DE3731651A1 - Sensor fuer eine brennkraftmaschine - Google Patents
Sensor fuer eine brennkraftmaschineInfo
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Description
Die Erfindung betrifft Sensoren für die Verwendung in
Brennkraftmaschinen mit innerer Verbrennung, insbesondere
Maschinen mit Verdichtungszündung, wobei der Sensor dazu
verwendet wird, ein Signal zu liefern, das den Beginn der
Verbrennung von Treibstoff in einem Verbrennungsraum der
Maschine anzeigt und das von dem Sensor gelieferte Signal in
einem Steuersystem dazu verwendet wird, um den Betrieb der
Maschine zu steuern.
Zum Beispiel kann der Sensor einen Körper aufweisen, der
innerhalb einer geeigneten Bohrung im Zylinderkopf der
Maschine befestigt ist, und kann einen Stab beinhalten, der
elektromagnetische Strahlung überträgt und dessen Ende in
dem Brennraum freiliegt, und wobei der Stab die Funktion
hat, Strahlung, die erzeugt wird, wenn eine Verbrennung von
Brennstoff stattfindet, zu einer entfernten Position zu
übertragen, die entweder innerhalb oder außerhalb des
Sensorkörpers liegt und an der eine lichtempfindliche
Einrichtung angeordnet ist, die auf die übertragene Strah
lung mit der Erzeugung eines elektrischen Signals anspricht.
Obwohl der Ausdruck "Strahlung" benutzt wird, versteht es
sich, daß im allgemeinen die Vorrichtung auf sichtbares
Licht anspricht; sie kann jedoch zum Beispiel auch auf
Infrarot ansprechen. Das Signal wird dem Steuersystem der
Maschine zugeführt und kann dazu benutzt werden, im Fall
einer Maschine mit Verdichtungszündung die Zeitpunkte der
Brennstoffzufuhr oder im Falle einer funkengezündeten
Maschine den Funkenzeitpunkt zu verändern.
Die Verwendung des Sensors erfordert die Vorsehung einer
Bohrung in dem Zylinderkopf der Maschine. Dies erhöht
die Kosten der Maschine, und überdies ist es nicht immer
einfach, einen Platz für den Sensor zu finden, nämlich im
Fall einer funkengezündeten Maschine zwischen den Ventilen
und der Zündkerze, oder im Fall einer Maschine mit
Verdichtungszündung zwischen den Ventilen, der Einspritzdüse
und einer Starthilfe; dabei ist auch noch die Notwendigkeit
im Auge zu behalten, ausreichende Kühlmitteldurchgänge
innerhalb des Zylinderkopfes vorzusehen.
Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Maschinensensor in einer
bequem anwendbaren Form vorzusehen.
Nach der Erfindung ist ein für die angegebenen Zwecke
vorgesehener Sensor mit einem Bestandteil einer Brennkraft
maschine mit innerer Verbrennung kombiniert, die im Gebrauch
innerhalb einer Bohrung im Zylinderkopf der Maschine
befestigt ist und deren inneres Ende dem Brennraum der
Maschine ausgesetzt ist, wobei der Sensor ein strah
lungsempfindliches Element aufweist und der Bestandteil
einen Strahlungsübertragungsweg definiert, der sich von dem
inneren Ende des Bestandteils zu dem strahlungsempfindlichen
Element erstreckt.
Im folgenden wird ein Beispiel eines Maschinensensors nach
der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung
beschrieben, die eine seitliche Schnittansicht darstellt.
In der beigefügten Zeichnung ist der Sensor mit einer
Starthilfe für eine Maschine mit Verdichtungszündung kombi
niert und enthält einen Körperteil 10, in welchem eine
gestufte Bohrung 11 ausgebildet ist. Der Körper ist bei 12
derart mit Schraubgewinde versehen, daß er innerhalb einer
Gegenbohrung, die in den Zylinderkopf
einer Maschine mit Verdichtungszündung ausgebildet ist,
befestigt werden kann. Innerhalb des engeren Endes der
Bohrung ist ein metallisches Rohr 13 angebracht, das aus der
Bohrung 11 vorsteht, und innerhalb des Endes des Rohres ist
ein spiralisch gewickeltes elektrisches Heizelement 14
angebracht. Das Element ist um ein mittig angeordnetes Rohr
15 gewickelt, das aus Metall gebildet ist, und das Element
selbst ist aus metallischem Band gebildet, das vor seinem
Aufwickeln zu der Spiralform mit einem elektrisch isolieren
den Material überzogen wird. Das Rohr 15 erstreckt sich über
das Heizelement hinaus. Das innere Ende des Heizelements ist
elektrisch mit dem Rohr 15 verbunden, und das äußere Ende
des Heizelements ist elektrisch an das Rohr 13 angeschlos
sen, das seinerseits elektrisch an den Körper 10 angeschlos
sen ist. Der Anschluß wird dadurch bewirkt, daß der Endteil
des Bandes um 90° gedreht und das Band an dem Rohr 13 an
einer von dem Ende des Rohres entfernten Stelle befestigt
wird.
In Nachbarschaft des Elements ist ein keramischer Stopfen
oder sind Stopfen 16 angeordnet, und in Nachbarschaft des
Stopfens ist eine Füllung 17 aus geschmolzenem Glas
vorgesehen, die geringfügig aus dem inneren Ende des Rohres
13 vorsteht und das Rohr 15 in isolierender Beziehung
innerhalb des Rohres 13 hält. Die Füllung wird dadurch
gebildet, daß eine Vielzahl von Glas-Vorformlingen an Ort
und Stelle geschmolzen wird.
Das Rohr 15 erstreckt sich über das Ende der Füllung 17
hinaus und ist mittels eines schraubenförmigen Wider
standselements 18 an einem elektrisch leitenden Stab 19
elektrisch angeschlossen, der mit einem Mittelloch 20
versehen ist. Der Stab und das Widerstandselement 18 werden
in dem breiteren Teil der Bohrung 11 mittels
einer weiteren Füllung 21 aus geschmolzenem Glas in
isolierender Beziehung gehalten, und das Ende der Bohrung 11
ist durch ein Isolierglied 22 abgedichtet.
Der insoweit beschriebene Teil der Vorrichtung bildet eine
Starthilfe zur Unterstützung des Anlassens der Maschine, und
im Gebrauch wird der Stab 19 mit dem einen Pol einer Quelle
elektrischer Energie verbunden, deren anderer Pol über den
Maschinenaufbau an den Körper 10 angeschlossen ist. Mit
einem derartigen Anschluß ergibt sich ein Aufheizen des
Heizelements derart, daß sich innerhalb der Brennkammer der
Maschine eine heiße Oberfläche bildet, derart, daß das
Anlassen der Maschine unterstützt wird. Das Widerstandsele
ment 18 dient dazu, den in dem Heizelement fließenden Strom
zu steuern.
Innerhalb des Rohres 15 ist ein Quarzstab 23 angebracht,
dessen neben dem Heizelement befindliches Ende nach innen
gegen das Ende des keramischen Stopfens 16 versetzt ist. Der
Stab 23 erstreckt sich zu dem Ende des rohrförmigen Gliedes,
das von der Füllung 21 umgeben ist, und ist in herkömmlicher
Weise innerhalb des Rohres 15 mittels einer aus Silikongummi
gebildeten Auskleidung abgedichtet. Neben der Halte- und
Abdichtfunktion hat die Auskleidung ferner die Funktion, den
zerbrechlichen Stab gegen Schwingungen abzupolstern, die
erzeugt werden, wenn sich die Maschine in Betrieb befindet,
und ferner dient die Auskleidung dazu, irgendwelche Schwin
gungen zu dämpfen, die in dem Stab auftreten können.
Bei der dargestellten Ausführungsform ist in der elektrisch
leitenden Stange 19 eine weitere Quarzstange 24 angeordnet,
deren inneres Ende der Füllung 21 ausgesetzt ist und deren
äußeres Ende einem strahlungsempfindlichen Element
25 ausgesetzt ist, das ein elektrisches Signal abgibt, wenn
Licht über den Stab 24 zu ihm übertragen wird. Im Betrieb
wird, wenn in der Brennkammer eine Verbrennung von Treib
stoff stattfindet, Licht erzeugt, von welchem ein Teil
entlang des Stabes 23, durch die Füllung 21 und entlang des
Stabes 24 zu dem Fühlelement 25 übertragen wird, welches
dann ein elektrisches Signal erzeugt. Das Signal kann in
einem Steuersystem für die Maschine verwendet werden, und
zwar als eine Anzeige dafür, daß eine Verbrennung von
Treibstoff stattfindet, und es ist durch Verwendung dieses
Signals möglich, den Zeitpunkt der Treibstoffzufuhr zu dem
Brennraum so einzustellen, daß der Beginn der Verbrennung
von Treibstoff an der richtigen Position in dem Maschinen
zyklus stattfindet. Der Vorgang der Verbrennung in einer
Maschine mit Verdichtungszündung beginnt während der soge
nannten Zündungsverzögerungsperiode Licht in kleinen Mengen
zu emittieren, wobei die Lichtmenge am Zündpunkt des
Hauptanteils des Treibstoffs ansteigt. Sobald wahre Verbren
nung stattfindet, werden Kohlenstoffteilchen gebildet, die
zur Glut erhitzt werden, so daß große Mengen von sichtbarem
und infrarotem Licht erzeugt werden. Es ist deshalb der
Begriff "Licht" so zu verstehen, daß er auch die nichtsicht
baren Teile des Spektrums enthält. Die sogenannten Stäbe 23,
24 können aus Silizium gebildet sein.
Durch Verwendung der beschriebenen Anordnung ist es möglich,
ein Signal zu erhalten, das den Beginn der Verbrennung von
Treibstoff anzeigt, ohne daß es notwendig ist, eine weitere
Bohrung in dem Zylinderkopf der Maschine vorzusehen.
Das Fühlelement 25 kann an dem Ende der Stange 19 angebracht
sein, doch muß im Auge behalten werden, daß die
Stange 19 auch an eine Quelle elektrischer Energie ange
schlossen werden muß.
Es ist möglich, das Fühlelement in unterschiedlichen
Positionen anzubringen. Zum Beispiel ist es möglich, das
Fühlelement in oder auf der Wand des Körperteils 10 so
anzubringen, daß es auf das Licht, das durch die Füllung 21
aus geschmolzenem Glas übertragen wird, anspricht; in diesem
Fall wird die Stange 24 weggelassen, und die leitende Stange
19 ist fest. In diesem Fall ist der Körperteil mit einer
Öffnung versehen, in welcher das Element angebracht ist,
oder durch welche das Licht zu dem Element hindurchtritt. Um
die Empfindlichkeit des Elements zu erhöhen, kann das Ende
der Stange 19 derart schräg sein, daß Licht zu dem Element
hin reflektiert wird. Anstelle einer Formgebung der Stange
kann das Widerstandselement mit einer Oberflächenbearbeitung
versehen werden, derart, daß die Menge des auf das Element
fallenden Lichts erhöht wird. Eine andere Position für das
Fühlelement kann auf dem isolierenden Glied 22 liegen, das
aus einem Glaseinsatz gebildet sein oder einen solchen
Einsatz enthalten kann, und in diesem Fall kann das innere
Ende der Stange 23 so geneigt sein, daß das von der Stange
15 ausgehende Licht zu der Fühleinrichtung hin abgelenkt
wird. Es ist auch möglich, die geschmolzene Füllung 17 zum
Leiten des Lichtes zu verwenden. In diesem Fall endet das
Rohr 15 zusammen mit dem Quarzstab 23 gerade jenseits des
von dem Element entfernten Endes des Stopfens 16. Eine
elektrische Verbindung mit dem Rohr 15 wird unter Verwendung
eines Verbindungsgliedes erzielt, das an dem vorstehenden
Teil des Rohres 15, das aus dem Stopfen 16 vorsteht,
angeschweißt oder in anderer Weise befestigt ist, wobei das
Verbindungsglied innerhalb des Rohres 13 in versetzter
Beziehung angebracht ist.
Es ist auch möglich, das Fühlelement auf dem Aufbau der
Maschine anzubringen und das Licht mittels eines faseropti
schen Kabels zu dem Element zu übertragen.
Die oben beschriebenen Anordnungen haben den Vorteil, daß
irgendwelcher Kohlenstoff, der dazu neigt, sich auf dem der
Brennkammer ausgesetzten Ende des Quarzstabes 23 abzulagern,
abgebrannt wird, wenn die Starthilfe in Benutzung ist;
dadurch wird das Problem vermieden, daß im Gebrauch des
Sensors das Signal infolge Kohlenstoffbildung abnimmt.
Als eine Alternative zur Anordnung des Stabes 23 innerhalb
des Rohres 15 kann eine schräge Öffnung in dem Rohr 13
vorgesehen sein, wobei das äußere Ende der Öffnung im
Gebrauch dem Brennraum der Maschine ausgesetzt ist. In der
Öffnung ist ein Quarzstab abgebracht, der sich zu der
Füllung 17 aus geschmolzenem Glas erstreckt. Dabei kann es
sein, daß die Stange durch die von dem keramischen Stopfen
oder den Stopfen 16 eingenommene Region des Rohres 13
hindurchgeführt werden muß. In diesem Fall wird der Stopfen
oder werden die Stopfen so gestaltet, daß das Rohr Platz
findet.
Als eine weitere Alternative kann der Quarzstab durch eine
aus Quarz gebildete Hülse ersetzt werden, die um das Element
14 und den Stopfen oder die Stopfen 16 angeordnet ist.
Der Sensor kann in einer Starthilfe desjenigen Typs
eingebaut sein, in der das Heizelement innerhalb eines
dünnwandigen Metallrohres angeordnet ist und innerhalb des
Rohres durch mineralische Isolierung gehalten ist, wobei das
Ende des Rohres geschlossen ist. In diesem Fall würde der
Quarzstab wiederum innerhalb eines Metall
rohres gehaltert sein, doch würde in diesem Fall das Rohr
nicht einen Stromweg für den zu dem Heizelement fließenden
elektrischen Strom bilden. Wiederum hat diese Anordnung den
Vorteil, daß Kohlenstoffablagerungen auf das Ende des
Quarzstabes minimal gehalten werden können.
Obwohl Quarz und Silizium als lichtübertragende Materialien
genannt wurden, versteht es sich, daß andere Materialien
verwendet werden können, je nach dem zu beobachtenden Teil
des Spektrums.
Obwohl sich dabei nicht die Vorteile eines Selbstreini
gungseffekts ergeben, ist es möglich, den Sensor in eine
Zündkerze für eine funkengezündete Maschine einzubauen.
Das strahlungsempfindliche Element 25 liefert ein Signal,
das rasch ansteigt, sobald Verbrennung von Treibstoff
stattfindet, und die Signalverarbeitungsschaltungen sind so
ausgebildet, daß sie ein den Beginn der Verbrennung
anzeigendes Signal bei zum Beispiel 6% des von der
Vorrichtung gelieferten Signal-Spitzenwertes liefern.
Das von dem Fühlelement 25 gelieferte Signal kann dazu
verwendet werden, einen Schätzwert des Treibstoff/Luft-
Verhältnisses innerhalb des Zylinders zu liefern. Dies wird
dadurch erzielt, daß der Endabschnitt des von dem Fühlele
ment erzeugten Signals mit einem gespeicherten Signal
verglichen wird, und die Farbtemperatur kann dazu verwendet
werden, um die Menge des in dem Zylinder verbrannten
Treibstoffs zu bestimmen.
Claims (12)
1. Sensor zur Verwendung in einer Brennkraftmaschine mit
innerer Verbrennung, insbesondere einer solchen mit Verdich
tungszündung, wobei der Sensor mit einem Bestandteil der
Maschine kombiniert ist, der im Gebrauch innerhalb einer
Bohrung in dem Zylinderkopf der Maschine befestigt ist und
mit seinem inneren Ende einem Brennraum der Maschine
ausgesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor ein
strahlungsempfindliches Element aufweist und daß der Be
standteil einen Strahlungs-Übertragungsweg definiert, der
sich von dem inneren Ende des Bestandteils zu dem strah
lungsempfindlichen Element erstreckt.
2. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der
Bestandteil eine elektrisch betriebene Starthilfe für die
Maschine ist.
3. Sensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die
Starthilfe ein spiralig gewickeltes Heizelement enthält, das
um ein elektrisch leitendes Rohr gewickelt ist, und daß in
dem Rohr eine strahlungsleitende Stange angebracht ist, die
einen Teil des Strahlungsübertragungsweges bildet.
4. Sensor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die
strahlungsleitende Stange kurz vor demjenigen Ende des
Rohres endet, das im Gebrauch der Brennkammer ausgesetzt
ist.
5. Sensor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß
das Rohr über dasjenige Ende des Elements hinaussteht, das
im Gebrauch der Brennkammer dargeboten wird.
6. Sensor nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet,
daß das Element innerhalb eines metallischen Rohres ange
bracht ist, das in einem Ende eines rohrförmigen
Körperteils gehalten ist daß eine elektrisch leitende
Stange sich in das entgegengesetzte Ende des Körperteils
hinein erstreckt, daß Mittel vorgesehen sind, die die
elektrisch leitende Stange mit dem erstgenannten Rohr
verbinden, und daß eine Glasfüllung vorgesehen ist, die die
leitende Stange und die genannten Mittel innerhalb des
Körperteils lokalisieren, wobei zumindest ein Teil der
genannten Füllung einen Teil des Strahlungsübertragungsweges
bildet.
7. Sensor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das
erstgenannte Rohr in dem metallischen Rohr durch eine
Füllung aus geschmolzenem Glas gehalten ist, und daß die
Füllung aus geschmolzenem Glas einen weiteren Teil des
Strahlungsübertragungsweges bildet und die Übertragung der
Strahlung zwischen der strahlungsleitenden Stange und der
Glasfüllung bewirkt.
8. Sensor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das
erstgenannte Rohr sich in die Glasfüllung hinein erstreckt.
9. Sensor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die
elektrisch leitende Stange hohl ist und eine strahlungsüber
tragende Stange trägt, die der Glasfüllung ausgesetzt ist,
wobei das Fühlelement auf die durch die Stange übertragene
Strahlung anspricht.
10. Sensor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß
das Fühlelement auf dem Körperteil angebracht ist und auf
die durch die Glasfüllung übertragene Strahlung anspricht.
11. Sensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
die Starthilfe ein spiralig gewickeltes Heizelement und eine
das Element umgebende strahlungsleitende Hülse
aufweist, daß ein Ende der Hülse dem Brennraum ausgesetzt
ist, und daß die Hülse einen Teil des Strahlungsübertra
gungsweges bildet.
12. Sensor nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch ein
metallisches Rohr, ein spiralig gewickeltes Heizelement, das
innerhalb des Endes des Rohres angebracht ist, einen
keramischen Stopfen in Nachbarschaft des inneren Endes des
Elements, eine geschmolzene Glasfüllung innerhalb des
Rohres, einen in der Wand des Rohres gebildete Öffnung und
eine in der Öffnung angebrachte strahlungsübertragende
Stange, wobei die Stange und die genannte geschmolzene
Glasfüllung Teile des Strahlungsübertragungsweges bilden.
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Legal Events
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Representative=s name: SCHMITZ, W., DIPL.-PHYS., PAT.-ANW., 6200 WIESBADE |
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