ES2233103T3 - Diospositivo para la supervision del proceso de combustion en motores de combustion. - Google Patents
Diospositivo para la supervision del proceso de combustion en motores de combustion.Info
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Abstract
Dispositivo para la supervisión del proceso de combustión en motores de combustión interna, con un componente que se puede introducir en una cámara de combustión, que presenta una guía de ondas de luz para radiación electromagnética, caracterizado porque la guía de ondas de luz (12, 13) está formada por la superposición periférica de diferentes capas (14, 15, 16) transparentes en la zona de longitudes de ondas visibles y/o infrarrojas con diferente índice de refracción.
Description
Dispositivo para la supervisión del proceso de
combustión en motores de combustión.
En motores de combustión, especialmente en
motores Diesel, la dinámica de la combustión juega un papel
importante desde hace mucho tiempo con el objetivo de conseguir
buenas características del motor. A este respecto, son ventajosos un
control lo más exacto posible del instante óptimo del encendido así
como una dosificación lo más exacta posible de la cantidad de
combustible, que se inyecta a través de la instalación de inyección.
En los desarrollos más recientes de motores han sido mejoradas
adicionalmente las posibilidades de intervenir con efecto de control
sobre la dinámica de la combustión.
La supervisión del proceso de combustión tiene
lugar hasta ahora a través del control de los valores de los gases
de escape. Las sondas Lavda, que se comercializan sobre todo en
combinación con catalizadores regulares, detectan la composición del
gas de escape, a partir de lo cual se sacan conclusiones sobre el
proceso de la combustión. Sobre la base de estas informaciones se
puede intervenir con efecto de regulación en el control del
motor.
Esta forma de la supervisión de la combustión
tiene el inconveniente de que no tiene lugar directamente en la
cámara de combustión, con lo que resulta un cierto tiempo de retraso
entre el proceso de la combustión que tiene lugar en cada caso, la
detección de las informaciones necesarias a partir del análisis de
los gases de escape y la intervención reguladora siguiente en el
control del motor. Además, la investigación de los gases de escape
tiene el inconveniente de que en el análisis de los gases de escape
se promedia sobre los procesos de la combustión que tienen lugar en
diferentes cámaras de combustión, es decir, que tienen lugar en los
motores de combustión convencionales en diferentes cilindros. No es
posible una consideración diferenciada de los procesos de combustión
individuales, especialmente también de los cilindros individuales, a
través de la investigación de los gases de escape según el estado de
la técnica.
Se conoce a partir del documento
US-A-4 444 169 una bujía de
encendido, en la que paralelamente a un electrodo central está
conducida una guía de ondas de luz de cuarzo en la zona de la chispa
disruptiva de la bujía de encendido, para observar de esta manera el
proceso de la combustión encendido por la bujía de encendido. Con la
ayuda de la señal derivada a través de la guía de ondas de luz y de
un sensor conectada conectado a continuación se pueden sacar
conclusiones sobre la composición del gas de la combustión
alimentado a la cámara de combustión.
Además, se conoce a partir del documento
US-A-4 774 834 un sensor para un
motor de combustión interna. Este sensor contiene un elemento
sensible a la radiación, que está acoplado, en uso, a través de una
vía de transmisión de la radiación, con una cámara de combustión de
un motor de combustión interna con combustión interna, de tal forma
que se suministra una señal cuando tiene lugar una combustión en la
cámara de combustión.
El cometido de la invención es proponer un
dispositivo para la supervisión de la combustión, que posibilita la
supervisión de procesos de combustión en cámaras de combustión
individuales utilizando un componente, cuya estructura pone a
disposición las propiedades ópticas necesarias. Este cometido se
soluciona por medio de la combinación de características de la
reivindicación 1.
Por medio de las características mencionadas en
las reivindicaciones dependientes son posibles formas de realización
ventajosas y desarrollos de la invención.
De acuerdo con ello, un dispositivo de
supervisión según la invención se caracteriza porque una guía de
ondas de luz para radiación electromagnética es integrada en un
componente que se introduce en una cámara de combustión de un motor
de combustión. Esta medida posibilita observar la radiación
electromagnética que se produce durante la combustión fuera de la
cámara de combustión y obtener de acuerdo con ello informaciones
para la dinámica del proceso de combustión.
Con preferencia, se analiza en este caso la
radiación que se produce en la región visible o infrarroja y se
adapta la guía de ondas de luz de una manera correspondiente a esta
región de la longitud de ondas. Puesto que durante la combustión se
producen temperaturas muy altas, la porción principal del espectro
de radiación emitido en la cámara de combustión a través del gas
comprimido caliente se encuentra en la zona de longitudes de onda
mencionada.
Por lo tanto, en esta zona de longitudes de onda
están presentes las intensidades máximas de la radiación emitida,
que pueden ser detectadas a través de un sensor en la salida de la
guía de ondas de luz. La intensidad de la radiación emitida puede
ser registrada con una resolución de tiempo, a partir de lo cual se
pueden sacar ya conclusiones importantes sobre la dinámica de la
combustión. Especialmente se pueden reconocer, por ejemplo, el
instante del encendido así como la duración de la inyección del
combustible. También a través del combustible inyectado se puede
hacer una declaración en virtud de una distribución de la intensidad
de este tipo.
En un desarrollo de la invención, se dispone un
sensor adecuado para el análisis de frecuencia en la salida de la
guía de ondas de luz. A través de análisis de la frecuencia del
espectro de emisión en el interior de la cámara de combustión se
puede realizar una declaración exacta sobre la temperatura de reina
allí. Los pirómetros convencionales trabajan de la misma manera
según este principio. Con la ayuda de una instalación de sensor de
este tipo en combinación con la guía de ondas de luz según la
invención se puede detectar, por lo tanto, la curva de la
temperatura en el interior de la cámara de combustión con una
resolución de tiempo.
De una manera preferida, se integra la guía de
ondas de luz en un componente que se introduce en la cámara de
combustión y que está presente de todos modos en los motores
conocidos. A este respecto, en los motores Otto se contemplan, por
ejemplo, las bujías de encendido o en los motores Diesel las bujías
de incandescencia.
Con preferencia, se selecciona el material de la
guía de ondas de luz de tal forma que está presente esencialmente el
mismo coeficiente de dilatación térmica que en el material
adyacente. Puesto que en el interior del motor de combustión pueden
predominar al menos temporalmente temperaturas muy altas, en los
motores Diesel entre 900ºC y 1000ºC, se garantiza a través de la
selección del material mencionada que sean mínimas las tensiones que
se producen en los límites del material, de manera que se garantiza
una conexión duradera buena entre la guía de ondas de luz y el
material adyacente. Una buena unión del material es absolutamente
necesaria para garantizar la hermeticidad del componente, por
ejemplo de la bujía de encendido.
En un desarrollo de la invención, se fabrica el
componente de material cerámico. Sobre todo en el caso de bujías de
incandescencia, los desarrollos más recientes tienden ya sin más a
seleccionar una estructura de material cerámico, puesto que, además
de la alta resistencia a la temperatura, se pueden realizar de esta
manera también bujías de incandescencia con tiempo de reacción más
rápido y con una duración de vida útil más larga.
La utilización de materiales cerámicos es
ventajosa también en la realización de una guía de ondas de luz
según la invención, puesto que muchos vidrios útiles como guías de
ondas de luz presentan una dilatación térmica similar, de manera que
se simplifica la integración de la guía de ondas de luz en el
componente correspondiente.
En una forma de realización especial de la
invención, se incrusta una guía de ondas de luz convencional en el
material de una bujía de incandescencia. Tales guías de ondas de luz
en forma de cable o en forma de barra se pueden adquirir en el
comercio y, por lo tanto, están disponibles sin problemas. También
se contemplan fibras conductoras de luz o haces de fibras. En todos
los casos se garantiza la función de guía de ondas de luz a través
de la disposición de material con índice de refracción variable, de
manera que se lleva a cabo una conducción de la luz en la dirección
longitudinal de la guía de ondas de luz.
La incrustación de la guía de ondas de luz se
puede realizar a este respecto o bien en una capa conductora de
corriente o, en cambio, también en una capa de aislamiento. Esto se
decide de una manera preferida de forma específica de la aplicación
según los materiales que están presentes en una bujía de encendido
respectiva así como según el material de la guía de ondas de luz, de
manera que la incrustación es posible sin problemas en virtud de
estas propiedades del material.
Como ya se ha mencionado varias veces, en el
interior de la cámara de combustión predominan temperaturas altas.
Al menos el extremo de la guía de ondas de luz, que se proyecta en
el interior de la cámara de combustión, debe resistir estas
temperaturas. Esto puede plantear problemas en determinadas
circunstancias en las guías de ondas de luz en venta actualmente en
el comercio. En este caso, por ejemplo, el extremo delantero de la
guía de ondas de luz, es decir, el extremo que se proyecta en la
cámara de combustión, se puede disponer de tal forma que no
desemboca en la zona de la punta de la bujía de incandescencia, sino
que está dispuesto más atrás. La carga de la temperatura de la bujía
de encendido se reduce desde la punta que se proyecta hacia el
interior hacia el extremo trasero.
De una manera ventajosa, la información obtenida
con el dispositivo de supervisión según la invención es utilizada
para la regulación activa de un motor de combustión. A tal fin, se
prevé una unidad de regulación para la regulación de diferentes
parámetros de control del motor. Así, por ejemplo, el instante del
encendido se puede realizar sobre la base de la señal del sensor que
es recibida en la salida de la guía de ondas de luz. Además, por
ejemplo, la cantidad de inyección y/o también la curva de tiempo de
la inyección del combustible se pueden controlar sobre la base de
esta señal del sensor.
Por último, también puede tener lugar un control
de la instalación de aspiración de aire a través de la unidad de
regulación sobre la base de una señal de sensor de este tipo.
Todos los parámetros de control conocidos o
futuros para influir sobre la curva característica del motor se
pueden regular de una manera óptima en último término con la ayuda
del dispositivo de supervisión según la invención.
Además, con el dispositivo de supervisión se
puede controlar también la función de componentes del motor, por
ejemplo de los inyectores de combustible. Una función perfecta de
los inyectores de combustible tiene una importancia decisiva para la
duración de vida útil del motor. Una inyección de combustible
demasiado larga o que tiene lugar en el instante erróneo puede
conducir al recalentamiento y, por lo tanto, a un defecto del motor.
A través del dispositivo de supervisión según la invención se puede
reconocer de esta manera en el momento oportuno una función errónea
de un inyector de combustible y se puede substituir ésta o
reparar.
En principio, son concebibles todos los procesos
de control, con la ayuda de la unidad de supervisión según la
invención, que son accesibles en virtud de la información
registrada. Por ejemplo, también sería concebible una supervisión de
la compresión del motor en virtud de las temperaturas interiores
registradas en la cámara de combustión.
Ejemplo de
realización
Un ejemplo de realización de la invención se
representa en el dibujo y se explica en detalle a continuación con
la ayuda de las figuras.
En particular:
La figura 1 muestra una sección longitudinal
esquemática a través de una bujía de encendido con una unidad de
supervisión según la invención.
La figura 2 muestra una vista trasera de una
bujía de encendido según la figura 1.
La figura 3 muestra otra forma de realización de
una bujía de encendido según la invención.
La figura 4 muestra una tercera forma de
realización de una bujía de encendido según la invención y
La figura 5 muestra una ampliación del fragmento
identificado con V en la imagen de la figura 4.
El dispositivo de supervisión 1 según la figura 1
está integrado en una bujía de incandescencia 2, que está
constituida por 2 capas conductoras 3, 4 así como por una capa de
aislamiento intermedia 5. En el presente caso está incrustada una
guía de ondas de luz 6 en la capa conductora 3. Desemboca en la zona
de la punta de la bujía de incandescencia 7.
Una carcasa 8 de la bujía de incandescencia está
indicada en la zona trasera de la bujía de incandescencia 2 y está
aislada por medio de una capa de aislamiento 9 frente a la capa
conductora 4.
A través de dos superficies de contacto 10, 11 se
contacta con las superficies conductoras 3, 4, siendo conectada en
el presente caso la capa conductora 3 a través de la superficie de
contacto 11 con la masa del motor.
La estructura según la figura 3 corresponde
esencialmente al ejemplo de realización descrito anteriormente,
estando incrustada ahora la guía de ondas de luz 6 en el interior de
la capa de aislamiento 5.
En cambio, en la forma de realización según la
figura 4, la guía de ondas de luz 12 está constituida en el lado
periférico por una estructura de capas 13. Esta estructura de capas
13 está representada a modo de ejemplo en una representación
ampliada en la figura 5. Está constituida por tres capas de vidrio
14, 15, 16. El vidrio es seleccionado en cada caso de tal forma que
en la superficie límite entre las capas de vidrio exteriores 15, 16
hacia la capa de vidrio interior 14 tiene lugar una reflexión total.
De esta manera se conduce luz en el interior de la capa de vidrio 14
con respecto a la representación según la figura 4 en la dirección
izquierda hacia el extremo trasero de la bujía de incandescencia
(ver la flecha). La guía de ondas de luz 11 está dispuesta en este
ejemplo de realización en cierto modo como tubo exterior alrededor
de la bujía de incandescencia 2.
- 1
- Dispositivo de supervisión
- 2
- Bujía de incandescencia
- 3
- Capa conductora
- 4
- Capa conductora
- 5
- Capa de aislamiento
- 6
- Guía de ondas de luz
- 7
- Punta de la bujía de incandescencia
- 8
- Carcasa de la bujía de incandescencia
- 9
- Aislamiento
- 10
- Superficie de contacto
- 11
- Superficie de contacto
- 12
- Guía de ondas de luz
- 13
- Estructura de capas
- 14
- Capa de vidrio
- 15
- Capa de vidrio
- 16
- Capa de vidrio
Claims (13)
1. Dispositivo para la supervisión del proceso de
combustión en motores de combustión interna, con un componente que
se puede introducir en una cámara de combustión, que presenta una
guía de ondas de luz para radiación electromagnética,
caracterizado porque la guía de ondas de luz (12, 13) está
formada por la superposición periférica de diferentes capas (14, 15,
16) transparentes en la zona de longitudes de ondas visibles y/o
infrarrojas con diferente índice de refracción.
2. Dispositivo según la reivindicación 1,
caracterizado porque en la salida de la guía de ondas de luz
(6, 12) está previsto un sensor para la detección de la intensidad
de la radiación entrante.
3. Dispositivo según una de las reivindicaciones
anteriores, caracterizado porque en la salida de la guía de
ondas de luz (6, 12) está previsto un sensor adecuado para el
análisis de la frecuencia de la radiación entrante.
4. Dispositivo según una de las reivindicaciones
anteriores, caracterizado porque el componente que se
introduce en la cámara de combustión es una bujía de incandescencia
(2) o una bujía de encendido.
5. Dispositivo según una de las reivindicaciones
anteriores, caracterizado porque el material de la guía de
ondas de luz (6, 12) presenta un coeficiente de dilatación térmica,
que está adaptado al coeficiente de dilatación térmica del material
adyacente.
6. Dispositivo según una de las reivindicaciones
anteriores, caracterizado porque el componente (2), que se
introduce en la cámara de combustión comprende material
cerámico.
7. Dispositivo según una de las reivindicaciones
anteriores, caracterizado porque la guía de ondas de luz (6,
12) está incrustada en el material del componente (2) que se
proyecta en el interior de la cámara de combustión.
8. Dispositivo según una de las reivindicaciones
anteriores, caracterizado porque la guía de ondas de luz (6)
está incrustada en una capa conductora (3, 4) y/o en una capa de
aislamiento (5) e una bujía de incandescencia (2).
9. Dispositivo según una de las reivindicaciones
anteriores, caracterizado porque está prevista una unidad de
regulación para la regulación del instante de encendido sobre la
base de la señal del sensor tomada en la salida de la guía de ondas
de luz (6, 12).
10. Dispositivo según una de las reivindicaciones
anteriores, caracterizado porque está prevista una unidad de
regulación para la regulación de la cantidad de inyección y/o de la
curva de tiempo de la inyección del combustible sobre la base de la
señal del sensor tomada en la salida de la guía de ondas de luz (6,
12).
11. Dispositivo según una de las reivindicaciones
anteriores, caracterizado porque está prevista una unidad de
regulación para la regulación de la instalación de aspiración de
aire sobre la base de la señal del sensor tomada en la salida de la
guía de ondas (6, 12).
12. Dispositivo según una de las reivindicaciones
anteriores, caracterizado porque está prevista una unidad de
supervisión para la supervisión de componentes el motor sobre la
base de la señal del sensor tomada en la salida de la guía de ondas
de luz (6, 12).
13. Dispositivo según una de las reivindicaciones
anteriores, caracterizado porque la unidad de supervisión
está prevista para la supervisión de la función de inyectores de
combustible.
Applications Claiming Priority (2)
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| DE19846356A DE19846356A1 (de) | 1998-10-08 | 1998-10-08 | Vorrichtung zur Überwachung des Verbrennungsvorgangs in Verbrennungsmotoren |
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