abhängigkeit von der Gestal tung des Verbrennungsraumes zwischen 3 mm und 12 mm. Das innere Ende der Öffnung (12) wird in der Regel dicht bei dem Pfad der Brennstoffeinspritzung in den Diesel-Verbrennungsraum angeordnet, wobei das Ende des Strahlungsleiters so wie vorher erwähnt zurück versetzt ist.

Der Fühler (22) ist als Fotodiode beschrieben und diese spricht auf sichtbares oder infrarotes Licht an. Der Fühler läßt sich je doch aus einem pyroelektrischen Material herstellen und kann eine komplexere Halbleiter-Einrichtung sein, ein geringmassiges Ther moelement sein oder eine andere Einrichtung sein, die elektroma gnetische Strahlung fühlt, die während des Verbrennungsvorganges abgegeben wird. Wenn der Fühler auf Infrarot-Strahlung anspricht, kann der Strahlungsleiter (20) aus Silikon bestehen.

Das mittels der Fühlervorrichtung erhaltene Signal kann in jedem geeigneten Steuerkreis weiterverarbeitet werden, um eine Zahl von Signalen zu erzeugen, welche für Verbrennung stehen. Z.B. ist es möglich, ein Signal zu erzeugen, das den Beginn der Verbrennung anzeigt, und, während der Fühler den gesamten Brennvorgang beob achtet, weitere Signale zu erzeugen, welche das Ausmaß der Ver brennung anzeigen.

Claims

1. Fühlervorrichtung zur Anbringung an eine Verbrennungskraftma schine und zur Erhaltung eines elektrischen Signals, das Ver brennung von Brennstoff in einem Verbrennungsraum der Maschi ne anzeigt, dadurch gekennzeichnet, daß vorgesehen sind ein Rohr (10), das in einer Öffnung (12) einer Wand des Verbren nungsraumes befestigbar ist, ein Strahlungsleiter (20), der sich in einer von dem Rohr begrenzten Bohrung (18) erstreckt, eine Dichtschicht (16 A), die zwischen der Oberfläche des Strahlungsleiters (20) und der Wand der Bohrung (18) angeord net ist und die eine Halterung des Strahlungsleiters (20) und eine Verhinderung des Austritts von Gasen aus dem Verbren nungsraum (14) bewirkt, und ein Fühler (22), der an dem vom im Betrieb befindlichen Verbrennungsraum (14) entfernten Ende des Strahlungsleiters (20) angebracht ist und der auf die vom Strahlungsleiter (20) übertragene Strahlung anspricht, wobei das andere Ende des in Betrieb befindlichen Strahlungsleiters dem Verbrennungsraum (14) ausgesetzt ist.

2. Fühlervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtschicht (16 A) von einem viskos-elastischen Material gebildet ist und somit den Strahlungsleiter (20) auch gegen Vibration und Stoß schützt.

3. Fühlervorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Material ein Silikongummi ist.

4. Fühlervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das andere Ende des Strahlungsleiters (20) gegen eine in der Bohrung (18) vorgesehene Stufe (15) gelegt ist.

5. Fühlervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Fühler (20) an dem einen Ende des Strahlungsleiters (20) befestigt, z.B. angekittet ist.

6. Fühlervorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Fühler (22) eine Fotodiode umfaßt, die eine Lichtöffnung aufweist, die dem Ende des Strahlungsleiters (20) zugewendet ist.

7. Fühlervorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeich net, daß eine schweißnahtartige Verbindung zwischen dem Ende des Strahlungsleiters (20) und dem Fühler (22) vorgesehen ist.

8. Fühlervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlungsleiter (20) aus Quarz besteht und flammpolierte Endflächen aufweist.

9. Fühlervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (10) so in die Öffnung (12) eingesetzt ist, daß das andere Ende des Strahlungsleiters (20) gegenüber dem Übergang zwischen der Öffnung und dem Verbrennungsraum (14) um einen Abstand im Bereich von 3-12 mm zurückversetzt ist.