JP2002527664A - 内燃機関の燃焼プロセスを監視するための装置 - Google Patents

内燃機関の燃焼プロセスを監視するための装置

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Abstract

(57)【要約】 内燃機関の燃焼プロセスを監視するための装置において、個々の燃焼プロセス、特に個々の燃焼室に関連した直接的な監視が可能である。このことは、燃焼室内に突入する構成要素（２）内に統合された光波導体（６，１２）によって得られる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 従来の技術 内燃機関においては、特にディーゼル機関においてはかなり以前から、良好な
機関特性を得るために燃焼ダイナミック（Verbrennungsdyanamik）が極めて重要
である。この場合、最良の点火時点のできるだけ正確な制御並びに噴射装置によ
って噴射される燃料量のできるだけ正確な調量が利点として挙げられる。最近の
機関開発においては、制御して燃焼ダイナミックに影響を及ぼすという可能性が
一層改善されている。
【０００２】 従来燃焼プロセスの監視は、排ガス値のコントロールによって行われた。特に
調整された触媒コンバータと関連して流通し始めたラムダセンサ（Ｏ２・センサ
）は、排ガスの組成を検出し、このことから燃焼プロセスについて逆推論された
。この情報をベースに調整されて機関制御手段に影響が及ぼされた。
【０００３】 前記の燃焼監視形式の欠点は、燃焼監視が燃焼室内で直接行われないというこ
とにある。これによって、その都度行われる燃焼プロセスと、排ガス分析からの
所要の情報の検出と、次いで行われる機関制御手段への調整作用との間にある程
度の遅れ時間が生ずる。更に排ガス検査の欠点は、異なる燃焼室内、つまり従来
の内燃機関の場合異なるシリンダ内で行われる燃焼プロセスに関し排ガス分析の
際に平均化されることにある。個々の燃焼プロセス、特に個々のシリンダの区分
化された考察は、従来の排ガス検査によっては不可能である。
【０００４】 本発明の利点 従って本発明の課題は、燃焼を監視する装置を改良して、上述の遅れ時間を短
縮しかつ個々の燃焼プロセスを、特に個々の燃焼室に従って区分化して監視でき
るようにすることにある。
【０００５】 前記課題は、冒頭に述べた形式の従来技術から出発して、請求項１の特徴部分
に記載の本発明の構成によって解決された。
【０００６】 その他の請求項に記載の特徴によって、本発明の有利な構成及び改良が得られ
る。
【０００７】 それ故本発明による監視装置は、電磁ビーム用の光波導体が、内燃機関の燃焼
室内に案内される構成要素内に統合されることを特徴としている。前記構成によ
って、燃焼中に生ずる電磁ビームが燃焼室外部で監視できかつこれに相応して燃
焼プロセスのダイナミックに関する情報を得ることができる。
【０００８】 この場合有利には、可視領域又は赤外線領域で生ずるビームが分析されかつこ
れに対応して光波導体が波長の前記領域に適合される。燃焼時には極めて高い温
度が発生するので、燃焼室内で熱い圧縮されたガスによって放出されるビームス
ペクトルの主要成分が前記の波長範囲を占める。
【０００９】 従って前記波長範囲では、光波導体の出口部のセンサによって検出される放出
されたビームの最大の強さが存在する。放出されたビームの強さは、時間分解し
て受け取ることができ、これによるだけで燃焼ダイナミックに関する重要な逆推
論を行うことができる。特にこのことから例えば点火時点並びに燃料噴射時期を
検出できる。噴射される燃料量に関してもこのような強さ分布に基づき証明する
ことができる。
【００１０】 本発明の別の構成では、周波数分析のために適したセンサが光波導体の出口部
に配置されている。燃焼室内部での発光ペクトル（Emissionsspektrums）の周波
数分析によって、そこで支配する温度について正確に証明することができる。従
来の高温計は同様に前記原理に従って作業する。従って、本発明による光波導体
と関連したこのようなセンサ装置によって、燃焼室内部の温度経過を時間的に分
解して検出できる。
【００１１】 有利には光波導体は、公知の機関においていずれにせよ設けられる、燃焼室内
に案内された構成部材内に統合される。この場合、オット機関の場合例えば点火
プラグが使用され又はディーゼル機関の場合グロープラグ（Gluehkerze）が使用
される。
【００１２】 有利には光波導体の材料は、ほぼ隣接する材料の場合と同じ熱膨張係数が得ら
れるように、選択される。内燃機関の内部では少なくとも短時間極めて高い温度
、ディーゼル機関の場合９００℃乃至１０００℃の温度が支配するので、前記の
材料選択により、材料限界で生ずる応力が最小であることが保証され、これによ
り、光波導体と隣接する材料との間の持続的な最良の結合が保証される。良好な
材料結合は、構成要素の密封性（Dichtheit）、例えばグロープラグの密封性を
保証するために、絶対必要である。
【００１３】 本発明の別の構成では、構成要素はセラミック製の材料から製作される。グロ
ープラグの場合特に、最新の開発は既にセラミック製の材料から成る構造を選択
するように推移している。それというのも、これによって高い耐熱性以外に迅速
な反応時間及び長い耐用寿命を有するグロープラグも実現できるからである。
【００１４】 セラミック製の材料の使用は、本発明による光波導体を実現する場合でも有利
である。それというのも、光波導体として適する多くのガラスが類似の熱膨張を
有するからであり、従って、適当な構成要素内への光波導体の統合が容易になる
。
【００１５】 本発明の特別な構成では、従来の光波導体がグロープラグの材料内に埋め込ま
れる。このようなケーブル又はロッド状の光波導体は、市販されていてひいては
難なく使用可能である。光ファイバー又は光ファイバー束も使用される。あらゆ
るケースにおいて、ウエーブガイド機能は可変な屈折率を有する材料配置によっ
て保証されるので、光り偏向は光波導体の長手方向で行われる。
【００１６】 この場合、光波導体の埋め込みはグロープラグの場合に電流案内層内に又は絶
縁層内にも行われる。このことは有利には、それぞれのグロープラグにおいて提
示される材料に応じて並びに光波導体の材料に応じてユーザ固有に決定され、従
って、埋め込みは前記材料特性に基づき全く問題なく可能である。
【００１７】 既に何度も述べたように、燃焼室内部では高温度が支配する。少なくとも燃焼
室内部に突入する光波導体端部は、前記温度に耐える必要がある。このことは、
現在市販の光波導体においては場合によっては問題を生ぜしめる。この場合例え
ば、光波導体前端、即ち燃焼室内に突入する光波導体端部は、グロープラグの先
端領域で終わるように配置されるのではなく、一層後方で終わるように配置され
る。グロープラグの温度負荷は内向きに突入する先端から後方端部に向けて減少
する。
【００１８】 更に、光波導体は有利な構成では、異なる屈折率を有する可視領域又は赤外線
領域で透明な種々の層の周面側の積層体によって構成できる。前記構造のために
既に、熱膨張特性に関しグロープラグにおいて使用されるセラミックに最適に適
合した所要の光学特性を有する高耐熱性のガラスが使用される。
【００１９】 有利には、本発明による監視装置によって得られる情報は内燃機関をアクチブ
に調整するために使用される。このために、種々の機関制御パラメータを調整す
るための調整ユニットが設けられている。従って例えば、光波導体の出口部にお
いて受け取られるセンサ信号をベースとして点火時点を得ることができる。更に
、例えば燃料の時間的な噴射経過及び／又は噴射量を前記センサ信号をベースと
して制御できる。
【００２０】 更に、空気吸込み装置の制御をこのようなセンサ信号をベースとして調整ユニ
ットによって行うこともできる。
【００２１】 機関特性に影響を及ぼすための周知の又は今後の全ての制御パラメータは、最
終的には本発明による監視装置によって最良に調整される。
【００２２】 更に、監視装置は機関構成要素、例えば燃料噴射弁の機能をもコントロールで
きる。燃料噴射弁の申し分のない機能は機関の耐用寿命のために極めて重要であ
る。極めて長い燃料噴射又は不当な時点で行われる燃料噴射は、機関の過熱ひい
ては機関故障を招来する。従って、本発明による監視装置によって、適時に燃料
噴射弁のミス機能を検出できかつ燃料噴射弁を交換するか又は修理できる。
【００２３】 基本的には全てのコントロールプロセスは、検出された情報に基づきアクセス
可能である本発明による監視装置によって行うことができる。例えば、燃焼室内
の検出された内部温度に基づき機関圧縮の監視を行うこともできる。
【００２４】 実施例 第１図による監視装置１は、２つの伝導性の層３，４並びに間挿された絶縁層
５から成るグロープラグ２内に統合されている。光波導体６は伝導性の層３内に
埋め込まれている。光波導体はグロープラグ先端領域に達している。
【００２５】 グロープラグケーシング８は、グロープラグ２の後方領域に位置しかつ絶縁層
９によって伝導性の層４に対して絶縁されている。
【００２６】 ２つのコンタクト面１０，１１を介して伝導性の層３，４は接触接続され、こ
の場合、伝導性の層３はコンタクト面１１を介して機関のアースに接続されてい
る。
【００２７】 第３図による構造は、ほぼ前述の実施例に相応している。この場合、光波導体
６は絶縁層５の内部に埋め込まれている。
【００２８】 これに対して第４図による実施例では、光波導体１２は周面側で層構造体１３
によって取り付けられている。層構造体１３は、第５図で拡大図で例示されてい
てかつ３つのガラス層１４，１５，１６から形成されている。ガラスはそれぞれ
、内側のガラス層１４に対する外側のガラス層１５，１６の間の境界面が全反射
を行うように、選択されている。このようにして、第４図による図示に関連して
ガラス層１４内部で光がグロープラグの後方端部に向けて左方向（矢印参照）に
案内される。本実施例では光波導体は、いわば外管としてグロープラグ２の周り
に配置されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による監視装置を有するグロープラグの概略的な縦断面図。
【図２】 第１図のグロープラグを後方から見た図。
【図３】 本発明によるグロープラグの別の実施例図。
【図４】 本発明によるグロープラグの第３実施例図。
【図５】 第４図Ｖで示した区分の部分拡大図。
【符号の説明】
１ 監視装置、 ２ グロープラグ、 ３，４ 伝導性の層、 ５ 絶縁層、
６ 光波導体、 ７ グロープラグ先端、 ８ グロープラグケーシング、
９ 絶縁体、 １０，１１ コンタクト面、 １２ 光波導体、 １３ 層構造
体、 １４，１５，１６ ガラス層
【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成１２年７月１８日（２０００．７．１８）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正内容】
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項１６
【補正方法】変更
【補正内容】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＡＵ，ＢＲ，Ｃ Ａ，ＣＮ，ＣＺ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＮ，ＪＰ，ＫＲ ，ＭＸ，ＰＬ，ＲＵ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＲ，ＵＳ， ＺＡ (72)発明者 ゲルト リンデマン ドイツ連邦共和国 リヒテンシュタイン レルヒェンヴェーク 10 (72)発明者 ヨハネス ロハー 大韓民国 ソウル シー ピー オー ボ ックス 4703 (72)発明者 ヴォルフガング ドレスラー ドイツ連邦共和国 ファイヒンゲン／エン ツ シュタインハルデンヴェーク ７ (72)発明者 フリーデリケ リントナー ドイツ連邦共和国 ゲアリンゲン インメ ルマンシュトラーセ 24 (72)発明者 フォルカー ロートアッカー ドイツ連邦共和国 ビーティヒハイム−ビ ッシンゲン ブロムベルガーシュトラーセ 24 (72)発明者 クリストフ ケルン ドイツ連邦共和国 アスパッハ ヴィルヘ ルムシュトラーセ ５ Ｆターム(参考） 2G087 AA01 BB11 CC17 3G084 AA01 BA00 DA05 EA04 FA23

Claims (17)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 内燃機関の燃焼プロセスを監視するための装置であって、燃
    焼室内に案内された構成要素が設けられている形式のものにおいて、燃焼室内に
    案内された構成要素（２）が、電磁ビーム用の光波導体（６，１２）を有してい
    ることを特徴とする、内燃機関の燃焼プロセスを監視するための装置。
  2. 【請求項２】 光波導体（６，１２）が、可視領域又は赤外線領域で伝導性
    である、請求項１記載の装置。
  3. 【請求項３】 光波導体（６，１２）の出口部に、到達するビームの強さを
    検出するためのセンサが設けられている、請求項１又は２記載の装置。
  4. 【請求項４】 光波導体（６，１２）の出口部に、到達するビームの周波数
    分析のために適したセンサが設けられている、請求項１から３までのいずれか１
    項記載の装置。
  5. 【請求項５】 燃焼室内に案内された構成要素が、グロープラグ又は点火プ
    ラグである、請求項１から４までのいずれか１項記載の装置。
  6. 【請求項６】 光波導体（６，１２）の材料が、隣接する材料の熱膨張係数
    に適合した熱膨張係数を有している、請求項１から５までのいずれか１項記載の
    装置。
  7. 【請求項７】 燃焼室内に突入する構成要素（２）が、セラミック材料を有
    している、請求項１から６までのいずれか１項記載の装置。
  8. 【請求項８】 光波導体（６，１２）が、燃焼室内に突入する構成要素（２
    ）の材料内に埋め込まれている、請求項１から６までのいずれか１項記載の装置
    。
  9. 【請求項９】 光波導体（６，１２）が、グロープラグ（２）の絶縁層及び
    ／又は伝導性の層（３，４）内に埋め込まれている、請求項１から８までのいず
    れか１項記載の装置。
  10. 【請求項１０】 光波導体（１２）が、異なる屈折率を有する可視波長領域
    及び／又は赤外線波長領域で透明な種々の層（１４，１５，１６）の周面側の積
    層体（１３）によって形成されている、請求項１から９までのいずれか１項記載
    の装置。
  11. 【請求項１１】 光波導体（６，１２）の出口側で受け取られるセンサ信号
    をベースとして点火時点を調整するための調整ユニットが設けられている、請求
    項１から１０までのいずれか１項記載の装置。
  12. 【請求項１２】 光波導体（６，１２）の出口側で受け取られるセンサ信号
    をベースとして燃料の時間的な噴射経過及び／又は噴射量を調整するための調整
    ユニットが設けられている、請求項１から１１までのいずれか１項記載の装置。
  13. 【請求項１３】 光波導体（６，１２）の出口側で受け取られるセンサ信号
    をベースとして空気吸込み装置を調整するための調整ユニットが設けられている
    、請求項１から１２までのいずれか１項記載の装置。
  14. 【請求項１４】 光波導体（６，１２）の出口側で受け取られるセンサ信号
    をベースとして機関構成要素を監視するための監視ユニットが設けられている、
    請求項１から１１までのいずれか１項記載の装置。
  15. 【請求項１５】 燃料噴射弁の機能を監視するための監視ユニットが設けら
    れている、請求項１から１４までのいずれか１項記載の装置。
  16. 【請求項１６】 請求項１から１５までのいずれか１項記載の監視装置を有
    していることを特徴とする、内燃機関用のグロープラグ。
  17. 【請求項１７】 請求項１から１５までのいずれか１項記載の監視装置を有
    していることを特徴とする、内燃機関用の点火プラグ。
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