DE19600258A1 - Optical sensor arrangement for detecting combustion process of combustion engine - Google Patents
Optical sensor arrangement for detecting combustion process of combustion engineInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine optische Sensoranordnung gemäß dem Oberbegriff des Patent anspruchs 1.The invention relates to an optical sensor arrangement according to the preamble of the patent claim 1.
Es ist bekannt, den Verbrennungsablauf im Brennraum einer Brennkraftmaschine mittels optischer Einrichtungen zu überwachen.It is known to use the combustion process in the combustion chamber of an internal combustion engine monitor optical devices.
So ist beispielsweise aus der DE- 34 13 850 C3 eine Wirbelkammer eines Dieselmotors be kannt geworden, in welche zusätzlich zu einer Glühkerze und einer Kraftstoffeinspritzvor richtung ein separater optischer Sensor zur Ermittlung des Zündzeitpunktes eingesetzt ist. Nachteilig hierbei ist der Aufwand für das druckdichte Einsetzen des Sensors.For example, DE-34 13 850 C3 describes a swirl chamber of a diesel engine became known, in addition to a glow plug and a fuel injection direction, a separate optical sensor is used to determine the ignition timing. The disadvantage here is the effort for the pressure-tight insertion of the sensor.
Aus der DE- 30 01 711 A1 ist eine Klopfsensoranordnung für Brennkraftmaschinen be kannt, bei welcher in die hohlgebohrte Mittelelektrode einer üblichen Zündkerze ein Licht leiter eingesetzt ist, welcher mit Auswerteschaltungen zum Erkennen von Klopffrequenzen bzw. Klopffrequenzbereichen verbunden ist.DE 30 01 711 A1 describes a knock sensor arrangement for internal combustion engines knows, in which a light in the hollow center electrode of a conventional spark plug conductor is used, which with evaluation circuits for detecting knocking frequencies or knock frequency ranges is connected.
Aus der EP- 02 11 133 B1 ist eine Einrichtung zur Zündung eines Kraftstoff-Luftgemisches im Brennraum einer Brennkraftmaschine mittels eines Plasmas bekannt, bei welcher auf eine in den Brennraum ragenden Elektrode ein abgestimmter Spulenresonator aufgesetzt ist. Diese Elektrode strahlt ein Hochfrequenzfeld in den Brennraum ab, wodurch die Zün dung des Kraftstoff-Luftgemisches ausgelöst wird.EP-02 11 133 B1 describes a device for igniting a fuel-air mixture known in the combustion chamber of an internal combustion engine by means of a plasma, in which on a coordinated coil resonator is placed on the electrode projecting into the combustion chamber is. This electrode emits a high-frequency field in the combustion chamber, causing the ignition fuel-air mixture is triggered.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine optische Sensoranordnung zur Erfassung des Verbrennungsablaufes einer Brennkraftmaschine zu schaffen, welche in einfachster Weise brennraumseitig entstehendes Licht aufnimmt und an ein mit dem Sensor zusam menwirkendes Brennkraftmaschinensteuergerät weiterleitet. Weiterhin soll diese Sen soranordnung insbesondere für eine Hochfrequenzplasmazündung geeignet sein. The invention is based on the object of an optical sensor arrangement for detection to create the combustion process of an internal combustion engine, which in the simplest Absorbs the light that arises on the combustion chamber side and sends it together with the sensor forwarding engine control unit forwards. Furthermore, this Sen sensor arrangement may be particularly suitable for high-frequency plasma ignition.
Die Lösung dieser Aufgabe gelingt mit den Merkmalen des Patentanspruches 1.This object is achieved with the features of patent claim 1.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen benannt.Advantageous embodiments of the invention are specified in the dependent claims.
Wenn bei einer gattungsgemäßen Sensoranordnung als Sensor eine Zündkerze verwendet wird, deren Isolator an Stelle des üblicherweise verwendeten Aluminiumoxides aus einem optisch durchlässigen Material besteht, so kann hierdurch in einfachster Weise durch beob achten der optischen Erscheinungen beim Verbrennungsablauf durch den Isolator hindurch eine Optimierung des Brennkraftmaschinenbetriebes, beispielsweise bezüglich der exakten Lage des Zündzeitpunktes, erzielt werden.If a spark plug is used as a sensor in a generic sensor arrangement is, the insulator instead of the commonly used aluminum oxide from a there is optically permeable material, so this can be done in the simplest way by observ pay attention to the visual appearance of the combustion process through the isolator an optimization of internal combustion engine operation, for example with regard to the exact Position of the ignition point can be achieved.
Weiterhin sind hiermit die Voraussetzungen für eine Hochfrequenzplasmazündung gege ben, da das üblicherweise verwendete, eine solche Zündung nicht ermöglichende Alumini umoxid, als Isolatormaterial in Entfall kommt.Furthermore, the requirements for a high-frequency plasma ignition are hereby counter ben, since the commonly used, such an ignition not enabling aluminum umoxid, as an insulator material is not applicable.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung kommt als Material ein hochreines, amorphes Siliziumdioxid (Quarz) zum Einsatz, welches um die Mittelelektrode der Zündkerze den Iso lator bildend gesintert ist. Dieses nichtkristalline Glas weist eine hohe optische Durchlässig keit und eine äußerst geringe thermisch bedingte Expansion auf. Alternativ dazu kann die Mittelelektrode in eine vorgefertigte Bohrung hart eingelötet werden.In an advantageous embodiment of the invention, the material used is a high-purity, amorphous Silicon dioxide (quartz) is used, which surrounds the Iso around the center electrode of the spark plug lator is sintered. This non-crystalline glass has a high optical permeability and an extremely low thermal expansion. Alternatively, the Center electrode are hard soldered into a prefabricated hole.
Zur Weiterleitung der optischen Ereignisse im Brennraum kann in einfacher Weise ein als Lichtwellenleiter ausgebildetes optisches Leitelement mit dem lichtdurchlässigen Isolator und dem Steuergerät der Brennkraftmaschine verbunden sein.To forward the optical events in the combustion chamber, a can easily be used as Optical waveguide designed optical guide element with the translucent isolator and the control unit of the internal combustion engine.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden, beispielhaften Erläute rung eines Ausführungsbeispieles der Erfindung anhand einer Zeichnung.Further advantages of the invention result from the following explanatory examples tion of an embodiment of the invention with reference to a drawing.
Ein Brennraum 1 eines Zylinders 2 einer nicht näher gezeigten Brennkraftmaschine ist zwi schen einem Kolben 3 und einer Zylinderwandung 4 und einem Brennraumdach 5 ausge bildet. In eine Öffnung 6 des Brennraumdaches 5 ist als Sensor zur Erfassung des Ver brennungsablaufes in dem Brennraum 1 eine insgesamt mit 7 bezeichnete Zündkerze ein gesetzt.A combustion chamber 1 of a cylinder 2 of an internal combustion engine, not shown, is formed between a piston 3 and a cylinder wall 4 and a combustion chamber roof 5 . In an opening 6 of the combustion chamber roof 5 , a total of 7 spark plug is inserted as a sensor for detecting the combustion process in the combustion chamber 1 .
Diese ist im wesentlichen aus einem mit einer Masseelektrode 8 versehenen Zündkerzen gehäuse 9, einem darin eingesetzten Isolator 10 und einer diesen zentral durchdringenden Mittelelektrode 11 gebildet. This is essentially composed of a spark plug housing 9 provided with a ground electrode 8 , an insulator 10 inserted therein and a central electrode 11 penetrating this centrally.
Der Isolator 10 ist mittels eines als Lichtwellenleiter 12 ausgebildeten optischen Leitelemen tes mit einem Brennkraftmaschinensteuergerät 13 verbunden.The insulator 10 is connected to an internal combustion engine control unit 13 by means of an optical guide element designed as an optical waveguide 12 .
Der Isolator 10 ist aus einem erschmolzenen Quarz ("fused silica") gebildet, welches um die Mittelelektrode 11 gesintert ist.The insulator 10 is formed from a fused silica which is sintered around the center electrode 11 .
Dieses glasartige Material ermöglicht die Weiterleitung der im Brennraum entstehenden Lichterscheinungen durch den Isolator 10 und den Lichtwellenleiter 12 hindurch zum Steu ergerät 13.This glass-like material enables the transmission of the light phenomena arising in the combustion chamber through the insulator 10 and the optical waveguide 12 to the control device 13 .
Das Einleiten der Zündung kann in üblicher Weise durch Anlegen einer Hochspannung zwi schen Masseelektrode 8 und Mittelelektrode 11 erfolgen.The ignition can be initiated in the usual way by applying a high voltage between ground electrode 8 and center electrode 11 .
Alternativ hierzu kann die Zündkerze im wesentlichen aus einer in den Brennraum 1 ragen den Elektrode, welche in den Isolator 10 eingebettet ist und einem außerhalb des Brenn raumes 1 koaxial zu der Zündkerze 7 angeordneten, von einem Hochfrequenzgenerator ge speisten Spulenresonator gebildet sein. Mit Hilfe des über die Elektrode in den Brennraum 1 übertragenden Hochfrequenzfeldes wird ein Plasma gezündet, welches wiederum zur Zündung des Kraftstoff-Luftgemisches führt.Alternatively, the spark plug essentially of a project into the combustion chamber 1 the electrode which is embedded in the insulator 10 and a space outside the combustion disposed 1 coaxial with the spark plug 7, be formed by a high-frequency generator ge fed Spulenresonator. A plasma is ignited with the aid of the high-frequency field transmitted via the electrode into the combustion chamber 1 , which in turn leads to the ignition of the fuel-air mixture.
Vorteilhafterweise wird die hierfür erforderliche, vergleichsweise hohe Teilendladungsfe stigkeit des Isolators durch dessen Sinterung oder durch lufteinschlußfreies Einlöten der Mittelelektrode in eine vorgefertigte Bohrung des Isolators erzielt. Weiterhin weist das erfindungsgemäß verwendete Material die für die Hochfrequenzanwendung erforderlichen, vergleichsweise geringen Dieelektrizitätszahlen bzw. Verlustfaktoren auf.The comparatively high partial discharge charge required for this is advantageous strength of the insulator by sintering it or by soldering the air-free solder Center electrode in a prefabricated hole in the insulator. Furthermore, the material used according to the invention the necessary for high-frequency application, comparatively low electricity or loss factors.
Die Verwendung der Plasmazündung in Kombination mit dem optisch durchlässigen Isolator ermöglicht eine verbesserte Steuerung der BKM.The use of plasma ignition in combination with the optically transparent isolator enables improved control of the BKM.
Die Standzeit des Plasmas kann beliebig gewählt werden, wodurch eine vollständige Ver brennung bzw. eine Nachverbrennung ermöglicht ist.The service life of the plasma can be chosen arbitrarily, whereby a complete ver combustion or afterburning is possible.
Dieser Vorgang läßt sich exakt durch die Beobachtung des Verbrennungsablaufes regeln. Infolgedessen werden geringe Schadstoffemissionen bzw. Kraftstoffverbräuche erzielt.This process can be precisely controlled by observing the combustion process. As a result, low pollutant emissions and fuel consumption are achieved.
Claims (8)
mit einem brennraumseitig lichtaufnehmenden Sensor und einem mit diesem Sensor zu sammen wirkenden Brennkraftmaschinensteuergerät,
dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor als Zündkerze (7) ausgebildet ist, deren Isola tor (10) aus einem optisch durchlässigen Material besteht.1. Optical sensor arrangement for detecting the combustion process of an internal combustion engine,
with a light-receiving sensor on the combustion chamber side and an internal combustion engine control unit which interacts with this sensor,
characterized in that the sensor is designed as a spark plug ( 7 ), the isolator ( 10 ) of which is made of an optically transparent material.
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| Country | Link |
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Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19627862C1 (en) * | 1996-07-11 | 1998-01-02 | Smetec Ges Fuer Sensor Motor U | Combustion radiation measuring device for internal combustion engine cylinder |
| DE10048053A1 (en) * | 2000-09-28 | 2002-06-06 | Christoph Koerber | Plasma jet ignition system for spark ignition engines, includes UV-triggered gas discharge tube and component controlling current flow to spark |
| US7007547B2 (en) | 2001-03-22 | 2006-03-07 | Avl List Gmbh | Optical sensor or emitter used for monitoring combustion processes |
| US7598661B2 (en) | 2006-06-23 | 2009-10-06 | Federal-Mogul World Wide, Inc | Spark plug |
| EP2937541A4 (en) * | 2012-12-19 | 2016-06-22 | Imagineering Inc | Measuring implement, measuring system and measuring method |
-
1996
- 1996-01-05 DE DE19600258A patent/DE19600258A1/en not_active Withdrawn
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