DE4230374C2 - Zylinderkopfdichtung für eine Verbrennungskraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Zylinderkopfdichtung für eine Verbrennungskraftmaschine mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.

Es ist bekannt, Zylinderkopfdichtungen für Verbrennungskraftmaschinen mit Meßvorrichtungen auszurüsten, mit denen durch vor allem Motoraussetzer oder Motorklopfer erzeugte Unregelmäßigkeiten des Verbrennungsablaufs der Motoren im Betrieb erfaßt und zur Steuerung eines störungsfreien Verbrennungsablaufs des Motors verwendet werden können. Insbesondere bei modernen Motoren, die zur Steigerung ihres Wirkungsgrades mit immer höherer Verdichtung betrieben werden, steigt die Gefahr des Klopfens im Motorbetrieb, was erfaßt und dem beispielsweise durch Veränderung des Zündwinkels entgegengeregelt werden muß. Ebenso müssen zum Schutz der Katalysatoren im Abgassystem Motoraussetzer zuverlässig erkannt werden, damit Vergiftungen durch schädliche Emissionen oder durch Überhitzungen durch Nachverbrennung unverbrauchter Kraftstoffgemische im Katalysator vermieden werden können.

Aus der WO 91/18198 ist es bekannt, Lichtwellenleiter aus Quarzglasfasern oder Glasfasern einzusetzen, um Dichtspaltbewegungen zwischen Motorblock und Zylinderkopf zu erfassen. Die Lichtwellenleiter sind den Brennraumöffnungen zugekehrt und erfassen Spaltbewegungen senkrecht zur Ebene der Dichtungsplatte. Bei Spaltbewegungen verformt sich der Lichtwellenleiter. Durch das an den Krümmungsstellen austretende Licht entstehen Helligkeitsänderungen am Ende des Lichtleiters. Diese werden gemessen und als Maß für Unregelmäßigkeiten im Verbrennungsablauf des Motors ausgewertet. Der Lichtleiter ist in den Weichstoff der Dichtung eingebaut, derart, daß er auf der einliegenden metallischen Trägerplatte aufliegt. Die vom Trägerblech abstehenden Verankerungszungen können dabei, um den aufliegenden Glasfaser-Lichtleiter-Sensor nicht zu zerstören, nur nach einer Richtung vom Trägerblech abstehen, so daß der Lichtleitersensor auf einem glatten Trägerblech aufliegt. Üblicherweise aber stehen die vom Trägerblech ausgehenden Verankerungszungen nach beiden Seiten ab, damit die auf beiden Seiten aufliegenden Weichstoffschichten ausreichend am Trägerblech befestigt werden. Ein solches Trägerblech mit beidseitig abstehenden Verankerungszungen kann folglich nicht verwendet werden, so daß eine Weichstoffschicht unter Beeinträchtigung der Funktion nicht ausreichend befestigbar ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Zylinderkopfdichtung dahingehend zu verbessern, daß eine einfache und störungssichere Befestigung der Meßvorrichtung ermöglicht wird.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Zylinderkopfdichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Im motorischen Betrieb verändert sich durch Unregelmäßigkeiten im Verbrennungsablauf, wie vor allem durch Motorklopfen und Motoraussetzer, der auf den Lichtwellenleiter wirkende Druck in charakteristischer Weise und erzeugt innerhalb der Glasfaser, aus der der Lichtwellenleiter besteht, Veränderungen der Spannungsdoppelbrechung. Das durch den Lichtwellenleiter fließende Licht verändert seinen Polarisationszustand; der Polarisationszustand des Lichtes wird im nachgeschalteten Analysator angezeigt und die gemessene Polarisationsänderung des Lichtes kann zur Kontrolle des Verbrennungsablaufs im Motor und gegebenenfalls zur Regelung des Verbrennungsablaufs im Motor herangezogen werden.

Die Anordnung der Lichtwellenleiter auf der Zylinderkopfdichtung kann auf den Anwendungsfall bezogen variiert werden. Bei Zylinderkopfdichtungen für Reihenmotoren mit mehreren in Reihe angeordneten Brennraumöffnungen ist bevorzugt jeder Brennraumöffnung ein Lichtwellenleiter zugeordnet, der entweder die Brennraumöffnung ringförmig umgebend oder als gerade Meßstrecke der jeweiligen Brennraumöffnung benachbart zugeordnet ist. Im Sinne der Erfindung kann ein Lichtwellenleiter als gerade Meßstrecke zwei Brennraumöffnungen oder mehr zugeordnet sein, oder es kann nur ein Teil der Brennraumöffnungen mit den erfindungsgemäßen Meßvorrichtungen ausgerüstet sein. Die Enden der Lichtwellenleiter sind bevorzugt über den Rand der Dichtung geführt, so daß außerhalb der Dichtung Lichtquelle und Polarisator sowie Analysator und zugehörige Auswerteinrichtungen angeordnet sind.

Die Lichtwellenleiter sind bevorzugt auf der dem Zylinderkopf zugewandten Zylinderkopfseite angeordnet, da hier geringere Temperaturen auftreten. Im Normalfall genügt es, wenn die Lichtwellenleiter nur auf der Dichtfläche aufliegend angeordnet sind, da durch die kleinen Durchmesser der Lichtwellenleiter das Abdichtverhalten der Dichtung allenfalls nur gering beeinflußt wird. Wenn der Dichtpressungsdruck auf den Lichtwellenleitern zu groß wird, ist es möglich, die Lichtwellenleiter in Nuten auf der Zylinderkopfdichtung so anzuordnen, daß sie nur zu einem Teil aus der Nut herausragen und nur zu einem Teil vom Dichtpressungsdruck belastet werden.

Im Sinne der Erfindung ist es gleichermaßen möglich, herkömmliche Weichstoffflachdichtungen mit vor allem Weichstoffschichten aus Faservliesmaterialien oder Graphit oder Metalldichtungen mit den erfindungsgemäßen Meßvorrichtungen auszurüsten. Der Lichtwellenleiter und die mit dem Lichtwellenleiter verbundene Lichtquelle, der Polarisator und der Analysator einschließlich der elektronischen Meßvorrichtungen sind handelsüblich. Da herkömmliche, handelsübliche Lichtleitfasern bereits eine druckabhängige Spannungsdoppelbrechung und damit druckabhängige Polarisationsänderungen des Lichtstroms hervorrufen, können herkömmliche Lichtleitfasern als Lichtwellenleiter eingesetzt werden. Bevorzugt werden aber Lichtleitfasern aus speziellen Glassorten mit hoher druckabhängiger Änderung der Spannungsdoppelbrechung verwendet, die ebenfalls im Handel erhältlich sind.

Durch die Erfindung sind Zylinderkopfdichtungen mit Meßvorrichtungen zur Erfassung von durch einen unregelmäßigen Verbrennungsablauf in einer Verbrennungskraftmaschine erzeugten Druckschwankungen geschaffen, die einfach und störungssicher sind und die sich ohne Beeinträchtigung des Funktionsverhaltens bei kleinem Bauraum auf der Dichtung montieren lassen. Die verwendeten Lichtwellenleiter sind einfach und ihre Funktion wird durch die im Motor auftretenden Temperaturen nicht beeinträchtigt. Die verwendeten Lichtwellenleiter sind auf den Zylinderkopfdichtungen einfach zu montieren, und sie beeinflussen das Funktionsverhalten der Dichtung durch ihren kleinen Durchmesser nicht. Sie benötigen einen kleinen Bauraum, und sie können vor allem auch durch ihre einfache Montierbarkeit praktisch an jeder beliebigen Stelle der Dichtung anwendungsgerecht angeordnet werden. Dadurch können auch Seriendichtungen ohne wesentliche konstruktive Änderungen mit den erfindungsgemäßen Meßvorrichtungen nachgerüstet werden.

Die Erfindung wird durch die 3 Abbildungen näher erläutert, die Aufsichtsbilder auf verschiedene, mit den erfindungsgemäßen Meßvorrichtungen ausgerüstete Zylinderkopfdichtungen zeigen.

In Fig. 1 ist (1) eine Zylinderkopfdichtung für einen Reihenmotor mit vier in Reihe nebeneinander angeordneten Brennraumöffnungen (2). Um jede Brennraumöffnung (2) herum ist ein Lichtwellenleiter (3) geführt, dessen Enden (4, 5) über die Dichtung (1) hinausragen. Das Lichtwellenleiterende (5) ist mit einem Polarisator (6) verbunden, durch den von einer Lichtquelle (nicht dargestellt) ausgehendes Licht polarisiert und dann durch den Lichtwellenleiter (3) geschickt wird. Am anderen Ende (4) des Lichtwellenleiters (3) wird der Polarisationszustand des austretenden Lichtes mit Hilfe des Analysators (7) bestimmt. Druckänderungen am Lichtwellenleiter (3) durch Unregelmäßigkeiten im Verbrennungsablauf der Verbrennungskraftmaschine führen zu Änderungen des Polarisationszustandes des Lichtes. Diese Änderungen werden im Analysator (7) angezeigt und von dort zu Auswerteinrichtungen (nicht dargestellt) und Regeleinrichtungen (nicht dargestellt) für den Verbrennungsablauf des Motors weitergeleitet.

In Fig. 2 ist jeder Brennraumöffnung (2′) der Zylinderkopfdichtung (1) ein als gerade Meßstrecke angeordneter Lichtwellenleiter (8) zugeordnet. Die über die Dichtung (1′) hinausragenden Enden (9, 10) des Lichtwellenleiters (8) sind mit dem Polarisator (11) und dem Analysator (12) verbunden.

In Fig. 3 ist jeweils zwei Brennraumöffnungen (2′′) der Zylinderkopfdichtung (1′′) ein Lichtwellenleiter (13) als geradlinige Meßstrecke zugeordnet. In diesem Fall sind der Polarisator mit Lichtquelle (14) und der Analysator (15) in die Enden des Lichtwellenleiters integriert und ebenfalls auf der Dichtung (1′′) angeordnet. Der Meßvorgang in den Lichtwellenleitern (8, 13) der Fig. 2 und 3 erfolgt analog zum in Fig. 1 beschriebenen Meßvorgang.

Claims (7)

1. Zylinderkopfdichtung für eine Verbrennungskraftmaschine, mit mindestens einer Brennraumöffnung (2) und mit mindestens einem auf der Zylinderkopfdichtung (1) angeordneten Lichtwellenleiter (3) als Meßvorrichtung zur indirekten Erfassung des Brennraumdruckes der Verbrennungskraftmaschine, insbesondere zur Erkennung von vor allem durch Motorklopfen oder Motoraussetzer erzeugten Unregelmäßigkeiten im Verbrennungsablauf der Verbrennungskraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtwellenleiter (3) an seinem einen Ende (5) mit einem Polarisator (6) verbunden ist, über den polarisiertes Licht in den Lichtwellenleiter (3) eingekoppelt wird, und an seinem anderen Ende (4) mit einem Analysator (7) verbunden ist, durch den der Polarisationszustand des durch den Lichtwellenleiter (3) geflossenen Lichtes bestimmt wird, und daß der Lichtwellenleiter (3) auf der Dichtfläche der Zylinderkopfdichtung (1) aufliegend angeordnet ist.

2. Zylinderkopfdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtwellenleiter (3) auf der Zylinderkopfseite der Zylinderkopfdichtung (1) angeordnet ist.

3. Zylinderkopfdichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Brennraumöffnung (2) der Zylinderkopfdichtung (1) ein Lichtwellenleiter (3) zugeordnet ist.

4. Zylinderkopfdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtwellenleiter (3) die Brennraumöffnung (2) ringförmig umgibt (Fig. 1).

5. Zylinderkopfdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtwellenleiter (8) als geradlinige Meßstrecke an der Brennraumöffnung (2′) angeordnet ist (Fig. 2).

6. Zylinderkopfdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Lichtwellenleiter (13) zwei Brennraumöffnungen (2′′) zugeordnet ist (Fig. 3).

7. Zylinderkopfdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Analysator (7) mit einer elektronischen Auswertvorrichtung zur Auswertung der am Analysator (7) erhaltenen Meßergebnisse verbunden ist, über die der Verbrennungsablauf der Verbrennungskraftmaschine reguliert und eingestellt werden kann.