DE4042025A1 - Vorrichtung zur auswertung des verbrennungszustands der flamme in einer brennkraftmaschine und verbrennungssteuervorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Auswertung der Verbrennung aus Informationen bezüglich des Luftverhält­ nisses, der Temperatur und weiterer Faktoren, die aus opti­ scher Information der Abtastung von von der Flamme emit­ tiertem Licht gewonnen sind, ferner eine Steuervorrichtung und ein Verfahren zur Steuerung der Verbrennung, eine Detek­ tiereinrichtung und ein Verfahren zum Detektieren von Klopfen in einer Brennkraftmaschine, eine Steuervorrichtung und ein Verfahren zur Steuerung der Verbrennung in einer Brennkraft­ maschine sowie ein Kraftfahrzeug.

Es sind viele Verfahren oder Vorrichtungen bekannt, bei denen verschiedene Parameter einer Flamme einer mit innerer Ver­ brennung arbeitenden Einrichtung wie eines Kessels, eines Gasturbinen-Vergasungsbrenners oder dergleichen detektiert und zur Regelung im geschlossenen Kreislauf genützt werden, um die Flamme ständig in einem optimalen Verbrennungszustand zu halten. Insbesondere wurden dabei Verfahren zur Detek­ tierung des von einer Flamme emittierten Lichts vorgeschla­ gen. Beispielsweise zeigen die JP-OS′en 57-1 08 734 und 57- 1 08 735 in bezug auf Brennkraftmaschinen Anordnungen, bei de­ nen ein Quarzglasstab in einem Schraubgehäuse auf der Ver­ brennungsseite und ein Lichtleiter am anderen Ende angeordnet sind, um Licht der Flamme zu detektieren. Die JP-OS 57-16 384 zeigt eine diese Detektiersysteme betreffende Vorrichtung, bei der eine Mittenelektrode in einen axialen Mittenabschnitt des Quarzglasstabs eingesetzt ist und ein Schraubgehäuseteil als Elektrode gegen Masse gebildet ist und die Funktion einer Zündkerze hat. Die JP-OS 61-54 416 zeigt eine ähnliche Art von Vorrichtung. Ferner ist ein Beispiel eines grundsätzlichen Experiments, bei dem Licht einer Flamme zur Gewinnung des Luftverhältnisses unter Anwendung einer optischen Einrichtung mit einem Objektivspiegel und Filtern abgetastet wird, auf S. 3362 von Theses of the Japan Society of Mechanical Engineer­ ing (Edition B), vol. 52 (1986-9) beschrieben.

Wenn in einer Brennkraftmaschine Klopfen auftritt, das ein bestimmter anomaler Verbrennungszustand ist, erhöht sich die Temperatur der Zylinderwand eines Kolbens, wodurch die Ma­ schine beschädigt wird. Das Auftreten von Klopfen muß daher in einem frühen Stadium mit hinreichender Zuverlässigkeit de­ tektiert werden, so daß die Maschine in einem Betriebsbereich unmittelbar vor dem Bereich, in dem Klopfen auftritt, be­ trieben wird. Verschiedene Detektiermethoden zur Durchführung einer optimierten Verbrennung wurden bereits vorgeschlagen. Beispielsweise umfassen Verfahren zur Detektierung des Lichts einer Flamme im Brennraum ein Klopfdetektierverfahren gemäß der JP-OS 57-7 36 466, wobei ein hochfrequentes Lichtsignal de­ tektiert wird, das in Impulswellen beim Auftreten von Klopfen erzeugt wird. Die JP-OS 59-87 249 zeigt eine Verbrennungs­ steuerung, die Licht einer Flamme abtastet, ein aus der In­ tensität des von der Flamme emitierten Lichts abgeleitetes Optimalverbrennungszustandsverlauf-Signal speichert, einen während des Betriebs mit dem Optimalverbrennungszustandsver­ lauf gebildeten Verbrennungszustandsverlauf mit dem Opti­ malverbrennungszustandsverlauf vergleicht und das Luftver­ hältnis, den Zündzeitpunkt und weitere Faktoren so steuert, daß der Verbrennungszustandsverlauf im Betrieb gleich dem Op­ timalverlauf wird. Ähnliche konventionelle Methoden oder Vor­ richtungen sind in den JP-OS′en 61-2 17 726 und 61-1 60 577 beschrieben.

Bei den vorstehend beschriebenen konventionellen Verfahren oder Vorrichtungen wird Licht im Gesamtwellenlängenbereich detektiert, und Informationen über den Zündzeitpunkt, den Verlöschungszeitpunkt, die Leuchtdichte und weitere Faktoren können dadurch gewonnen werden, aber physikalische Größen wie das Luftverhältnis und die Flammentemperatur können daraus nicht abgeleitet werden. Das Luftverhältnis ist das Verhält­ nis Qr/Q0 einer zur Verbrennung einer bestimmten zugeführten Kraftstoffmenge zugeführten Ist-Luftmenge Qr zu einer theo­ retischen Menge Q0, die zur vollständigen Verbrennung dieser Kraftstoffmenge erforderlich ist. Diese Faktoren können nicht gewonnen werden, weil Wellenlängen, die in starker Beziehung zu dem Luftverhältnis und der Flammentemperatur stehen, nicht exklusiv detektiert werden, während die Gesamtemission abge­ tastet wird.

Ferner ist das Problem einer Strömungsungleichmäßigkeit in der Kraftstoff-Luft-Zufuhrleitung zur Brennkraftmaschine un­ vermeidlich, und das Luftverhältnis auf der Zufuhrbasis und das Ist-Luftverhältnis in der Maschine stimmen daher nicht überein. Aufgrund des Einflusses der zwischen ihnen bestehen­ den Differenz kann das Luftverhältnis usw. nicht exakt gewon­ nen werden, wenn einfach die Intensität von Licht einer be­ stimmten Wellenlänge zur Gewinnung des Luftverhältnisses gemessen wird.

Allgemein ist das Luftverhältnis konventionell mit einem Wert vorgegeben, der gleich oder etwas kleiner als Eins ist, um hauptsächlich NOx im Hinblick auf die Schädigung der Umwelt zu verringern. Der CO-Anteil wird jedoch dadurch erhöht, und CO im Abgas wird bei Anwendung eines Katalysators zu CO₂ umgewandelt. Unter diesen Bedingungen wird der Nutzungs­ wirkungsgrad des Kraftstoffs verringert. Unter diesen Um­ ständen ist es daher erwünscht, eine hinsichtlich der Ge­ nauigkeit verbesserte Verbrennungsauswertung zu erreichen.

Die bekannte optische Vorrichtung aus einem Objektivspiegel, Filtern und weiteren Komponenten ist ohne Berücksichtigung der Anwendung in Brennkraftmaschinen ausgelegt, und es han­ delt sich um reine Versuchsvorrichtungen.

Aufgabe der Erfindung ist die Auswertung der Verbrennung einer Brennkraftmaschine mit erhöhter Genauigkeit und die Steuerung der Maschine durch Abtastung von von einer Flamme emittiertem Licht und durch Gewinnung physikalischer Größen einschließlich des Luftverhältnisses und der Flammentempe­ ratur aus dem abgetasteten Licht.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist gemäß der Erfindung eine Vor­ richtung zur Auswertung der Verbrennung vorgesehen, die um­ faßt: ein Abtastelement zur Abtastung von von einer Flamme in einer Brennkraftmaschine emittiertem Licht; eine Verzwei­ gungseinrichtung zur Trennung des von dem Abtastelement abge­ tasteten Lichts in wenigstens zwei Lichtstrahlen; eine Über­ tragungseinrichtung wie etwa Lichtfilter zur Übertragung von Licht verschiedener Wellenlängen, die in Strahlengängen für die getrennten Lichtstrahlen angeordnet sind; lichtelek­ trische Wandlerelemente zur jeweiligen Umwandlung von die Übertragungseinrichtungen durchsetzenden Lichtsignalen in elektrische Signale; und eine Rechen/Auswertungseinrichtung zum Berechnen einer physikalischen Größe zur Auswertung des Verbrennungszustands der Flamme unter Nutzung eines Verhält­ nisses von Ausgangssignalen der lichtelektrischen Wandlerele­ mente und zur Auswertung des Verbrennungszustands der Flamme auf der Basis der physikalischen Größe. Bevorzugt umfaßt die Verzweigungseinrichtung Lichtleiter, die das von einem Ab­ tastelement abgetastete Licht in wenigstens zwei Licht­ strahlen teilen können und an den Verzweigungsenden Aus­ trittsflächen aufweisen.

Die physikalische Größe zur Auswertung der Verbrennung kann ein Luftverhältnis umfassen, das zu dem Verhältnis der Aus­ gangssignale der lichtelektrischen Wandlerelemente in Beziehung steht und als Qr/Q0 definiert ist. Dabei ist Qr eine Luftmenge, die tatsächlich für die Verbrennung einer bestimmten zugeführten Kraftstoffmenge zugeführt wird, und Q0 ist eine theoretische Luftmenge, die zur vollständigen Ver­ brennung der bestimmten zugeführten Kraftstoffmenge notwendig ist.

Die physikalische Größe zur Auswertung der Verbrennung kann eine Temperatur sein, die in bestimmter Beziehung zu dem Ver­ hältnis der Ausgangssignale der lichtelektrischen Wandlerele­ mente steht.

Bevorzugt bilden die Lichtleiter wenigstens drei verzweigte Strahlengänge, und die Rechen/Auswertungseinrichtung berech­ net das Luftverhältnis aus dem Verhältnis der Ausgangssignale eines Paars von lichtelektrischen Wandlerelementen und die Temperatur aus dem Verhältnis der Ausgangssignale eines wei­ teren Paars von lichtelektrischen Wandlerelementen.

Bevorzugt ist die Kombination der Lichtfilter eine Kombina­ tion zur Abtrennung von von der Flamme emittiertem Licht als Lichtemission von wenigstens zwei der Radikale OH, CH und C₂.

Bevorzugt wird das Luftverhältnis berechnet auf der Basis entweder des Verhältnisses eines elektrischen Ausgangssignals des lichtelektrischen Wandlerelements, das aus dem Lichtsi­ gnal des CH-Radikals gebildet ist, und eines elektrischen Ausgangssignals des lichtelektrischen Wandlerelements aus dem Lichtsignal des OH-Radikals oder des Verhältnisses eines elektrischen Ausgangssignals des lichtelektrischen Wand­ lerelements, das aus dem Lichtsignal des OH-Radikals gebildet ist, und eines elektrischen Ausgangssignals des lichtelek­ trischen Wandlerelements, das aus dem Lichtsignal des C₂- Radikals gebildet ist.

Bevorzugt wird in dieser Auswertungsvorrichtung die Tempe­ ratur aus dem Verhältnis elektrischer Ausgangssignale der lichtelektrischen Wandlerelemente auf der Basis eines Lichtsignals berechnet, das aus Wärmestrahlung gewonnen ist, deren Wellenlängen keine der Wellenlängen eines aus der Emis­ sion von Radikalen gewonnenen Lichtsignals einschließt.

Bevorzugt umfaßt die Kombination von Lichtfiltern eine Kombi­ nation zur Auftrennung eines Lichtsignals, das aus Wärme­ strahlung mit Wellenlängen, die keine der Wellenlängen eines Lichtsignals einschließt, das aus der Emission von Radikalen gewonnen ist, in wenigstens zwei Lichtstrahlen.

Bei dieser Auswertungsvorrichtung bildet bevorzugt die Rechen/Auswertungseinrichtung die Änderung der physikalischen Größe in bezug auf die Zeit zur Auswertung des Verbren­ nungszustands der Flamme unter Nutzung der Änderung des Ver­ hältnisses der Ausgangssignale der lichtelektrischen Wand­ lerelemente in bezug auf die Zeit in jedem Verbrennungstakt von der Zündung bis zur vollständigen Verbrennung, berechnet einen Verlauf der Auftrittshäufigkeit des physikalischen Werts in jedem Verbrennungstakt aus der Änderung des physikalischen Werts in bezug auf die Zeit und vergleicht diesen Verlauf der Auftrittshäufigkeit mit einem vorher gespeicherten Referenzverlauf der Auftrittshäufigkeit zur Auswertung des Verbrennungszustands der Flamme. In diesem Fall umfaßt die physikalische Größe bevorzugt ein Luftver­ hältnis und/oder eine Temperatur.

Bevorzugt weist diese Auswertungsvorrichtung einen Monitor auf, der Informationen hinsichtlich der Verbrennung, die von der Rechen/Auswertungseinrichtung ausgegeben werden, anzeigt.

Gemäß der Erfindung wird außerdem eine Verbrennungssteuervor­ richtung angegeben, die umfaßt: eine Brennkraftmaschine, der Kraftstoff und Luft zur Verbrennung zugeführt werden; ein Verbrennungsauswertungssystem mit einem Abtastelement zur Ab­ tastung von von einer Flamme in der Maschine emittiertem Licht, einer Verzweigungseinrichtung zur Aufteilung des von dem Abtastelement abgetasteten Lichts in wenigstens zwei Lichtstrahlen, einer Übertragungseinrichtung wie etwa Licht­ filtern zur Übertragung von Licht verschiedener Wellenlängen, die in den Strahlengängen für die getrennten Lichtstrahlen vorgesehen sind, lichtelektrischen Wandlerelementen, die je­ weils Lichtsignale, die die Übertragungseinrichtung durchset­ zen, in elektrische Signale umwandeln, und einer Rechen/Aus­ wertungseinrichtung zum Berechnen einer physikalischen Größe zur Auswertung des Verbrennungszustands der Flamme unter Nutzung eines Verhältnisses von Ausgangssignalen der licht­ elektrischen Wandlerelemente und zur Auswertung des Verbren­ nungszustands der Flamme auf der Basis der physikalischen Größe; und eine Steuereinheit zur Ausgabe eines Steuersignals für die Änderung und Steuerung des Verbrennungszustands in der Brennkraftmaschine auf der Basis eines Ausgangssignals von der Verbrennungsauswertungsvorrichtung. Diese Steuer­ einheit weist bevorzugt eine Mehrzahl von Verbrennungsauswer­ tungssystemen auf.

Bevorzugt bildet in dieser Steuereinheit die Rechen/Auswer­ tungseinrichtung die Änderung der physikalischen Größe in bezug auf die Zeit zur Auswertung des Verbrennungszustands der Flamme unter Nutzung der Änderung des Verhältnisses der Ausgangssignale der lichtelektrischen Wandlerelemente in bezug auf die Zeit in jedem Verbrennungstakt von der Zündung bis zur vollständigen Verbrennung, berechnet einen Verlauf der Auftrittshäufigkeit der physikalischen Größe in jedem Verbrennungstakt aus der Änderung der physikalischen Größe in bezug auf die Zeit und vergleicht diesen Verlauf der Auf­ trittshäufigkeit mit einem vorher gespeicherten Referenzver­ lauf der Auftrittshäufigkeit zur Auswertung des Verbrennungs­ zustands der Flamme.

Bevorzugt bildet in dieser Steuereinheit die Rechen/Auswer­ tungseinrichtung die Änderung des Luftverhältnisses und/oder der Temperatur über die Zeit zur Auswertung des Verbren­ nungszustands der Flamme unter Nutzung der Änderung des Verhältnisses der Ausgangssignale der lichtelektrischen Wandlerelemente über die Zeit in jedem Verbrennungstakt von der Zündung bis zur vollständigen Verbrennung, berechnet einen Verlauf der Auftrittshäufigkeit des Luftverhältnisses und/oder der Temperatur in jedem Verbrennungstakt aus der Änderung des Luftverhältnisses und/oder der Temperatur über die Zeit und vergleicht diesen Verlauf der Auftrittshäufig­ keit mit einem vorher gespeicherten Referenzverlauf der Auftrittshäufigkeit zur Auswertung des Verbrennungszustands der Flamme.

Bevorzugt wird bei dieser Steuereinheit das von ihr aus­ gegebene Steuersignal einer Zufuhrmengeneinstelleinheit zur Einstellung der Luft- und Kraftstoffzufuhrmengen zum Brenn­ raum, einer Zündzeitpunkteinstelleinrichtung und einer Ein­ spritzzeitpunkteinstelleinrichtung zugeführt. Ferner kann die Steuereinheit mit einem Monitor zur Anzeige von Informationen über die Verbrennung, die von der Rechen/Auswertungsein­ richtung geliefert werden, ausgestattet sein.

Gemäß der Erfindung wird ferner ein Verfahren zur Steuerung der Verbrennung angegeben, das folgende Schritte umfaßt: Ab­ tasten von von einer Flamme in einer Brennkraftmaschine emit­ tiertem Licht mit einem Abtastelement und Aufteilen des so abgetasteten Lichts in wenigstens zwei Lichtstrahlen; Über­ tragen der Lichtstrahlen durch Einrichtungen wie etwa Licht­ filter zur Übertragung von Licht unterschiedlicher Wellenlän­ gen; Umwandeln von diese Einrichtungen passierenden Lichtsi­ gnalen in elektrische Signale; Berechnen einer physikalischen Größe zur Auswertung des Verbrennungszustands der Flamme unter Nutzung eines Verhältnisses der elektrischen Signale und Auswerten des Verbrennungszustands der Flamme auf der Ba­ sis der physikalischen Größe; und Ändern und Steuern des Ver­ brennungszustands in der Maschine auf der Basis dieser Auswertung.

Gemäß der Erfindung wird ferner eine Vorrichtung zum Detek­ tieren von Klopfen in einer Brennkraftmaschine angegeben, die umfaßt: ein Abtastelement zur Abtastung von von einer Flamme in der Maschine emittiertem Licht; eine Verzweigungseinrich­ tung zur Auftrennung des von dem Abtastelement abgetasteten Lichts in wenigstens zwei Lichtstrahlen; eine Übertragungs­ einrichtung wie etwa Lichtfilter, die in Strahlengängen für die getrennten Lichtstrahlen zur Übertragung von Licht­ strahlen mit verschiedenen Wellenlängen angeordnet sind; lichtelektrische Wandlerelemente zur jeweiligen Umwandlung von die Übertragungseinrichtung durchsetzenden Lichtsignalen in elektrische Signale; eine Recheneinrichtung zur Berechnung der Änderung der Temperatur über die Zeit zwecks Auswertung des Verbrennungszustands der Flamme unter Nutzung der zeitlichen Änderung eines Verhältnisses von Ausgangssignalen der lichtelektrischen Wandlerelemente in jedem Verbren­ nungstakt von der Zündung bis zur vollständigen Verbrennung und zur Bildung eines Verlaufs der Auftrittshäufigkeit der Temperatur in jedem Verbrennungstakt aus der zeitlichen Än­ derung der Temperatur; und eine Bestimmungseinheit, die den Verlauf der Auftrittshäufigkeit mit einem vorher gespei­ cherten Referenzverlauf der Auftrittshäufigkeit vergleicht und bestimmt, ob die Gefahr von Klopfen groß ist.

Gemäß der Erfindung wird ferner ein Verfahren zum Detektieren von Klopfen in einer Brennkraftmaschine angegeben, das die folgenden Schritte umfaßt: Abtasten von von einer Flamme in einer Brennkraftmaschine emittiertem Licht mit einem Ab­ tastelement und Auftrennen des so abgetasteten Lichts in wenigstens zwei Lichtstrahlen; Übertragen der Lichtstrahlen durch Einrichtungen wie etwa Lichtfilter zur selektiven Über­ tragung von Licht unterschiedlicher Wellenlängen; Umwandeln von durch diese Einrichtung übertragenen Lichtsignalen in elektrische Signale; Bilden der Änderung der Flammentempera­ tur über die Zeit unter Nutzung der Änderung eines Verhält­ nisses der elektrischen Signale in bezug auf die Zeit in je­ dem Verbrennungstakt von der Zündung bis zur vollständigen Verbrennung und Berechnen eines Verlaufs der Auftrittshäu­ figkeit des Temperaturwerts in jedem Verbrennungstakt aus der Änderung der Flammentemperatur in bezug auf die Zeit; und Vergleichen des Verlaufs der Auftrittshäufigkeit mit einem vorher gespeicherten Referenzverlauf der Auftrittshäufigkeit zur Bestimmung, ob die Gefahr von Klopfen groß ist.

Gemäß der Erfindung wird ferner eine Vorrichtung zur Steuerung der Verbrennung in einer Brennkraftmaschine angegeben, die umfaßt: ein Abtastelement zur Abtastung von von einer Flamme in der Maschine emittiertem Licht; eine Verzweigungseinrichtung zur Auftrennung des von dem Ab­ tastelement abgetasteten Lichts in wenigstens zwei Licht­ strahlen; eine Übertragungseinrichtung wie etwa Lichtfilter, die in Strahlengängen für die getrennten Lichtstrahlen zur Übertragung von Lichtstrahlen mit verschiedenen Wellenlängen angeordnet sind; lichtelektrische Wandlerelemente zur je­ weiligen Umwandlung von die Übertragungseinrichtung durchset­ zenden Lichtsignalen in elektrische Signale; eine Rechenein­ richtung zur Berechnung der Änderung der Temperatur über die Zeit zwecks Auswertung des Verbrennungszustands der Flamme unter Nutzung der zeitlichen Änderung eines Verhältnisses von Ausgangssignalen der lichtelektrischen Wandlerelemente in je­ dem Verbrennungstakt von der Zündung bis zur vollständigen Verbrennung und zur Bildung eines Verlaufs der Auftrittshäu­ figkeit der Temperatur in jedem Verbrennungstakt aus der zeitlichen Änderung der Temperatur; eine Bestimmungseinheit, die den Verlauf der Auftrittshäufigkeit mit einem vorher gespeicherten Referenzverlauf der Auftrittshäufigkeit ver­ gleicht und bestimmt, ob die Gefahr von Klopfen groß ist; und eine Steuereinheit zur Ausgabe eines Steuersignals zur Än­ derung und Steuerung des Verbrennungszustands der Brennkraft­ maschine auf der Basis dieser Bestimmung.

Gemäß der Erfindung wird ferner ein Verfahren angegeben zur Steuerung der Verbrennung in einer Brennkraftmaschine, das die folgenden Schritte umfaßt:
Abtasten von von einer Flamme in einer Brennkraftmaschine emittiertem Licht mit einem Ab­ tastelement und Auftrennen des so abgetasteten Lichts in wenigstens zwei Lichtstrahlen; Übertragen der Lichtstrahlen durch Einrichtungen wie etwa Lichtfilter zur selektiven Über­ tragung von Licht unterschiedlicher Wellenlängen; Umwandeln von durch diese Einrichtung übertragenen Lichtsignalen in elektrische Signale; Bilden der Änderung der Flammentempera­ tur über die Zeit unter Nutzung der Änderung eines Verhält­ nisses der elektrischen Signale in bezug auf die Zeit in je­ dem Verbrennungstakt von der Zündung bis zur vollständigen Verbrennung und Berechnen eines Verlaufs der Auftrittshäu­ figkeit des Temperaturwerts in jedem Verbrennungstakt aus der Änderung der Flammentemperatur in bezug auf die Zeit; Ver­ gleichen des Verlaufs der Auftrittshäufigkeit mit einem vorher gespeicherten Referenzverlauf der Auftrittshäufigkeit zur Bestimmung, ob die Gefahr von Klopfen groß ist; und Än­ dern und Steuern des Verbrennungszustands der Brennkraftma­ schine auf der Basis dieser Bestimmung.

Außerdem wird gemäß der Erfindung ein Kraftfahrzeug ange­ geben, das umfaßt: eine Brennkraftmaschine mit einem Zylinder, einem im Zylinder hin- und hergehenden Kolben, einem durch den Zylinder und den Kolben definierten Brenn­ raum, einem Einspritzventil zur Kraftstoffeinspritzung in den Brennraum und einer Zündkerze zum Zünden des Kraftstoffs; ein Verbrennungsauswertungssystem mit einem Abtastelement zur Abtastung von von der Flamme in der Maschine emittiertem Licht, einer Verzweigungseinrichtung zur Auftrennung des von dem Abtastelement abgetasteten Lichts in wenigstens zwei Lichtstrahlen, einer Übertragungseinrichtung wie etwa Licht­ filtern, die in Strahlengängen für die getrennten Lichtstrah­ len zur Übertragung von Lichtstrahlen verschiedener Wellen­ längen angeordnet sind, lichtelektrischen Wandlerelementen zur jeweiligen Umwandlung von die Übertragungseinrichtung durchsetzenden Lichtsignalen in elektrische Signale und einer Recheneinrichtung zur Berechnung der Änderung der Temperatur über die Zeit zwecks Auswertung des Verbrennungszustands der Flamme unter Nutzung der zeitlichen Änderung eines Verhält­ nisses von Ausgangssignalen der lichtelektrischen Wandlerele­ mente in jedem Verbrennungstakt von der Zündung bis zur voll­ ständigen Verbrennung und zur Bildung eines Verlaufs der Auftrittshäufigkeit der Temperatur in jedem Verbrennungstakt aus der zeitlichen Änderung der Temperatur; und eine Steuer­ einheit, die ein Steuersignal zur Änderung und Steuerung des Verbrennungszustands in der Maschine auf der Basis eines Ausgangssignals von der Verbrennungsauswertungseinrichtung liefert.

Das von der Flamme emittierte Licht, das von einem Abtastele­ ment abgetastet wird, wird durch die Lichtleiter in eine Mehrzahl von Lichtstrahlen aufgetrennt und durch die Licht­ filter in Licht unterschiedlicher Wellenlänge geändert, und die so aufgetrennten Lichtstrahlen treffen jeweils auf die lichtelektrischen Wandlerelemente auf. Die Recheneinrichtung berechnet ein Verhältnis der Ausgangssignale der lichtelek­ trischen Wandlerelemente, d. h. das Verhältnis eines Werts des elektrischen Signals, das der Emissionsintensität bei einer bestimmten Wellenlänge entspricht, und eines weiteren Werts des elektrischen Signals, das der Emissionsintensität bei einer anderen Wellenlänge entspricht. Wenn das Verhältnis genützt wird, kann der Einfluß einer Änderung der Flammen­ größe infolge einer Störung der Kraftstoff- oder Luftzufuhr aufgehoben und das Luftverhältnis und die Temperatur korrekt berechnet werden.

Tatsächlich besteht eine Beziehung zwischen der Emissionsin­ tensität der Änderung der Wellenlänge bei einer bestimmten Temperatur. Daher ist es möglich, die Flammentemperatur durch Nutzung des Emissionsintensitätsverhältnisses bei jeder Wel­ lenlänge zu gewinnen.

Wenn Lichtleiter vorgesehen sind, um drei oder mehr Strahlen­ gänge zu bilden und die Intensität von Emissionen bei drei oder mehr Wellenlängen zu gewinnen, kann das Luftverhältnis aus einer Kombination und die Temperatur aus einer weiteren Kombination dieser Lichtleiter gewonnen werden.

Es ist möglich, die Verbrennungsbedingungen einschließlich des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses der Brennkraftmaschine in einem optimalen Zustand zu halten, wenn das Luftverhältnis oder die Temperatur detektiert und das Steuersignal dem­ entsprechend ausgegeben wird.

Das Luftverhältnis und die Temperatur werden berechnet zur Bildung von Verläufen ihres Auftretens in jedem Verbren­ nungstakt. Andererseits werden die Verläufe der Emission im Brennraum zum Zeitpunkt einer optimalen Verbrennung vorher in einem Speicher der Steuereinheit gespeichert. Diese Verläufe und die Verläufe des Auftretens in jedem Verbrennungstakt werden miteinander verglichen, und die Luftzufuhrmenge, die Kraftstoffzufuhrmenge, der Zündzeitpunkt, der Einspritzzeit­ punkt und weitere Faktoren werden so eingestellt, daß der op­ timale Verbrennungsverlauf erhalten wird.

Die Erfindung wird nachstehend auch hinsichtlich weiterer Merkmale und Vorteile anhand der Beschreibung von Aus­ führungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Die Zeichnungen zeigen in:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungs­ beispiels der Erfindung;

Fig. 2 ein Diagramm eines Emissionsspektrums einer Flamme bei Verwendung eines Kohlenwasserstoff-Kraftstoffs;

Fig. 3 ein Diagramm der Beziehung zwischen der Emissionsin­ tensität und dem Luftverhältnis;

Fig. 4 ein Diagramm der Beziehung zwischen dem Verhältnis der Emissionsintensitäten und dem Luftverhältnis;

Fig. 5 ein Diagramm, das den Einfluß der Temperatur auf die Emissionsintensität zeigt;

Fig. 6 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Verhält­ nis der Emissionsintensitäten und der Temperatur zeigt;

Fig. 7 ein Diagramm, das die Beziehungen zwischen den Ver­ hältnissen von Emissionsintensitäten, dem Luftver­ hältnis und der gemessenen Temperatur in bezug auf eine Brennkraftmaschine zeigt;

Fig. 8 eine schematische Darstellung einer Verbrennungs­ steuereinheit für eine Brennkraftmaschine gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 9 ein Diagramm der Änderungen der Intensitäten von Emissionen von CH- und C₂-Radikalen in einem Ver­ brennungstakt in bezug auf die Zeit und der Änderung des Luftverhältnisses, das aus diesen Intensitäten gebildet ist;

Fig. 10 und 11 Diagramme von Verteilungen der Auftrittshäufigkeit des Luftverhältnisses in einem Verbrennungstakt;

Fig. 12, 13, 14 Diagramme von Verteilungen der Auftrittshäufigkeit der Temperatur in einem Verbrennungstakt; und

Fig. 15 ein Flußdiagramm der Maschinensteuerung.

Nach Fig. 1 ist ein Lichtabtastelement 2 an einem Ende eines Lichtleiters 1 angeordnet und in eine Brennkraftmaschine 3 an einer zur Beobachtung einer Flamme 4 geeigneten Stelle einge­ setzt. Von der Flamme 4 emittiertes Licht wird durch das Ab­ tastelement 2 abgetastet. Das abgetastete Licht wird in eine Verzweigungseinrichtung 5 durch den Lichtleiter 1 eingeleitet und durchsetzt eine Mehrzahl von Lichtleitern 6, die von der Verzweigungseinrichtung 5 ausgehen, und tritt als Mehrzahl von Lichtstrahlen durch eine Mehrzahl von Austrittsendflächen 7 der Lichtleiter 6 aus. Die austretenden Lichtstrahlen wer­ den von Lichtfiltern 8, 9 und 10 gefiltert, die nur Licht­ strahlen durchlassen, deren Wellenlängen in bezug auf die Austrittsendflächen verschieden sind. Die so gefilterten Lichtstrahlen mit bestimmten Wellenlängen treffen auf lichtelektrische Elemente 11 auf. Diese geben entsprechend den Intensitäten der auftreffenden Lichtstrahlen elektrische Ausgangssignale ab, die einer Recheneinheit 12 zugeführt wer­ den. Wenn die Pegel der elektrischen Signale niedrig sind, werden sie der Recheneinheit 12 durch Verstärker 13 zuge­ führt. In der Recheneinheit 12 werden die Verhältnisse der Ausgangssignale der Mehrzahl von lichtelektrischen Elementen 11 gebildet, aus den Verhältnissen werden ein Luftverhältnis und eine Temperatur abgeleitet, und dem Luftverhältnis und der Temperatur entsprechende Signale werden einer Auswer­ tungseinheit 14 zugeführt. In dieser erfolgt die Auswertung dieser Ausgangssignale, um zu bestimmen, ob die das Luftver­ hältnis und die Temperatur der Verbrennungsflamme umfassenden physikalischen Werte korrekt sind.

Informationen über das Luftverhältnis und die Temperatur wer­ den einem Monitor 15 zugeführt. Diese Informationen werden ferner einer Steuerung 16 zugeführt, die ein Steuersignal 17 zur Einstellung optimaler Verbrennungsbedingungen liefert. Im Fall einer Brennkraftmaschine wird das Steuersignal 17 beispielsweise Steuerteilen zur Einstellung der Einspritz­ menge, der Luftzufuhrmenge, des Drosselklappenöffnungsgrads und der Entladungszeit der Zündkerze zugeführt. Bei diesem Ausführungsbeispiel kann die Verbrennung durch Detektieren der Lichtemission in der Brennkraftmaschine beobachtet wer­ den, wodurch die Maschine auf einen optimalen Verbrennungszu­ stand gesteuert und dort gehalten werden kann.

Die Wahl der Lichtfilter 8, 9 und 10 in bezug auf Wellenlän­ gen wird nachstehend unter Bezugnahme auf Fig. 2 erläutert, die ein Diagramm der Resultate der Spektralanalyse von Licht ist, das von der Verbrennungsflamme eines Kohlenwasserstoff- Kraftstoffs emittiert wird, und das die Beziehung zwischen der Emissionsintensität I und der Wellenlänge zeigt. Die durch die beobachteten Spektrallinien dargestellten Licht­ emissionen umfassen besonders starke Emissionen 20, 21, 22, 23 und 24. Es werden Lichtfilter ausgewählt, die diese Lichtemissionen 20-24 getrennt durchlassen. Das Emis­ sionsspektrum 20 von ca. 310 nm auf der Seite der kürzesten Wellenlänge entspricht Licht von OH-Radikalen, das Emis­ sionsspektrum 21 von ca. 431 nm entspricht Licht von CH- Radikalen, und das Emissionsspektrum 22 von ca. 474 nm, das Emissionsspektrum 23 von ca. 517 nm und das Emissionsspektrum 24 einer Wellenlänge von ca. 564 nm entsprechen Licht von C₂- Radikalen. Die Durchlaßbandbreite jedes Lichtfilters kann so eingestellt werden, daß sie keine der Wellenlängen von die übrigen Lichtfilter passierendem Licht umfaßt.

In Fig. 3 bezeichnen die Kurven 25, 26 bzw. 27 die Beziehun­ gen zwischen dem Luftverhältnis λ und den Intensitäten der 310-nm-Emission von OH-Radikalen, der 431-nm-Emission von CH- Radikalen und der 517-nm-Emission von C₂-Radikalen von Fig. 2. Die Emissionsintensitäten sind als Ausgangssignale der lichtelektrischen Wandlerelemente 11 oder der Verstärker 13 von Fig. 1 erhalten. Das Luftverhältnis ist das Verhältnis Qr/Q0 einer tatsächlich zugeführten Luftmenge Qr zu einer theoretischen Luftmenge Q0, die zur vollständigen Verbrennung einer eingespritzen Kraftstoffmenge erforderlich ist. Wenn dieses Verhältnis größer als 1,0 ist, liegt ein Luftüberschuß vor. Wenn das Verhältnis kleiner als 1,0 ist, ist die Luft­ menge unzureichend. Wenn dieser Wert gleich 1,0 ist, ist die Luftmenge optimal. Gemäß den Beziehungen von Fig. 3 kann also das Luftverhältnis λ der Verbrennungsflamme durch Messung der Änderung der Emissionsintensität I gebildet werden.

Wenn jedoch die Kurven 25 und 26 verwendet werden, ist es möglich, daß ein Wert der Emissionsintensität zwei Werte des Luftverhältnisses bezeichnet und die Emissionsintensität und das Luftverhältnis einander nicht wie 1 : 1 entsprechen. Bei Verwendung der Kurve 27 entsprechen die Emissionsintensität und das Luftverhältnis einander wie 1 : 1. Wenn aber in diesem Fall die Abtastelemente 2 rußverschmutzt sind oder die Gesamtgröße der Flamme durch eine Laständerung vermindert ist, wird die Emissionsintensität verringert, obwohl sich das Luftverhältnis nicht ändert, und das Resultat erscheint wie ein erhöhtes Luftverhältnis.

Es muß daher eine Möglichkeit zur Ausbildung einer Eins-zu- Ein-Übereinstimmung zwischen den Emissionsintensitäten und dem Luftverhältnis vorgesehen werden, indem die Beziehungen zwischen den Emissionsintensitäten genützt werden. Fig. 4 zeigt ein Beispiel einer solchen Möglichkeit. Die Kurven 28 und 29 sind auf der Basis von Fig. 3 aufgetragen. Die Kurve 28 bezeichnet das Verhältnis I/I0 der Emissionsintensität von OH-Radikalen und von C₂-Radikalen in bezug auf das Luftver­ hältnis λ, und die Kurve 29 bezeichnet das Verhältnis der Emissionsintensität der CH-Radikalen und der C₂-Radikalen in bezug auf das Luftverhältnis. Das in Fig. 4 gezeigte Resultat bedeutet, daß die oben beschriebenen Nachteile kompensierbar sind, indem die Verhältnisse zwischen den Intensitäten genützt werden. Der Rechenvorgang zur Bildung dieser Verhält­ nisse wird in der Recheneinheit 12 ausgeführt. In der Auswer­ tungseinheit 14 wird das Luftverhältnis unter Nutzung dieser Verhältnisse gebildet, und dadurch wird die Verbrennung aus­ gewertet.

Das Prinzip der Temperaturmessung wird nachstehend unter Bezugnahme auf Fig. 5 beschrieben, wobei auf der Ordinate die Emissionsintensität I und auf der Abszisse die Wellenlänge aufgetragen ist. Mit steigender Flammentemperatur erhöht sich die Lichtmenge vom sichtbaren Bereich zum Infrarotbereich, und die Grundlinie wird höher. Nach Fig. 5 steigt die Neigung einer Kurve, die die Beziehung zwischen der Emissionsinten­ sität und der Wellenlänge bezeichnet, von Kurve 30 über Kurve 31 zu Kurve 32 mit steigender Flammentemperatur an. Das Ver­ hältnis der Emissionsintensitäten bei zwei willkürlichen Wellenlängen bezeichnet eine Neigung der Kurve. Wenn daher die Neigung größer ist, ist die Temperatur höher. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird eine Wellenlänge von 517 nm der C₂- Radikalen, die auch zur Bildung des Luftverhältnisses genützt wird, als eine von zwei willkürlichen Wellenlängen verwendet, und eine weitere Wellenlänge von ca. 474 nm von C₂-Radikalen, d. h. die Wellenlänge von Licht derselben chemischen Spezies von C₂-Radikalen in einem verschiedenen Übergangszustand, wird als die andere der beiden willkürlichen Wellenlängen verwendet. Ebenso kann eine Wellenlänge von 474 nm als eine von zwei willkürlichen Wellenlängen verwendet werden, während eine Wellenlänge von 564 nm als die andere willkürliche Wellenlänge ausgewählt wird. Die Verwendung der Intensitäts­ differenz zwischen drei Wellenlängenbereichen (474 nm, 517 nm, 564 nm) ist unter der Bedingung, daß sich nur die Temperatur ändert, wenn das Luftverhältnis konstant ist, ebenfalls möglich. Wenn ferner Wellenlängen ausgewählt wer­ den, bei denen sich die Emissionsintensität nur in Ab­ hängigkeit von der Temperaturänderung ändert, kann die Tem­ peratur auch im Fall einer Änderung des Luftverhältnisses gebildet werden. Fig. 6 zeigt, daß das Emissionsinten­ sitätsverhältnis I/I0 und die Temperatur T eine bestimmte Beziehung entsprechend einer Kurve 33 haben, und zeigt die Beziehung zwischen dem Verhältnis der Intensitäten von Licht einer Wellenlänge von 797 nm und Licht einer Wellenlänge von 502 nm und der Temperatur. Die Emissionsintensitäten von Licht einer Wellenlänge von 797 nm und 502 nm hängen stark von der Temperaturänderung ab, und Licht dieser Wellenlängen umfaßt kein Licht einer Radikalenemission.

Bei dem System von Fig. 1 werden als die drei Lichtfilter 8, 9 und 10 Lichtfilter mit Abtastmittenfrequenzen von 431 nm, 564 nm und 517 nm verwendet. Das Verhältnis der Intensitäten eines Paars von Lichtstrahlen der Wellenlängen 431 nm und 517 nm, d. h. das Verhältnis der Emissionsintensität von CH- Radikalen und der Emissionsintensität von C₂-Radikalen, wird in der Recheneinheit 12 erhalten. Das Luftverhältnis kann in der Auswertungseinheit 14 auf der Basis des Ausgangssignals der Recheneinheit 12 gebildet werden. Gleichzeitig wird in der Recheneinheit 12 das Verhältnis der Intensitäten eines weiteren Paars von Lichtstrahlen der Wellenlängen 564 nm und 517 nm gebildet, und das Luftverhältnis kann in der Auswer­ tungseinheit 14 auf der Basis des Ausgangssignals der Re­ cheneinheit 12 gebildet werden.

Das System nach Fig. 1 kann alternativ so ausgelegt sein, daß vier Zweiglichtleiter und vier Lichtfilter vorgesehen sind und eine Kombination von Abtastmittenfrequenzen von 431 nm und 517 nm und eine weitere Kombination von Abtastmittenfre­ quenzen von 502 nm und 797 nm verwendet werden. Das Luftver­ hältnis kann aus der erstgenannten Kombination und die Tem­ peratur aus der letztgenannten Kombination gebildet werden. Bei dieser Anordnung sind also Fig. 6 und die Kurve 29 von Fig. 4 miteinander kombiniert. Selbstverständlich sind das auf diese Weise gewonnene Luftverhältnis und die Temperatur gegenüber den Werten, die mit der Anordnung mit drei Licht­ filtern erhalten werden, präziser, weil sämtliche Abtast­ wellenlängen voneinander unabhängig sind.

Fig. 7 zeigt ein Beispiel der Messung einer Brennkraftma­ schine im Konstantbetriebszustand. Die Kurven 34, 35 und 36 zeigen Beispiele für die Änderungen der Emissionsintensitäten I. Jede Emissionsintensität steigt an, wenn Licht durch Ver­ brennung emittiert wird. Jedes Intensitätsmaximum entspricht der durch Verbrennung hervorgerufenen Lichtemission. Die Kur­ ven 37 und 38 zeigen die Änderungen der Temperatur T bzw. des Luftverhältnisses λ in bezug auf die Zeit, gebildet durch die Auswertungseinheit 14 auf der Basis der zeitlichen Änderungen der Emissionsintensitäten. Wenn die Kurven 37 und 38 Geraden angenähert sind, muß die Verbrennungsstabilität höher sein, da sich die Maschine in einem Konstantbetriebszustand befindet. Tatsächlich sind diese Linien aber nicht gerade. Die Kraftstoffeinspritzrate, der Drosselklappenöffnungsgrad, der Zündzeitpunkt und weitere Faktoren werden daher auf der Basis dieser Ausgangssignale gesteuert. Bei diesem Aus­ führungsbeispiel werden die Temperatur und das Luftverhältnis auf der Basis der Lichtemission der Flamme in jedem Verbren­ nungstakt berechnet, und die Verbrennung in der Maschine wird unter Nutzung der berechneten Werte gesteuert. Dadurch kann ein stabiler Verbrennungszustand unterhalten werden. Für die Steuerung sind die Absolutwerte der Temperatur und des Luftverhältnisses notwendige Bedingungen. Es ist jedoch wesentlich, ständig die relativen Werte dieser Größen zu unterhalten.

Unter Bezugnahme auf Fig. 8 wird ein weiteres Ausführungs­ beispiel unter Bezugnahme auf einen Benzinmotor eines Kraft­ fahrzeugs erläutert. Die Brennkraftmaschine hat einen Brennraum 40, einen Zylinder 41, einen Kolben 42, eine Zünd­ kerze 43 und ein Einspritzventil 44. Ein Abtastelement 2 aus einem Quarzglasstab ist am Oberende des Brennraums 40 ange­ ordnet, und Licht der Flamme im Brennraum 40 wird durch einen Lichtleiter 1 abgetastet. Der Lichtleiter 1 kann beispiels­ weise ein Bündel aus einer Vielzahl von Quarzglasfilamenten mit einem Manteldurchmesser von 200µm sein. Der Lichtleiter 1 ist mit einer Verzweigungseinrichtung 5 verbunden, von der vier gleiche Lichtleiter unter Auftrennung des abgetasteten Lichts abzweigen. So abgetrennte Lichtstrahlen werden durch Austrittsabschnitte 7 emittiert. Lichtfilter 45, 46, 47 und 48, die Licht bestimmter Wellenlängen durchlassen, sind je­ weils in den Strahlengängen der Austrittsabschnitte 7 der vier Zweiglichtleiter vorgesehen. Das Lichtfilter 45 dient der selektiven Transmission von Licht von CH-Radikalen einer Mittenwellenlänge von 431 nm. Das Lichtfilter 46 dient der selektiven Transmission von Licht von C₂-Radikalen einer Mit­ tenwellenlänge von 517 nm. Die Lichtfilter 47 und 48 dienen der selektiven Transmission von Licht bestimmter Wellenlängen in Wärmestrahlungslicht, das kein von den Radikalen emit­ tiertes Licht enthält. Beispielsweise hat das Lichtfilter 47 eine Mittenwellenlänge von 500 nm, und das Lichtfilter 48 hat eine Mittenwellenlänge von 800 nm. Die ausgewählten Wellen­ längen von Wärmestrahlungslicht sind nicht auf 500 nm und 800 nm beschränkt. Die Wellenlängen sind frei wählbar bzw. bevorzugt aus einem Wellenlängenbereich von 500-1000 nm wählbar, solange sie keine Wellenlängen von Licht enthalten, das von den Radikalen emittiert wird. Die Transmissions­ wellenlänge eines Lichtfilters wird als Mittenwellenlänge bezeichnet, denn beim Filtern von Licht wird eine geringe Lichtmenge mit Wellenlängen in der Nähe der gewünschten Wellenlänge durchgelassen, was herstellungsbedingte Gründe hat. Die gewünschte Wellenlänge ist daher die Mittenwellen­ länge. Die Gründe für die Wahl dieser Wellenlängen werden nachstehend beschrieben.

Es ist bekannt, daß Radikale, die in einer Flamme beim Vor­ gang der Verbrennung eines Kohlenwaserstoff-Kraftstoffs wie Benzin oder Leichtöl für Brennkraftmaschinen entstehen, während des Verbrennungsvorgangs Licht emittieren. Diese Spezies umfassen OH-Radikale mit großer Emissionsintensität, CH- und C₂-Radikale. Es ist ferner bekannt, daß die Licht­ emission von Radikalen durch das Luftverhältnis beeinflußt wird. Experimente haben ergeben, daß die Abhängigkeit vom Luftverhältnis bei OH-Radikalen gering ist. Daher werden Lichtfilter ausgewählt, die selektiv Licht von CH- und C₂- Radikalen durchlassen, die stark vom Luftverhältnis abhängen. Andererseits sind in der Flamme feine Rußteilchen vorhanden, und die Rußtemperatur ist im wesentlichen gleich der Flam­ mentemperatur, weil die Eigenwärme von Ruß gering ist. Die Lichtemission, d. h. das Wärmestrahlungslicht von Ruß, hängt daher stark von der Temperatur ab.

Aus diesen Gründen werden von den Lichtfiltern getrennte Lichtstrahlen lichtelektrischen Wandlerelementen 49, 50, 51 und 52 zugeführt und dort in elektrische Signale entsprechend den Intensitäten der Lichtsignale umgewandelt. Beispielsweise werden als die lichtelektrischen Wandlerelemente Fo­ tovervielfacher, Fototransistoren, Fotodioden oder der­ gleichen verwendet. Wenn die Pegel der elektrischen Aus­ gangssignale der lichtelektrischen Wandlerelemente klein sind, werden die Signale durch Verstärker ausgegeben. Die elektrischen Ausgangssignale der lichtelektrischen Wand­ lerelemente werden einer Recheneinheit 12 zugeführt. In dieser wird das Verhältnis der elektrischen Ausgangssignale des Paars von lichtelektrischen Wandlerelementen 49 und 50 berechnet, aus diesem Verhältnis wird das Luftverhältnis gebildet, und das Verhältnis der Ausgangssignale des anderen Paars von lichtelektrischen Wandlerelementen 51 und 52 wird zur Gewinnung der Temperatur berechnet. So gebildete, das Luftverhältnis und die Temperatur bezeichnende Signale werden einer Auftrittsverlauf-Erkennungseinheit 53 zugeführt. Ein Ausgangssignal der Erkennungseinheit 53 wird einer Steuerung 16 zugeführt, und diese sendet Steuersignale an einen Zündzeitpunktsteller 54, einen Kraftstoffmengensteller 55 und einen Luftmengensteller 56 zur Herstellung eines optimalen Verbrennungszustands. Die Steuerung 16 liefert ferner ein Verstellwinkelsteuersignal 58 zur Steuerung des Verstell­ winkels, wie noch beschrieben wird, nach Empfang eines Detek­ tiersignals von einem Kurbelwinkeldetektor 57.

Bevor die Verbrennungssteuerung erläutert wird, sollen nach­ stehend die Resultate der Luftverhältnis- und Temperaturmes­ sungen beschrieben werden. Fig. 9 zeigt das Resultat einer Luftverhältnismessung. Das dem Brennraum zugeführte Kraft­ stoff-Luft-Gemisch wird mit der Zündkerze gezündet, um die Verbrennung auszulösen, und das Gas im Brennraum dehnt sich mit fortschreitender Verbrennung aus, wodurch der Kolben mit Kraft beaufschlagt wird. Fig. 9 zeigt diesen Verbren­ nungsablauf, d. h. elektrische Ausgangssignale 53 und 54 entsprechend den Intensitäten I von Licht von CH- und C₂- Radikalen in einem Arbeitszyklus, und das aus diesen beiden Ausgangssignalen berechnete Luftverhältnis λ. Das Luftver­ hältnis ändert sich mit der Verbrennungszeit. Die Fig. 10 und 11 zeigen das Luftverhältnis als Auftrittshäufigkeiten F. Die Messung wurde durchgeführt unter Vorgabe eines Luftverhält­ nisses von 1,0 auf der Zufuhrbasis als einer Betriebsbedin­ gung. Der Vergleich zwischen den Fig. 10 und 11 zeigt, daß sich die dort gezeigten Verläufe der Auftrittshäufigkeiten des Luftverhältnisses voneinander unterscheiden. Fig. 10 zeigt eine hohe Auftrittshäufigkeit im Bereich des vorgegebe­ nen Luftverhältnisses von 1. In Fig. 11 ist die Auftrittshäu­ figkeit breit gestreut. Im Hinblick auf einen Vergleich zwi­ schen der Kohlenmonoxidmenge (CO) und der Kohlenwasserstoff­ menge (HC), die ein unverbrannter Teil des verbrannten Ab­ gases unter dieser Betriebsbedingung war, war andererseite die Menge unverbrannter Bestandteile unter der Bedingung von Fig. 11 etwa zweimal so groß wie unter der Bedingung von Fig. 10. Der Auftrittsverlauf von Fig. 11 zeigt, daß der Verbren­ nungszustand schlecht ist. Es wird angenommen, daß dieser Zu­ stand beispielsweise auf den Einspritzzeitpunkt zurückzufüh­ ren ist, d. h. daß dann, wenn der Kraftstoff eingespritzt wird, während der Öffnungsgsrad des Einlaßventils unzurei­ chend ist, Kraftstoff am Einlaßventil haftenbleibt, so daß sich das Luftverhältnis zum Zeitpunkt der Verbrennung ändert. Wenn der Einspritzzeitpunkt dagegen korrekt ist, ist der Auftrittshäufigkeitsverlauf des Luftverhältnisses um das vorgegebene Luftverhältnis zentriert. Wenn die Kraftstoff/- Luft-Zufuhrmengen geändert werden, wird der Auftrittshäufig­ keitsverlauf des Luftverhältnisses geändert; wenn das Luft­ verhältnis auf der Zufuhrbasis beispielsweise aus irgendeinem Grund auf 0,9 geändert wird, weist der Auftrittshäufigkeits­ verlauf im gemessenen Luftverhältnis ein Maximum im Bereich von 0,9 auf. In diesem Zustand wird unverbranntes Gas abgeführt, was zu einer Umweltschädigung führt, und somit ist eine optimale Verbrennung erforderlich.

Nachstehend werden die Temperaturmeßresultate erläutert. Die Fig. 12, 13 und 14 zeigen Meßergebnisse, bei denen Tempera­ tur-Auftrittshäufigkeitsverläufe in einem Verbrennungstakt verschieden sind. Fig. 12 zeigt einen Temperatur-Auftritts­ häufigkeitsverlauf, wenn die Ausgangsleistung in einem optimalen Verbrennungszustand hoch ist, Fig. 13 zeigt einen Temperatur-Auftrittshäufigkeitsverlauf, wenn Klopfen auf­ tritt, so daß die Ausgangsleistung verringert ist, und Fig. 14 zeigt einen Temperatur-Auftrittshäufigkeitsverlauf zu einem Zeitpunkt unmittelbar vor dem Auftreten von Klopfen. Nach Fig. 12 ist die Auftrittshäufigkeit von Temperaturen im Bereich der Durchschnittstemperatur am höchsten, und die Dif­ ferenz zwischen der höchsten und der niedrigsten Temperatur beträgt maximal ca. 1000°C. Bei dem Verlauf von Fig. 13, der die Temperatur-Auftrittshäufigkeit zum Zeitpunkt des Auftretens von Klopfen zeigt, ist die Auftrittshäufigkeit von Temperaturen im Bereich von 1200°C am höchsten, und die Auftrittshäufigkeit von Temperaturen im Bereich von 3200°C ist am zweithöchsten. Die Differenz zwischen der höchsten und der niedrigsten Temperatur beträgt 3000°C oder mehr. Auch beträgt die Durchschnittstemperatur ca. 1900°C, was um ca. 300°C niedriger als im Fall einer Normalverbrennung ist. Nach Fig. 14 ist die Temperatur-Auftrittshäufigkeit im Be­ reich der Durchschnittstemperatur am höchsten, und die Dif­ ferenz zwischen der höchsten und der niedrigsten Temperatur beträgt 3000°C oder mehr und ist größer als im Fall der Nor­ malverbrennung. Die Durchschnittstemperatur liegt höher als im Fall der Normalverbrennung. Somit sind Einzelheiten des Verbrennungszustands aus den Temperatur-Auftrittshäu­ figkeitsverläufen ersichtlich.

Konventionell kann ein Zustand anomaler Verbrennung, z. B. Klopfen, nur detektiert werden, wenn Klopfen auftritt. Es ist jedoch zu beachten, daß gemäß dem Auswertungsverfahren unter Nutzung von Temperatur-Auftrittshäufigkeitsverläufen ein Zu­ stand unmittelbar vor dem Auftreten von Klopfen detektierbar ist, wenn die Differenz zwischen der höchsten und der niedrigsten Temperatur und der Verlauf des Auftretens von Temperaturen wie etwa gestreuten Durchschnittstemperaturen untersucht werden. Dieser Temperatur-Auftrittshäufigkeitsver­ lauf wird detektiert, und der Zündzeitpunkt wird so eingestellt, daß die Verbrennung im Normalzustand erhal­ tenbleibt. Beispielsweise ist die Abweichung, die die Än­ derung der Auftrittshäufigkeit zum Zeitpunkt einer Normalver­ brennung bezeichnet, 9,5%, während sie zum Zeitpunkt des Auftretens von Klopfen 25% beträgt. Die Verbrennungs­ steuerung kann unter Anwendung dieser Abweichung als Index durchgeführt werden.

Aus der obigen Beschreibung geht hervor, daß das Luftverhält­ nis und die Temperatur im Brennraum aus Licht von der Flamme ableitbar sind und daß gleichzeitig eine Normalverbrennung und eine anomale Verbrennung aus dem Auftrittsverlauf diskri­ minierbar sind. Der Auftrittshäufigkeitsverlauf dient daher der Steuerung im Hinblick auf eine optimale Verbrennung.

Unter Bezugnahme auf Fig. 15 wird nachstehend ein Beispiel eines Flußdiagramms eines Verfahrens zur Detektierung des Luftverhältnisses und der Temperatur im Brennraum auf der Ba­ sis der Detektierung von Licht und zur Steuerung der Maschine unter Nutzung der dadurch gebildeten Werte oder Abweichungen dieser Werte erläutert. Dabei werden in Schritt 101 zuerst Anfangswerte vorgegeben. Als Anfangswerte, die in bezug auf die Eigenschaften der Maschine verschieden sind, werden eine Temperatur, ein Luftverhältnis und Abweichungen dieser Werte, die für eine bestimmte Maschine erwünscht sind, eingegeben. Ferner werden als weitere Anfangswerte eine Temperatur, ein Luftverhältnis und Abweichungen dieser Werte, die im tatsäch­ lichen Betrieb erhalten werden, sowie zulässige Fehler der gewünschten Temperatur, des gewünschten Luftverhältnisses und ihrer Abweichungen eingegeben. Diese Werte werden vorher ex­ perimentell bestimmt.

Dann werden in Schritt 102 Lichtsignale zur Messung der Tem­ peratur T und des Luftverhältnisses λ eingegeben. Einzel­ heiten der Meßeinrichtungen entsprechen Fig. 1. Die Tempe­ ratur und das Luftverhältnis werden unter Nutzung dieser Si­ gnale in Schritt 103 berechnet. Für diesen Schritt werden vorher analytische Kurven zur Berechnung der Temperatur und des Luftverhältnisses aus den Intensitäten dieser Signale eingegeben. Nach Beendigung dieses Schritts teilt sich der Ablauf in einen Ablauf zur Berechnung von Abweichungen der Temperatur und des Luftverhältnisses (Schritt 104) und einen Ablauf zur Steuerung der Maschine unter Nutzung des Luftver­ hältnisses (Schritt 105).

Nachstehend wird der Ablauf zur Steuerung der Maschine unter Nutzung des Luftverhältnisses beschrieben. Der Ablauf geht zur Bestimmung der Differenz zwischen dem Luftverhältnis in der tatsächlich im Betrieb befindlichen Maschine und dem durch die Anfangseinstellung gegebenen Soll-Luftverhältnis. Der zulässige Bereich ist durch die Anfangseinstellung gegeben. Wenn das Luftverhältnis in der tatsächlich betriebe­ nen Maschine im zulässigen Bereich liegt, werden die momenta­ nen Betriebsablaufwerte aufrechterhalten. Die hier genannten Betriebsablaufwerte sind Ablaufwerte, die das Luftverhältnis beeinflussen, und zwar insbesondere die Luftzufuhrmenge, die Kraftstoffzufuhrmenge und weitere Faktoren. Wenn das Luftver­ hältnis der tatsächlich betriebenen Maschine außerhalb des zulässigen Bereichs liegt, wird die Luft- oder die Kraft­ stoffzufuhrmenge in geeigneter Weise geändert (Schritt 107). Wenn die Ablaufwerte geändert werden, ändert sich die Ver­ brennung in der Maschine, und dadurch ändert sich das Lichtsignal von der Flamme. Dann wird der Ablauf zur erneuten Eingabe von Lichtsignalen, zur Berechnung des Luftverhält­ nisses und zum Vergleich des Rechenwerts mit dem Anfangswert wiederholt. Es besteht die Möglichkeit, daß sich das Luftver­ hältnis um irgendeinen Faktor nach außerhalb des zulässigen Bereichs ändert, während die Maschine läuft, und zwar auch dann, wenn die Ablaufwerte nicht geändert werden. In einem solchen Fall wird der obige Ablauf ebenfalls wiederholt.

Nach Berechnung der Temperatur und des Luftverhältnisses wer­ den in Schritt 104 die Abweichungen der Temperatur und des Luftverhältnisses berechnet, die Klopfbestimmung, die Ver­ stellung usw. werden unter Anwendung der Abweichungen durchgeführt. Nach der Berechnung der Temperaturabweichung wird abgefragt, ob die Temperaturabweichung größer, kleiner oder gleich der Temperaturabweichung ist, die durch die An­ fangseinstellung gegeben ist (Schritt 108). Wenn die momen­ tane Temperaturabweichung kleiner oder gleich der an­ fänglichen Temperaturabweichung ist, wird festgestellt, daß die Maschine nicht klopft, und die Maschine wird unter Beibehaltung der momentanen Betriebsablaufwerte betrieben (Schritt 109). Wenn die momentane Temperaturabweichung größer als die anfängliche Temperaturabweichung ist, werden dieser Wert und weitere Faktoren einschließlich des Ausgangswerts eines Klopfsensors synthetisch berücksichtigt, um zu bestim­ men, ob Klopfen aufgetreten ist und ob die Möglichkeit des Auftretens von Klopfen besteht. Wenn festgestellt wird, daß Klopfen aufgetreten ist oder daß sich die Maschine in einem Zustand befindet, in dem Klopfen ohne weiteres auftreten kann (Schritt 110), werden geeignete Gegenmaßnahmen vorgesehen. Normalerweise wird eine Verstellwinkeländerung durchgeführt (Schritt 111). Der Verstellwinkel ist ein Kurbelwinkel, durch den die dem oberen Totpunkt des Kolbens entsprechende Kurbel­ winkellage 0° erreicht wird; er bezeichnet den Winkel oder den Zeitpunkt, zu dem die Zündkerze aktiviert wird. Normaler­ weise liegt der Verstellwinkel bei ca. 15°. Wenn er größer als 20° ist, ist die Gefahr von Klopfen größer. Wenn er je­ doch beispielsweise um einige Grad kleiner ist, liegt der Zündzeitpunkt so spät, daß das gewünschte Drehmoment nicht erhalten werden kann. Wenn der Verstellwinkel geändert wird, wird der Verbrennungszeitpunkt oder dergleichen geändert, und dadurch werden die Temperatur und die Abweichung der Tempera­ tur in der Maschine geändert. Der Ablauf zur Lichtmessung, zur Berechnung der Temperatur und der Temperaturabweichung, zur Messung von Klopfen und zur Einstellung des Verstell­ winkels wird daher wiederholt.

Nach der Berechnung der Luftverhältnisabweichung geht der Ablauf zu Schritt 112, in dem abgefragt wird, ob die Luftver­ hältnisabweichung größer, kleiner oder gleich der durch die Anfangseinstellung gegebenen Luftverhältnisabweichung ist. Wenn die momentane Luftverhältnisabweichung kleiner oder gleich der Anfangsabweichung ist, wird die Maschine in jedem Takt mit stabiler Verbrennung betrieben, und die momentanen Ablaufwerte werden aufrechterhalten (Schritt 113). Wenn dage­ gen die momentane Luftverhältnisabweichung größer als die An­ fangsabweichung ist, ist die Verbrennung in jedem Takt insta­ bil, und Gegenmaßnahmen sind notwendig. Normalerweise ist, wenn Luft und Kraftstoff nicht ausreichend vermischt sind, die Abweichung des Luftverhältnisses in einem Arbeitstakt groß, und daher ist die Abweichung des Luftverhältnisses ebenfalls groß. Um die Abweichung bzw. die Luftverhältnisab­ weichung zu verringern, können Kraftstoff und Luft in ausrei­ chender Weise vermischt werden. Eine Möglichkeit, dies zu er­ reichen, ist eine Änderung des Einspritzzeitpunkts (Schritt 114). Der oben beschriebene Ablauf wird während des Betriebs der Maschine ständig wiederholt.

Gemäß dem Flußdiagramm dieses Ausführungsbeispiels wird von der Flamme in der Maschine emittiertes Licht abgetastet, und Klopfen und eine Abweichung des Luftverhältnisses werden aus dem Luftverhältnis und der Temperatur der Maschine bzw. aus Abweichungen dieser Werte bestimmt, so daß die Maschine in dem gewünschten Betriebszustand gesteuert wird.

Wie oben beschrieben, wird bei der Erfindung Licht einer Flamme abgetastet, das abgetastete Licht wird in eine Mehrzahl von Lichtstrahlen mit verschiedenen Wellenlängen aufgeteilt, und das Luftverhältnis und die Temperatur der Flamme können kontkatlos aus dem Ergebnis der Berechnung der Verhältnisse der Lichtintensitäten in der Mehrzahl von Wellenlängenbereichen erhalten werden; dies ermöglicht die Auswertung der Verbrennung in einer Brennkraftmaschine mit hoher Geschwindigkeit und verbesserter Genauigkeit. Dadurch ist es möglich, den Verbrennungszustand in geeigneter Weise zu beobachten und zu steuern.

Claims (32)

1. Vorrichtung zur Auswertung des Verbrennungszustands der Flamme in einer Brennkraftmaschine durch Abtastung des von der Flamme emittierten Lichts, gekennzeichnet durch
ein Abtastelement (2), das von der Flamme in der Maschine emittiertes Licht abtastet;
eine Verzweigungseinrichtung (5, 66), die das von dem Ab­ tastelement abgetastete Licht in wenigstens zwei Licht­ strahlen auftrennt;
eine Einrichtung (8, 9, 10) zur selektiven Übertragung von Licht unterschiedlicher Wellenlänge, die in Strahlengängen der aufgetrennten Lichtstrahlen angeordnet ist;
lichtelektrische Wandlerelemente (11), die die Übertra­ gungseinrichtung jeweils durchsetzende Lichtsignale in elek­ trische Signale umwandeln; und
eine Rechen/Auswertungseinrichtung (12, 14), die eine physikalische Größe zur Auswertung des Verbrennungszustands der Flamme berechnet unter Nutzung eines Verhältnisses von Ausgangssignalen der lichtelektrischen Wandlerelemente (11) und den Verbrennungszustand der Flamme auf der Basis der physikalischen Größe auswertet.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzweigungseinrichtung Lichtleiter (6) aufweist, die das von dem einen Abtastelement (2) abgetastete Licht in wenigstens zwei Lichtstrahlen auftrennen können und an den Verzweigungsenden Austrittsflächen aufweisen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die physikalische Größe zur Auswertung der Verbrennung ein Luftverhältnis umfaßt, das zu dem Verhältnis der Aus­ gangssignale der lichtelektrischen Wandlerelemente (11) eine bestimmte Beziehung hat und als Qr/Q0 definiert ist, wobei Qr eine zur Verbrennung einer bestimmten zugeführten Kraftstoff­ menge tatsächlich zugeführte Luftmenge und Q0 eine zur voll­ ständigen Verbrennung der bestimmten zugeführten Kraftstoff­ menge erforderliche theoretische Luftmenge ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die physikalische Größe zur Auswertung der Verbrennung eine Temperatur umfaßt, die zu dem Verhältnis der Aus­ gangssignale der lichtelektrischen Wandlerelemente (11) eine bestimmte Beziehung hat.

5. Vorrichtung nach Ansrpuch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtleiter (6) wenigstens drei verzweigte Strahlengänge bilden und daß die Rechen/Auswertungseinrichtung (12, 14) das Luftverhältnis aus dem Verhältnis von Ausgangssignalen eines Paars von licht­ elektrischen Wandlerelementen und die Temperatur aus dem Verhältnis von Ausgangssignalen eines weiteren Paars von lichtelektrischen Wandlerelementen berechnet.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur selektiven Übertragung von Licht ver­ schiedener Wellenlängen Lichtfilter (8, 9, 10) aufweist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kombination der Lichtfilter eine Kombination zum Auftrennen von Licht aufweist, das von der Flamme als von wenigstens zwei der Radikale OH, CH und C₂ stammendes Licht emittiert wird.

8. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Luftverhältnis berechnet wird auf der Basis entweder des Verhältnisses eines aus dem Lichtsignal des CH-Radikals gebildeten elektrischen Ausgangssignals des lichtelektrischen Wandlerelements und eines aus dem Lichtsignal des OH-Radikals gebildeten elektrischen Ausgangssignals des lichtelektrischen Wandlerelements oder des Verhältnisses eines aus dem Licht­ signal des OH-Radikals gebildeten elektrischen Ausgangs­ signals des lichtelektrischen Wandlerelements und eines aus dem Lichtsignal des C₂-Radikals gebildeten elektrischen Ausgangssignals des lichtelektrischen Wandlerelements.

9. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur berechnet wird aus dem Verhältnis elek­ trischer Ausgangssignale der lichtelektrischen Wandlerele­ mente auf der Basis eines Lichtsignals von Wärmestrahlung mit Wellenlängen, die keine der Wellenlängen eines Lichtsignals, das aus der Emission von Radikalen gewonnen ist, aufweisen.

10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kombination der Lichtfilter eine Kombination zur Auftrennung eines Lichtsignals, das aus Wärmestrahlung mit Wellenlängen, die keine der Wellenlängen eines Lichtsignals, das aus der Emission von Radikalen gewonnen ist, aufweisen, in wenigstens zwei Lichtstrahlen aufweist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rechen/Auswertungseinrichtung (12, 14) die Änderung der physikalischen Größe in bezug auf die Zeit zur Auswertung des Verbrennungszustands der Flamme unter Nutzung der Än­ derung des Verhältnisses der Ausgangssignale der lichtelek­ trischen Wandlerelemente in bezug auf die Zeit in jedem Ver­ brennungstakt zwischen der Zündung und der vollständigen Ver­ brennung gewinnt, aus der Änderung des physikalischen Werts in bezug auf die Zeit einen Verlauf der Auftrittshäufigkeit des physikalischen Werts in jedem Verbrennungstakt berechnet und diesen Auftrittshäufigkeitsverlauf mit einem vorher gespeicherten Referenz-Auftrittshäufigkeitsverlauf zur Auswertung des Verbrennungszustands der Flamme vergleicht.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die physikalische Größe ein Luftverhältnis und/oder eine Temperatur ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Monitor (15) zur Anzeige von von der Rechen/Aus­ wertungseinrichtung (12, 14) ausgegebener Verbrennungs­ information.

14. Verbrennungssteuervorrichtung zur Steuerung des Verbren­ nungszustands in einer Brennkraftmaschine, der Kraftstoff und Luft zur Verbrennung zugeführt werden, gekennzeichnet durch
ein Verbrennungsauswertungssystem, das aufweist: ein Ab­ tastelement (2), das von der Flamme in der Maschine emit­ tiertes Licht abtastet, eine Verzweigungseinrichtung (5), die das von dem Abtastelement abgetastete Licht in wenigstens zwei Lichtstrahlen auftrennt, eine Einrichtung (45-48) zur selektiven Übertragung von Licht unterschiedlicher Wellenlän­ gen, die in Strahlengängen der aufgetrennten Lichtstrahlen angeordnet ist, lichtelektrische Wandlerelemente (49-52), die die Übertragungseinrichtung jeweils passierende Lichtsignale in elektrische Signale umwandeln, und eine Rechen/Aus­ wertungseinrichtung (12, 14), die eine physikalische Größe zur Auswertung des Verbrennungszustands der Flamme berechnet unter Nutzung eines Verhältnisses von Ausgangssignalen der lichtelektrischen Wandlerelemente (11) und den Verbren­ nungszustand der Flamme auf der Basis der physikalischen Größe auswertet; und
eine Steuereinheit (16), die ein Steuersignal zum Ändern und Steuern des Verbrennungszustands in der Brennkraftma­ schine auf der Basis eines Ausgangssignals der Verbren­ nungsauswertungseinrichtung (12) liefert.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur selektiven Übertragung von Licht ver­ schiedener Wellenlängen Lichtfilter (45-48) aufweist.

16. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl von Verbrennungsauswertungssystemen vorge­ sehen ist.

17. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Rechen/Auswertungseinrichtung (12, 14) die Änderung der physikalischen Größe in bezug auf die Zeit zur Auswertung des Verbrennungszustands der Flamme durch Nutzung der Än­ derung des Verhältnisses der Ausgangssignale der lichtelek­ trischen Wandlerelemente (49-52) in bezug auf die Zeit in je­ dem Verbrennungstakt von der Zündung bis zur vollständigen Verbrennung gewinnt, einen Verlauf der Auftrittshäufigkeit des physikalischen Werts in jedem Verbrennungstakt aus der Änderung des physikalischen Werts in bezug auf die Zeit berechnet und diesen Auftrittshäufigkeitsverlauf mit einem vorher gespeicherten Referenz-Auftrittshäufigkeitsverlauf zur Auswertung des Verbrennungszustands der Flamme vergleicht.

18. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Rechen/Auswertungseinrichtung (12, 14) die Änderung des Luftverhältnisses und/oder der Temperatur in bezug auf die Zeit zur Auswertung des Verbrennungszustands der Flamme durch Nutzung der Änderung des Verhältnisses der Ausgangssi­ gnale der lichtelektrischen Wandlerelemente (49-52) in bezug auf die Zeit in jedem Verbrennungstakt von der Zündung bis zur vollständigen Verbrennung gewinnt, einen Verlauf der Auftrittshäufigkeit des Luftverhältnisses und/oder der Tem­ peratur in jedem Verbrennungstakt aus der zeitlichen Änderung des Luftverhältnisses und/oder der Temperatur berechnet und diesen Auftrittshäufigkeitsverlauf mit einem vorher gespei­ cherten Referenz-Auftrittshäufigkeitsverlauf zur Auswertung des Verbrennungszustands der Flamme vergleicht.

19. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das von der Steuereinheit (16) gelieferte Steuersignal einer Zufuhrmengenstelleinheit (55, 56) zum Verstellen der Luft- und der Kraftstoffzufuhrmenge zum Brennraum, einer Zündzeitpunktstelleinheit (54) und einer Einspritzzeitpunkt­ stelleinheit zugeführt wird.

20. Vorrichtung nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch einen Monitor zur Anzeige von von der Rechen/Auswer­ tungseinrichtung (12, 14) gelieferter Verbrennungs­ information.

21. Verfahren zur Steuerung des Verbrennungszustands in einer Brennkraftmaschine, gekennzeichnet durch,
die folgenden Verfahrensschritte:
Abtasten von von einer Flamme in der Maschine emittiertem Licht mit einem Abtastelement und Auftrennen des abgetasteten Lichts in wenigstens zwei Lichtanteile;
Übertragen der Lichtanteile durch eine Einrichtung zur Übertragung von Licht verschiedener Wellenlängen;
Umwandeln von diese Einrichtung passierenden Lichtsignalen in elektrische Signale;
Berechnen einer physikalischen Größe zur Auswertung des Verbrennungszustands der Flamme unter Nutzung eines Verhält­ nisses der elektrischen Signale und Auswerten des Verbren­ nungszustands auf der Basis der physikalischen Größe; und
Ändern und Steuern des Verbrennungszustands in der Ma­ schine auf der Basis dieser Auswertung.

22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Übertragen von Licht verschiedener Wellenlängen Lichtfilter aufweist.

23. Vorrichtung zur Detektierung von Klopfen in einer Brenn­ kraftmaschine durch Abtasten von von einer Flamme in der Maschine emittiertem Licht, gekennzeichnet durch
ein Abtastelement (2) zur Abtastung von von einer Flamme in der Maschine emittiertem Licht;
eine Verzweigungseinrichtung (5) zur Auftrennung des von dem Abtastelement abgetasteten Lichts in wenigstens zwei Lichtstrahlen;
eine Übertragungseinrichtung (45-48) die in Strahlengängen für die getrennten Lichtstrahlen zur Übertragung von Licht­ strahlen mit verschiedenen Wellenlängen angeordnet sind;
lichtelektrische Wandlerelemente (49-52) zur jeweiligen Umwandlung von die Übertragungseinrichtung durchsetzenden Lichtsignalen in elektrische Signale;
eine Recheneinrichtung (12) zur Berechnung der zeitlichen Änderung der Temperatur zwecks Auswertung des Verbrennungszu­ stands der Flamme unter Nutzung der zeitlichen Änderung eines Verhältnisses von Ausgangssignalen der lichtelektrischen Wandlerelemente in jedem Verbrennungstakt von der Zündung bis zur vollständigen Verbrennung und zur Bildung eines Verlaufs der Auftrittshäufigkeit der Temperatur in jedem Verbren­ nungstakt aus der zeitlichen Änderung der Temperatur; und
eine Bestimmungseinheit (53), die den Verlauf der Auf­ trittshäufigkeit mit einem vorher gespeicherten Referenz­ verlauf der Auftrittshäufigkeit vergleicht und bestimmt, ob die Gefahr von Klopfen groß ist.

24. Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur selektiven Übertragung von Licht ver­ schiedener Wellenlängen Lichtfilter (45, 48) umfaßt.

25. Verfahren zum Detektieren von Klopfen in einer Brenn­ kraftmaschine durch Abtasten von von einer Flamme in der Maschine emittiertem Licht, gekennzeichnet durch
die folgenden Verfahrensschritte:
Abtasten von von einer Flamme in der Maschine emittiertem Licht mit einem Abtastelement und Auftrennen des abgetasteten Lichts in wenigstens zwei Lichtanteile;
Übertragen der Lichtanteile durch eine Einrichtung zur Übertragung von Licht verschiedener Wellenlängen;
Umwandeln von diese Einrichtung durchsetzenden Lichtsi­ gnalen in elektrische Signale;
Bilden der Änderung der Flammentemperatur in bezug auf die Zeit unter Nutzung der Änderung eines Verhältnisses der elektrischen Signale in bezug auf die Zeit in jedem Verbren­ nungstakt von der Zündung bis zur vollständigen Verbrennung und Berechnen eines Verlaufs der Auftrittshäufigkeit des Tem­ peraturwerts in jedem Verbrennungstakt aus der zeitlichen Än­ derung der Flammentemperatur; und
Vergleichen des Auftrittshäufigkeitsverlaufs mit einem vorher gespeicherten Referenz-Auftrittshäufigkeitsverlauf zur Bestimmung, ob die Gefahr von Klopfen groß ist.

26. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Übertragung von Licht verschiedener Wellenlängen Lichtfilter aufweist.

27. Vorichtung zur Steuerung des Verbrennungszustands in einer Brennkraftmaschine durch Abtasten von von einer Flamme in der Maschine emittiertem Licht, gekennzeichnet durch
ein Abtastelement (2) zur Abtastung von von einer Flamme in der Maschine emittiertem Licht;
eine Verzweigungseinrichtung (5) zur Auftrennung des von dem Abtastelement abgetasteten Lichts in wenigstens zwei Lichtstrahlen;
eine Übertragungseinrichtung (45-48) zur selektiven Über­ tragung von Licht verschiedener Wellenlängen, die in Strahlengängen für die getrennten Lichtstrahlen angeordnet ist;
lichtelektrische Wandlerelemente (49-52) zur jeweiligen Umwandlung von die Übertragungseinrichtung passierenden Lichtsignalen in elektrische Signale;
eine Recheneinrichtung (12) zur Berechnung der Änderung der Temperatur über die Zeit zwecks Auswertung des Verbren­ nungszustands der Flamme unter Nutzung der zeitlichen Än­ derung eines Verhältnisses von Ausgangssignalen der licht­ elektrischen Wandlerelemente in jedem Verbrennungstakt von der Zündung bis zur vollständigen Verbrennung und zur Bildung eines Verlaufs der Auftrittshäufigkeit der Temperatur in jedem Verbrennungstakt aus der zeitlichen Änderung der Temperatur;
eine Bestimmungseinheit (53) , die den Verlauf der Auf­ trittshäufigkeit mit einem vorher gespeicherten Referenz­ verlauf der Auftrittshäufigkeit vergleicht und bestimmt, ob die Gefahr von Klopfen groß ist; und
eine Steuereinheit (16), die ein Steuersignal liefert, um den Verbrennungszustand in der Maschine auf der Basis dieser Bestimmung zu ändern und zu steuern.

28. Vorrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur selektiven Übertragung von Licht verschiedener Wellenlängen Lichtfilter (45-48) aufweist.

29. Verfahren zur Steuerung des Verbrennungszustands in einer Brennkraftmaschine durch Abtasten von von einer Flamme in der Maschine emittiertem Licht, gekennzeichnet durch
die folgenden Verfahrensschritte:
Abtasten von von einer Flamme in einer Brennkraftmaschine emittiertem Licht mit einem Abtastelement und Auftrennen des so abgetasteten Lichts in wenigstens zwei Lichtstrahlen;
Übertragen der Lichtstrahlen durch Einrichtungen zur se­ lektiven Übertragung von Licht unterschiedlicher Wellen­ längen;
Umwandeln von durch diese Einrichtung übertragenen Licht­ signalen in elektrische Signale;
Bilden der Änderung der Flammentemperatur über die Zeit unter Nutzung der Änderung eines Verhältnisses der elek­ trischen Signale in bezug auf die Zeit in jedem Verbren­ nungstakt von der Zündung bis zur vollständigen Verbrennung und Berechnen eines Verlaufs der Auftrittshäufigkeit des Tem­ peraturwerts in jedem Verbrennungstakt aus der Änderung der Flammentemperatur in bezug auf die Zeit;
Vergleichen des Verlaufs der Auftrittshäufigkeit mit einem vorher gespeicherten Referenzverlauf der Auftrittshäufigkeit zur Bestimmung, ob die Gefahr von Klopfen groß ist; und
Ändern und Steuern des Verbrennungszustands in der Ma­ schine auf der Basis dieser Bestimmung.

30. Verfahren nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Übertragung von Licht verschiedener Wellenlängen Lichtfilter aufweist.

31. Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine, die aufweist einen Zylinder, einen darin hin- und hergehenden Kolben, einen durch den Zylinder und den Kolben definierten Brenn­ raum, ein Einspritzventil zur Kraftstoffeinspritzung in den Brennraum und eine Zündkerze zum Zünden des Kraftstoffs, gekennzeichnet durch
ein Verbrennungsauswertungssystem, das aufweist: ein Ab­ tastelement (2), das von der Flamme in der Maschine emit­ tiertes Licht abtastet, eine Verzweigungseinrichtung (5), die das von dem Abtastelement abgetastete Licht in wenigstens zwei Lichtstrahlen auftrennt, eine Einrichtung (45-48) zur selektiven Übertragung von Licht unterschiedlicher Wellen­ länge, die in Strahlengängen der aufgetrennten Lichtstrahlen angeordnet ist, lichtelektrische Wandlerelemente (49-52), die die Übertragungseinrichtung jeweils passierende Lichtsignale in elektrische Signale umwandeln, und eine Rechen/Auswer­ tungseinrichtung (12, 14), die eine physikalische Größe zur Auswertung des Verbrennungszustands der Flamme berechnet unter Nutzung eines Verhältnisses von Ausgangssignalen der lichtelektrischen Wandlerelemente (11) und den Verbren­ nungszustand der Flamme auf der Basis der physikalischen Größe auswertet; und
eine Steuereinheit (16), die ein Steuersignal zum Ändern und Steuern des Verbrennungszustands in der Brennkraftma­ schine auf der Basis eines Ausgangssignals der Verbrennungs­ auswertungseinrichtung (14) liefert.

32. Kraftfahrzeug nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur selektiven Übertragung von Licht ver­ schiedener Wellenlängen Lichtfilter (45-48) aufweist.