JP4456761B2 - 内燃機関の燃焼プロセスを監視するための装置を備えたグロープラグ - Google Patents

Description

【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（Ｏ_２・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

Claims (7)

1. 内燃機関の燃焼プロセスを監視するための装置を備えたグロープラグであって、該グロープラグは、燃焼室内に案内されたセラミック材料から成るとともに、電磁ビーム用の光波導体を有している形式のものにおいて、
   光波導体（１２，１３）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）から成る積層体によって形成されており、かつ、当該のグロープラグの外管となるように当該のグロープラグの周面に配置されている
   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を備えたグロープラグ。
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記載のグロープラグ。
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記載のグロープラグ。
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. 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４までのいずれか１項記載のグロープラグ。
6. 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５までのいずれか１項記載のグロープラグ。
7. 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６までのいずれか１項記載のグロープラグ。

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