DE8030027U1

DE8030027U1 - Sensoranordnung

Info

Publication number: DE8030027U1
Application number: DE19808030027U
Authority: DE
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1980-11-11
Filing date: 1980-11-11
Publication date: 1981-03-19

Description

R. 6679

7.11. 1980 Wt/Hm

ROBERT BOSCH GMBH, TOOO STUTTGART 1

Seηsoranordnung
Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Sensoranordnung nach der Gattung des Hauptanspruches.

Es ist bekannt, die im Brennraum einer Brennkraftmaschine ablaufenden Verbrennungsvorgänge während des Betriebes der Brennkraftmaschine nach verschiedenen Gesichtspunkten unter Erfassung verschiedenartiger physikalischer Parameter zu erfassen. Hierzu gehört beispielsweise die Erfassung der zeitlichen und räumlichen Ausbreitung des Verbrennungsvorganges, die Erfassung des Zündzeitpunktes, die Erfassung von Eins"pritzvorgängen sowie die Ausmessung von irregulären Verbrennungen.

Zu diesen irregulären Verbrennungen gehört das sogenannte "Klopfen", das bei Brennkraftmaschinen unter' bestimmten Arbeitsbedingungen auftritt. Man versteht hierunter tonfrequente Schwingungen des komprimierten

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Kraftstoff-Luft-Gemisches, die durch eine Stoßwelle ausgelöst werden. Während dieser Schwingungen ist der Wärmeübergang an Kolben- und Zylinderwänden der Brennkraftmaschine stark erhöht. Dies hat eine schädliche thermische Überlastung dieser Flächen zur Folge, so daß das Klopfen grundsätzlich zu vermeiden ist. Da man jedoch andererseits bestrebt ist, den zur Verfügung stehenden Arbeitsbereich der Brennkraftmaschine möglichst weitgehend auszunutzen, ist es erforderlich, Mittel vorzusehen, die das Klopfen frühzeitig und sicher anzeigen, um auf diese Weise eine Regelung der Brennkraftmaschine realisieren zu können, bei der die Brennkraftmaschine stets kurz unterhalb der Klopfgrenze betrieben wird.

Zu diesem Zweck ist eine Vielzahl von Sensoren bekanntgeworden bzw. vorgeschlagen worden. So ist beispielsweise aus der DE-OS 28 01 969 ein Sensor bekannt, bei dem mit Hilfe eines piezoelektrischen Schwingelementes als Biegeschwinger ein resonantes System gebildet wird, das daß Klopfen der Brennkraftmaschine anzuzeigen vermag. Ein Nachteil dieser bekannten Anordnung ist, daß die mechanische Wirkungsweise nicht frei von Störungen, insbesondere bei starken Stoßen im Kraftfahrzeug ist.

Andererseits ist es bekannt, den Verbrennungsvorgang in einer Brennkraftmaschine mit optischen Mitteln zu beobachten und zu messen. So ist beispielsweise in der Motortechnischen Zeitschrift, 39 (1978), Seite 385 ein spektrometrisches Meßverfahren zur Untersuchung der Verbrennung im Dieselmotor beschrieben, bei dem ein Quarzfenster in der Brennraumwand angebracht ist, durch das eine spektrometrische Beobachtung der Verbrennungsvorgänge möglich ist. Weiterhin ist es aus der DE-OS 27 01 777 bekannt, einen lichtempfindlichen Sensor im Brennraum anzuordnen,

auf den ein Laserstrahl trifft, der zuvor die Mündung einer Einspritzdüse tangiert hat, um auf diese Weise die Spritzzeit an Einspritzventilen zu messen. Aus der Rev. Tech. Automob. 1979, Seiten 89, 90 ist noch ein optischer Analysator bekannt, der an die Stelle der Zündkerzen einer Brennkraftmaschine eingeschraubt wird, um eine kalorometrische Analyse des Kraftstoff-Luft-Gemisches durchzuführen. Schließlich ist auf einer Arbeitskreissitzung "Kohlenwasser stoff emission" der Forschungsvereinigung Verbrennungskraftmaschinen e.V. am 10.10.1979 in Aachen im Referat von Spicher eine Anordnung erläutert worden, bei der die Flammenausbreitung im Brennraum der Brennkraftmaschine mit Hilfe von Lichtleitern, die in die Zylinderwand eingeschraubt werden und nachgeschalteten Fotodioden erfaßt wird.

Weiterhin ist in der deutschen Patentanmeldung P 30 01 7II.9 vorgeschlagen worden, die beim Klopfen einer Brennkraftmaschine auftretenden Schwingungen durch an sich bekannte optische Aufnehmer zu messen, wobei vorzugsweise als Lichtleiter Glasstäbe oder Lichtleitkabel verwendet werden, die vorzugsweise in eine Zündkerze integriert, an eine Vorkammer angeschlossen oder in eine Zylinderkopfdichtung eingesetzt werden.

Eines der Probleme, die auftreten, wenn'physikalische Parameter des Brennraums mit optischen Mitteln erfaßt werden, ist, daß der dem Brennraum zugewandte optische Aufnehmer, d.h. der Glasstab, das Faserkabel oder dgl., bei längerer Betriebsdauer stark verschmutzt, so daß eine Messung unter Umständen bereits nach kurzer Zeit nicht mehr möglich ist. Es ist daher in der deutschen Patentanmeldung P 30 11 569.6 vorgeschlagen worden,

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das brennraumseitige "Fenster" mit einer face+tenartigen Oberfläche zu versehen, so daß diese Oberfläche durch die Brenngase während der Verbrennungsvorgänge freigespült wird.

Es ist weiterhin in der deutschen Patentanmeldung P 30 11 570.9 vorgeschlagen worden, vor den brennraumseitigen "Fenster" ein Vorvolumen anzuordnen, in dem vorzugsweise eine Zusatzheizung zur Verbrennung von Verbrennungsrückständen angeordnet ist.

Bei diesen Anordnungen ergibt sich das gemeinsame Problem, daß normale Gläser nur im "kalten", d.h. brennraumabgewandten Bereich des Sensors eingesetzt werden dürfen, da sie anderenfalls anschmelzen. Da diese Gläser jedoch weiterhin den Verbrennungsgasen ausgesetzt sind, schlagen sich die Verbrennungsrückstände vorzugsweise an der "kalten" Oberfläche des Fensters nieder. Der Vorteil dieser normalen Gläser ist andererseits jedoch, daß sich eingeschmolzene Fenster als dicht- und druckbeständig erweisen. Demgegenüber sind Lichtleiter aus Quarzglas zwar temperaturbeständig, lassen sich jedoch nicht in übliche Sensorgehäuse einschmelzen.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Sensoranordnung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruches hat demgegenüber den Vorteil, daß eine optische Messung von physikalischen Vorgängen im Brennraum der Brennkraftmaschine mit nur geringer Verschmutzung des Sensor-"Fensters" möglichwird.

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Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung
näher erläutert. Es zeigen: Figur 1 einen Querschnitt
durch ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen
Sensoranordnung; Figur 2 einen Ausschnitt aus dem Querschnitt gemäß Figur 1 entsprechend einer ersten Variation des Ausführungsbeispieles; Figur 3 einen Ausschnitt aus
den Querschnitt entsprechend Figur 1 gemäß einer zweiten Variation des Ausführungsbeispiels.

Beschreibung des Ausführungsbeispieles

In Figur 1 ist mit 10 ein Ausführungsbeispiel einer
erfindungsgemäßen Sensoranordnung bezeichnet. Die Sensoranordnung ist dabei in einem zündkerzenartigen Gehäuse 11 untergebracht, das brennraumseitig ein übliches Gewinde 11a aufweist. Auf der brennraumabgewandten Seite ist ein weiteres Gewinde 11b angeordnet, über das die
Sensoranordnung 10 in an sich bekannter Weise mit einem
Lichtleiter verbunden werden kann. Im brennraumabgewandten Teil der Sensoranordnung 10 ist ein eingeschmolzenes Fenster 12 aus Normalglas angeordnet, während sich im brennraümseitigen Teil der Sensoranordnung 10 ein zum Fenster 12 gleichachsig angeordneter Quarzglasstab 13
befindet. Fenster 12 und Quarzglasstab 13 sind über eine elastische Verbindung in Gestalt eines Ringes 1k distanziert. Der Ring 1h übernimmt außerdem die Abdichtung der Übergangsstelle zwischen Quarzglasstab 13 und Fenster 12 gegen eine Ausfütterung 15 zwischen Quarzglasstab 13
und Innenwand des Gehäuses 11, die aus wärme- und druck-

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"beständigem Pulver, "beispielsweise Talkum, Graphit oder Spinell "besteht. Die Ausfütterung 15 kann bei der Montage von der Brennraumseite her eingefüllt und zusammengepreßt werden. Den Abschluß zum Brennraum bildet ein Ringteil 16, das in das Gehäuse 11 eingedrückt, verschweißt oder verlötet wird. Beim Einschieben des Ringteiles 16 schiebt dieses einen Dichtring 17 vor sich her, so daß im zusammengeschobenen Zustand auch eine Dichtung der Ausfütterung 15 gegenüber der brennraumseitigen Wand besteht. Der Innendurchmesser des Ringteils 16 ist so bemessen, daß er deutlich größer ist als der Durchmesser :der :Quarzglasstabes 13. Hierdurch verbleibt zwischen Quarzglasstab 13 und Ringteil 16 ein Spalt 18. Der Spalt 18 ist dabei so dimensioniert, daß der Wärmewert des Quarzglasstabes 13 entsprechend den jeweiligen Bedürfnissen hinsichtlich der Preihaltung von Verschmutzungen durch Verbrennungsrückstände eingestellt ist.

Zum Betrieb der Sensoranordnung 10 wird diese mit dem Gewinde 11a in den Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine eingeschraubt. Der Quarzglasstab 13 ist nun mit seinem einen Ende dem Brennraum zugewandt bzw. ragt etwas in diesen hinein. Das bei der Zündung bzw. Verbrennung des Gasgemisches im Brennraum entstehende Licht wird nun über den Quarzglasstab 13, durch den Ring 1 ^ hindurch in das Fenster 12 übertragen, von wo es vorzugsweise über ein Lichtleitfaserkabel, das in der oben beschriebenen Weise vermittels des Gewindes 11b angeschraubt wurde, in eine Auswerteanordnung übertragen wird.

Bei der in Figur 2 dargestellten Abwandlung des Ausführungsbeispiels gemäß Figur 1 ist an einer Seite der Ausfütterung, im dargestellten Beispiel an der dem Fenster 12 zugewandten Seite, ein Federteil 19 vorgesehen, das thermisch bedingte Veränderungen des Volumen der Ausfütterung 15 auffängt.

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Bei der in Figur 3 dargestellten weiteren Abwandlung des Ausführungsbeispiels gemäß Figur 1 ist der Quarzglasstat 13 mit einem Wulst 13a versehen, durch den eine verbesserte Haftung des Quarzglasstabes 13 in der Ausfütterung 15 erzielt wird. Eine weitere Möglichkeit der Haftungsverbesserung Gesteht darin, daß auf die Mantelfläche des Quarzglasstabes 13 eine Pulverteschichtung aufgebracht wird.

Insgesamt hat das vorstehend beschriebene erfindungsgemäße Ausführungsbeispiel den Vorteil, daß einmal ein druck- und gasfestes Einschmelzfenster Verwendung findet, während andererseits dem Brennraum ein Quarzglasstab zugewandt ist, der durch entsprechende Erwärmung frei von Verbrennungsrückständen gehalten werden kann und dessen elastische Montage in der Geberanordnung eine genaue Bearbeitung des Quarzglasstabes während der Montage entbehrlich macht, da für das beschriebene Ausführungsbeispiel lediglich ein Abbrechen des Quarzglasstabes auf die jeweils erforderliche Länge vonnöten ist. Damit ergibt sich insgesamt ein kostengünstig zu fertigender optischer Brennraumsensor, der andererseits eine hohe Betriebssicherheit in Hinblick auf Druck- und Gasfestigkeit sowie Unempfindlichkeit gegen Verschmutzungen aufweist.

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T . 11.1980 Wt/Hm

ROBERT BOSCH GMBH, TOOO STUTTGART 1

Sensoranordnung
Zusammeηfas sung

Es wird eine Sensoranordnung zur Erfassung von physikalischen Vorgängen im Brennraum einer Brennkraftmaschine vorgeschlagen. Der Sensor ist vorzugsweise in einem zündkerzenartigen Schraubgehäuse angeordnet und weist einen dem Brennraum zugewandten Lichtleiter auf. Der Lichtleiter ist dabei als Quarzglasstab ausgebildet, der gleichachsig zu einem an der brennraumabgewandten Seite des Sensors angeordneten eingeschmolzenen Fensters angeordnet ist. Der Sensor kann in vorteilhafter Weise zur Messung des Klopfens einer Brennkraftmaschine eingesetzt werden.

Claims

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7.11. I98O Wt/Hm

ROBERT BOSCH GMBH₅ 7OOO STUTTGART 1

Ansprüche

1. Sensoranordnung zur Erfassung von physikalischen Vorgängen im Brennraum einer Brennkraftmaschine mit wenigstens einem, dem Brennraum zugewandten, in^einem vorzugsweise zündkerzenartigen Schraubgehäuse angeordneten Lichtleiter, dadurch^ gekennzeichnet, daß der Lichtleiter aus einem ersten, auf der brennraumabgewandten Seite angeordneten und als in das Gehäuse (11) eingeschmolzenes Fenster (12) ausgebildeten Anschnitt sowie aus, einem zweiten, dem Brennraum zugewandten und als Quarzglasstab (13) ausgebildeten Abschnitt besteht, wobei das Fenster (12) und der Quarzglasstab (13) gleichachsig angeordnet sind.

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2. Sensoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Fenster (12) und Quarzglasstab (13) ein elastischer Ring (1^) angeordnet ist.

3· Sensoranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Quarzglas stab (13) brennraumseitig in einem Ringteil (16) elastisch gehalten ist.

k. Sensoranordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Quarzglasstab (13) im Abschnitt zwischen Ringteil (16) und elastischem Element im Gehäuse (11) von einer Ausfütterung (15)» vorzugsweise Graphit, Talkum oder Spinel umgeben ist.

5. Sensoranordnung nach Anspruch k, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausfütterung (15) an wenigstens einem Ende durch ein Federteil (19) abgegrenzt ist.

6. Sensoranordnung nach Anspruch k oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Quarzglasstab (13) im Bereich der Ausfütterung (15) einen Wulst (13a) aufweist.

7. Sensoranordnung nach einem der Ansprüche h bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Quarzglasstab (13) im Bereich der Ausfütterung (15) an seiner Mantelfläche mit einer Pulverbeschichtung versehen ist.