DE10041666A1 - Optoelektronische Meßeinrichtung - Google Patents
Optoelektronische MeßeinrichtungInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine optoelektronische Messeinrichtung (4) zur Erfassung von Verbrennungsvorgängen im Brennraum (5) einer im Betrieb befindlichen Brennkraftmaschine, mit dem Brennraum (5) zugeordneten optischen Sensoren (7), welche mit einer Auswerteeinheit in Verbindung stehen, wobei die brennraumseitigen Sensorenden (8) im wesentlichen in einer Ebene (15) angeordnet sind und die Sensoren (7) so ausgerichtet sind, dass die Akzeptanzwinkelbereiche (A) der einzelnen Sensoren (7) zumindest einen vordefinierten Messsektor (M) des Brennraumes (5) möglichst gleichmäßig erfassen. Um mit möglichst geringem Aufwand Entstehungsorte klopfender Verbrennung im Brennraum (5) erfassen zu können, ist vorgesehen, dass die optischen Sensoren (7) in einem im wesentlichen zylindrischen, in den Brennraum (5) mündenden Bauteil (6) und die Sensorenden (8) im wesentlichen radial am Mantel (14) des Bauteiles (6) angeordnet sind.
Description
Die Erfindung betrifft eine optoelektronische Messeinrichtung zur Erfassung von
Verbrennungsvorgängen im Brennraum einer im Betrieb befindlichen Brennkraftmaschine,
mit dem Brennraum zugeordneten optischen Sensoren, welche mit einer Auswerteeinheit in
Verbindung stehen, wobei die brennraumseitigen Sensorenden im wesentlichen in einer
Ebene angeordnet sind und die Sensoren so ausgerichtet sind, dass die
Akzeptanzwinkelbereiche der einzelnen Sensoren zumindest einen vordefinierten Messsektor
des Brennraumes möglichst gleichmäßig erfassen.
Für die Motorenentwicklung ist die Kenntnis über den zeitlichen und örtlichen Ablauf von
Verbrennungsvorgängen von großer Bedeutung. Aus der EP 0 593 413 B1 ist eine
optoelektronische Messeinrichtung bekannt, bei der die Sensoren in der Zylinderkopfdichtung
einer Brennkraftmaschine angeordnet sind. Die Sensoren sind dabei zur Erzeugung einer
zweidimensionalen Bildes der Verbrennungsvorgänge derart ausgerichtet, dass die
Akzeptanzwinkelbereiche der einzelnen Sensoren den in der Zylinderkopfdichtungsebene
liegenden Bereich des Brennraumes möglichst gleichmäßig erfassen. Die Auswerteeinheit
weist eine Recheneinheit auf, welche aus den Signalen der einzelnen Sensoren
Helligkeitswerte für definierte Flächenbereiche der Zylinderkopfdichtungsebene errechnet
und diese in ein zweidimensionales Bild umsetzt. Auf diese Weise können ohne Eingriffe in
den Motor bzw. die Brennraumgeometrie Messungen durchgeführt werden. Da die Sensoren
in die Zylinderkopfdichtung integriert sind, ist für jeden Motor eine eigene Sensor-
Zylinderkopfdichtung erforderlich. Ein weiterer Nachteil ist, dass für den Wechsel der
Zylinderkopfdichtung durch eine Sensor-Zylinderkopfdichtung der Zylinderkopf demontiert
werden muss. Die optische Messung mittels einer Sensor-Zylinderkopfdichtung ist daher
relativ aufwendig und kostenintensiv.
Aus der US 4 393 687 A ist eine Sensoranordnung zur Erfassung der beim Klopfen einer
Brennkraftmaschine auftretenden Schwingungen bekannt, bei der wenigstens ein optischer
Aufnehmer im Brennraum verwendet wird, vorzugsweise ein Glasstab oder ein
Lichtleiterkabel aus Glasfasern. Die optischen Aufnehmer werden dabei entweder in die
Zündkerze integriert, an eine Vorkammer angeschlossen oder in die Zylinderkopfdichtung
eingesetzt.
Aus der US 4 446 723 A und der US 4 506 186 A sind Zündkerzen für Brennkraftmaschinen
mit einem einzigen mittig angeordneten Lichtleiter bekannt. Dies ermöglicht allerdings nur
einfache Messungen, wie beispielsweise die Feststellung, ob Klopfen auftritt oder nicht. Für
komplexere Messungen, wie beispielsweise die Beobachtung der Flammenkernbildung und
der Flammenkernbewegung, sind Zündkerzen mit einem einzigen Lichtleiter nicht
ausreichend.
Aus der AT 002 228 U1 ist eine Zündkerze bekannt, welche mehrere in den Brennraum
mündende Lichtleiter aufweist, über welche neben der Klopfdetektion auch komplexere
Messungen, wie die Beobachtung der Flammenausbreitung, durchgeführt werden können. Die
Sensorenden sind dabei an der brennraumseitigen Stirnfläche der Zündkerze ringförmig
angeordnet. Dadurch können allerdings nur Verbrennungserscheinungen innerhalb eines
zylindrischen bzw. kegelförmigen Messbereiches beobachtet werden.
Verbrennungserscheinungen im Bereich der Brennraumdecke und des Brennraumumfanges
können kaum erfasst werden.
Aufgabe der Erfindung ist es, die genannten Nachteile zu vermeiden und eine
optoelektronische Messeinrichtung der genannten Art dahingehend weiterzuentwickeln, dass
der Herstellungs- und Messaufwand vermindert wird.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass die optischen Sensoren in einem im
wesentlichen zylindrischen, in den Brennraum mündenden Bauteil und die Sensorenden im
wesentlichen radial am Mantel des Bauteiles angeordnet sind. Der Bauteil mit den optischen
Sensoren wird dabei über eine in den Brennraum mündende funktionsbedingte Bohrung oder
eine eigene Sensorbohrung in den Zylinderkopf eingeschraubt. Der Bauteil kann dabei durch
eine Zündkerze oder ein Einspritzventil gebildet sein. Dies hat den Vorteil, dass weitere
Messbohrungen in den Brennraum nicht erforderlich sind. Der Mantel kann aber auch als
eigener Sensorbauteil ausgeführt sein. Die in der Mantelfläche des Bauteiles angeordneten
Sensorenden münden dabei mehr oder weniger radial in den Brennraum, sodass der
Messsektor im wesentlichen eben oder schirmartig ausgebildet ist.
Durch die Anordnung der optischen Sensoren im funktionsbedingten Bauteil der
Brennkraftmaschine entfallen Modifikationen am Motor, sodass der Betriebsbereich des
Motors (Drehzahl und Last) nicht eingeschränkt wird. Die Signale der einzelnen Sensoren
können mit an sich bekannten Algorithmen für die Emissionstomographie in
zweidimensionale Bilder umgesetzt werden, wobei die Auflösung der Bilder im wesentlichen
nur durch die Anzahl der verwendeten Sensoren beschränkt ist. In einer bewährten
Ausführungsform der Erfindung sind pro Bauteil acht optische Sensoren angeordnet. Die
erfindungsgemäße Messeinrichtung ermöglicht genügend lange, zeitlich und örtlich
auflösende Untersuchungen von Verbrennungsvorgängen, wobei auf der Elektronikseite
Standardkomponenten zum Einsatz kommen können.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn jeder optische Sensor im Bereich des Sensorendes eine
Umlenkeinrichtung aufweist. Die Lichtfasern der Sensoren werden dabei im wesentlichen
parallel zur Längsachse des Bauteiles zur Umlenkeinrichtung geführt. Durch die
Umlenkeinrichtung wird der Sichtbereich der Lichtfasern um etwa 90°, in radialer Richtung
umgelenkt, sodass ein den Mantel des Bauteiles umgebender Brennraumbereich beobachtbar
ist. Die Umlenkeinrichtung kann dabei als Spiegel oder als Prisma, vorzugsweise als
Saphirprisma ausgebildet und am unteren Ende der Lichtfasern angebracht sein. In einer
fertigungsmäßig einfachen Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Umlenkeinrichtung als
Ring ausgebildet ist.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass jeder optische Sensor ein Bündel
von Lichtfasern aufweist. Dadurch ist es möglich, einen den Mantel des Bauteiles
umgebenden Messsektor möglichst vollständig zu erfassen. Um die räumliche Auflösung zu
erhöhen, ist es vorteilhaft, wenn der Sichtwinkelbereich der Lichtfasern eingeschränkt wird.
Dies kann dadurch erfolgen, dass im Bereich des Endes zumindest einer Lichtfaser eine
Lochblende angeordnet ist. Die räumliche Auflösung kann aber auch durch
selbstfokusierende Endflächen der Glasfasern erreicht werden.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das
Ende zumindest einer Lichtfaser in der Brennebene einer Linse angeordnet ist, um mehr Licht
in die Glasfaser einzukoppeln. Dabei können auch die Enden von mehreren Lichtleitern in der
Brennebene der Linse, vorzugsweise zeilenförmig, beispielsweise mit fünf Lichtfasern,
angeordnet sein. Die räumliche Auflösung, insbesondere in Umfangsrichtung des Bauteiles
kann deutlich erhöht werden, wenn zumindest eine Zeile der Enden der Lichtfasern im
Wesentlichen kreisbogenförmig oder tangential bezüglich des Bauteiles angeordnet ist.
Eine separate Linse kann entfallen, wenn die Umlenkeinrichtung als Linse ausgebildet ist. Es
kann aber auch vorgesehen sein, dass die Umlenkreinrichtung eine als Linse, vorzugsweise
als erste Zylinderlinse ausgebildete gekrümmte optische Grenzfläche zum Brennraum
aufweist. Auf diese Weise lässt sich jeder Lichtfaser ein bestimmter Akzeptanzwinkelbereich
zuordnen.
In einer besonders bevorzugten Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dass die
Umlenkeinrichtung eine als Linse, vorzugsweise als zweite Zylinderlinse ausgebildete
gekrümmte Umlenkfläche aufweist. Dadurch lassen sich in Richtung der Längsachse des
Bauteiles mehrere Messsektoren übereinander anordnen und somit die Messqualität
wesentlich verbessern. Mehrere Messsektoren in Richtung der Längsachse des Bauteiles
lassen sich auch realisieren, wenn die Umlenkeinrichtung eine als Torusabschnitt ausgebildete
Umlenkfläche aufweist, wobei vorzugsweise vorgesehen ist, dass die Umlenkeinrichtung
durch einen Saphirstift gebildet ist. Qualitativ hochwertige Messergebnisse lassen sich
erzielen, wenn die gekrümmte Umlenkfläche einen größeren Krümmungsradius aufweist als
die gekrümmte optische Grenzfläche.
Um mehrere Messsektoren auf einfache Weise auszubilden ist es vorteilhaft, wenn pro Sensor
die Enden von zumindest zwei Lichtfasern in einem unterschiedlichen Abstand zu einer
mittleren Längsachse des Bauteiles angeordnet sind. Die Enden der Lichtleiter können dabei
im Wesentlichen zeilenartig, vorzugsweise zumindest in zwei, im Wesentlichen parallele
Zeilen angeordnet sein. Zumindest zwei Zeilen können auch orthogonal zueinander
ausgerichtet sein. Eine wesentliche Vergrößerung der räumlichen Auflösung in Richtung der
Längsachse des Bauteiles lässt sich insbesondere dadurch erreichen, dass zumindest eine
Zeile der Enden der Lichtfasern im Wesentlichen radial bezüglich des Bauteiles angeordnet
ist.
Die Lichtstrahlen treffen über die gekrümmte optische Grenzfläche in die Umlenkeinrichtung
ein, werden durch die erste Zylinderlinse etwa gleichgerichtet und an der gekrümmten
Umlenkfläche reflektiert. Durch die als zweite Zylinderlinse ausgebildete Umlenkfläche
werden auch Strahlen aus mehreren Messsektoren erfasst und mit unterschiedlichen
Reflexionswinkeln den tangential und radial unterschiedlich zeilenartig angeordneten Enden
der Lichtfasern zugeführt.
Um eine Umsetzung in zweidimensionale Bilder zu ermöglichen, ist im Rahmen der
Erfindung weiters vorgesehen, dass pro Brennraum mehrere, vorzugsweise in Bauteilen
angeordnete Messeinrichtungen vorgesehen sind. Vorzugsweise ist dabei vorgesehen, das
jede Messeinrichtung mindestens vierzig gleichmäßig am Umfang verteilte Sehstrahlen
aufweist. Die Messsektoren der einzelnen Bauteile können sich dabei teilweise überschneiden
oder aber verschiedene Bereiche des Brennraumes, beispielsweise verschiedene Messebenen,
abdecken.
Die erfindungsgemäße Messeinrichtung erlaubt auch eine einfache Bestimmung des
Ausgangsortes einer klopfenden Verbrennung durch Auswertung der registrierten
Lichtsignale der Verbrennung. Zur Lokalisierung des Klopfens genügt eine einzige
Messeinrichtung pro Zylinder. Da Klopferscheinungen, also unkontrollierte Selbstzündung
von fremdgezündeten Kraftstoffen, als Stoßwellen interpretiert werden können, welche
mathematisch als Funktion für Kugelwellen in Abhängigkeit der Intensitätsverteilung und der
Ausbreitungsgeschwindigkeit beschreibbar sind, wird eine einfache Auswertung und
Rückrechnung auf den Entstehungsort der klopfenden Verbrennung möglich. Die Stoßwelle
einer Klopferscheinung wird von den Sensoren erst erfasst, sobald die Wellenfront in den
Messsektor des Brennraumes eindringt. Aus den durch die optischen Sensoren bereitgestellten
Messwerten über die Wellenfront kann somit mittels eines mathematischen Modells für die
Stoßwelle bis zum Entstehungsort der Wellenfront rückgerechnet werden.
Eine weitere Möglichkeit ist es, die optische Messeinrichtung in Kombination mit einem
Drucksensor einzusetzen und aus dem Laufzeitunterschied zwischen der Schallwelle und der
Lichtwelle den Abstand des Klopfortes vom Drucksensor und somit in Kombination mit der
optischen Messung den Entstehungsort der Klopferscheinung genau zu lokalisieren.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 einen Schnitt durch einen Zylinder einer Brennkraftmaschine mit einer
erfindungsgemäßen Messeinrichtung,
Fig. 2 einen Schnitt durch den Zylinder gemäß der Linie II-II in Fig. 1,
Fig. 3 eine Schrägansicht der erfindungsgemäßen Messeinrichtung,
Fig. 4 eine Schrägansicht einer die optischen Sensoren aufweisenden Zündkerze,
Fig. 5 einen Schnitt durch die Zündkerze gemäß der Linie V-V in Fig. 4,
Fig. 6 und Fig. 7 Längsschnitte durch die Messeinrichtung,
Fig. 8 eine Umlenkeinrichtung der Messeinrichtung in vergrößerter Seitenansicht,
Fig. 9 die Umlenkeinrichtung in einer Ansicht gemäß dem Pfeil IX-IX in Fig. 8,
Fig. 10 die Umlenkeinrichtung in einer Ansicht gemäß dem Pfeil X-X in Fig. 8 und
Fig. 11 eine Umlenkeinrichtung einer Messeinrichtung im Längsschnitt in einer
weiteren Ausführungsvariante.
Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch einen Zylinder 1 einer Brennkraftmaschine, in welchem ein
hin und her gehender Kolben 2 angeordnet ist. Der Zylinder 1 wird von einem Zylinderkopf 3
abgedeckt, in welchem eine optoelektronische Messeinrichtung 4 zur Erfassung von
Verbrennungsvorgängen im Brennraum 5 angeordnet ist. Die Messeinrichtung 4 weist
mehrere in einem zylindrischen Bauteil 6 angeordnete optische Sensoren 7 auf, deren
Sensorenden 8 optisch mit dem Brennraum 5 verbunden sind. Jeder optische Sensor 7 weist
einen Lichtleiter 9 mit mindestens einer Lichtfaser 10 auf. Der Lichtleiter 9 kann auch aus
einem ganzen Bündel 18 von Lichtfasern 10 bestehen, wie aus der Fig. 5 hervorgeht. Jeder
Lichtleiter 9 führt zu einer Kupplung 11 zum Anschluss eines Lichtleiterkabels 12.
Der im Ausführungsbeispiel durch eine Zündkerze gebildete, im wesentlichen zylindrische
Bauteil 6 ist in eine in den Brennraum 5 mündende Bohrung 13 des Zylinderkopfes 3
eingeschraubt. Die Sensorenden 8 jedes Sensors 7 sind im Bereich einer Mantelfläche 14 des
Bauteiles 6 angeordnet, sodass die Akzeptanzwinkelbereiche A der einzelnen Sensoren 7
bzw. die Akzeptanzwinkelbereiche a der einzelnen Lichtfasern 10 einen Messsektor M des
Brennraumes 5 möglichst gleichmäßig erfassen. Der Messsektor M ist dabei im wesentlichen
in einer Ebene 15 normal auf die Längsachse 16 des Bauteiles 6 angeordnet. Im
Ausführungsbeispiel weist die Messeinrichtung 4 insgesamt vierzig Sehstrahlen auf. Mit einer
Messeinrichtung 4 pro Zylinder 1 kann das Klopfen lokalisiert werden. Um zweidimensionale
Bilder der Verbrennungserscheinung herstellen zu können sind mehrere, beispielsweise drei
Messeinrichtungen 4 pro Zylinder 1 mit beispielsweise jeweils vierzig Sehstrahlen
erforderlich.
Im Bereich des Sensorendes 8 ist im Bauteil 6 pro Sensor 7 eine Umlenkeinrichtung 17
angeordnet, welche den Sichtbereich der Lichtfasern 10 um einen Winkel α von etwa 90°
umlenkt. Die Umlenkeinrichtung 17 kann jeweils durch einen Spiegel oder ein Prisma,
vorzugsweise ein Saphirprisma gebildet sein. Eine sehr einfache Herstellung ergibt sich, wenn
die Umlenkeinrichtung 17 als Ring ausgebildet ist, welcher am Mantel 14 des Bauteiles 6
befestigt ist. Die Umlenkeinrichtung 17 erlaubt eine Umlenkung von radial eintreffenden
Lichtstrahlen in die parallel zur Längsachse 16 des Bauteiles 6 angeordneten Lichtleiter 9 des
Sensors 7.
Um die räumliche Auflösung der Lichtfasern 10 zu erhöhen, muss der Sichtwinkelbereich der
Lichtfasern 10 eingeschränkt werden. Dies kann durch eine zwischen Lichtfaserende und
Umlenkeinrichtung angeordnete Lochblende erfolgen. Eine Erhöhung der räumlichen
Auflösung kann aber auch durch selbstfokusierende Endflächen der Lichtfasern erreicht
werden.
Eine besonders hohe Auflösung wird ermöglicht, wenn die Lichtfasern 10 in der Brennebene
20 einer Linse enden. Dabei können auch die Enden 10a mehrerer Lichtfasern 10 im Bereich
der Brennebene 20 einer Linse angeordnet sein. Werden beispielsweise die Lichtfasern 10
eines Lichtfaserbündels 18 eines Lichtleiters 9 in einer Zeile mit beispielsweise fünf Fasern
angeordnet, so kann die räumliche Auflösung deutlich erhöht werden.
Anstelle einer zusätzlichen Linse zwischen den Lichtfasern 10 und der
Umlenkungseinrichtung 17 kann auch die Umlenkungseinrichtung 17 selbst als Linse
ausgeführt sein.
Im anhand der Fig. 1 beschriebenen Ausführungsbeispiel liegt der Messsektor M in einer
Ebene 15. Wird der Umlenkwinkel α größer oder kleiner als 90° gewählt, so wird der
Messsektor M durch eine strichliert angedeutete schirmartige Kegelmantelfläche gebildet, mit
welcher ebenfalls eine räumliche Erfassung der Verbrennungserscheinungen möglich ist.
Die Fig. 8 bis 10 zeigen eine im Wesentlichen durch einen zylindrischen Saphirstift gebildete
Umlenkeinrichtung 17, welche als Linse ausgeführt ist. Die optische Grenzfläche 21 zum
Brennraum 5 ist dabei als erste Zylinderlinse 22 mit einem Radius r1 ausgebildet.
Weiters weist die Umlenkeinrichtung 17 eine gekrümmte Umlenkfläche 23 auf, welche durch
eine zweite Zylinderlinse 24 gebildet ist. Die Enden 10a der Lichtfasern 10 sind zeilenartig
orientiert, wobei zumindest zwei Zeilen 25, 26, 27 parallel zueinander und im Wesentlichen
tangential bezüglich des Bauteiles 6 angeordnet sind. Die Enden 10a der Lichtfasern 10 der
Zeilen 25, 26, 27 weisen somit unterschiedlichen Abstand zur mittleren Längsachse 16 des
Bauteiles 6 auf. Durch die als zweite Zylinderlinse 24 ausgebildete gekrümmte Umlenkfläche
23 wird somit eine wesentliche Vergrößerung des Messbereiches in Richtung der Längsachse
16 des Bauteiles 6 erreicht, wobei mehrere schirmartig ausgebildete und übereinander
angeordnete Messsektoren M entstehen. Dadurch, dass die Enden 10a auch in tangentialer
Richtung in mehreren Zeilen 28, 29, 30, 31, 32 nebeneinander angeordnet sind, wird eine
feine räumliche Auflösung erreicht. Der Radius r1 der ersten Zylinderlinse 22 sollte dabei
kleiner sein als der Radius r2 der zweiten Zylinderlinse 24.
Die als Saphirstifte ausgebildeten Umlenkeinrichtungen 17 gemäß den Fig. 8 bis 10 sind im
Bauteil 6 gleichmäßig in Umfangsrichtung verteilt.
Anstelle einer Vielzahl von entlang des Umfanges des Bauteiles 6 verteilten
Umlenkeinrichtungen 17 kann auch eine einzige, durch einen Saphirstift gebildete
Umlenkeinrichtung 17 zentral im Bauteil 6 angeordnet sein, wie in Fig. 11 gezeigt ist. Die
Umlenkfläche 23 der Umlenkeinrichtung 17 ist dabei als Torusabschnitt ausgebildet, so dass
mit einer ringförmigen Anordnung von Lichtfasern 10 ebenfalls in Ereignisse in mehreren
übereinander angeordneten schirmartigen Messsektoren M beobachtet werden können. Die
optische Grenzfläche 21 mit dem Krümmungsradius r1 wird dabei durch die äußere
Mantelfläche 33 der zylindrischen Umlenkeinrichtung 17 gebildet. Der Radius r1 der
Grenzfläche 21 ist dabei kleiner als der Radius r2 der Umlenkfläche 23.
Die Lichtstrahlen 34 innerhalb der Messsektoren M treten über die gekrümmte optische
Grenzfläche 21 in die Umlenkeinrichtung 17 ein, werden durch die als Linse wirkende
optische Grenzfläche 21 annähernd gleichgerichtet und an der gekrümmten Umlenkfläche 23
reflektiert. Durch die Umlenkfläche 23 werden auch Lichtstrahlen 34 aus mehreren
Messsektoren M erfasst und mit unterschiedlichen Reflexionswinkeln den kreisbogenförmig
bzw. tangential und radial unterschiedlich zeilenartig angeordneten Enden 10a der Lichtfasern
10 zugeführt.
Sobald eine durch Klopfen verursachte Druckwelle und die damit verbundene
Lichtintensitätsänderung in den Messsektor M gelangt, nehmen mehrere Sensoren 7 zeitlich
versetzt die Intensitätsänderung im Brennraum 5 wahr und übermitteln entsprechende
Messwerte an eine nicht weiter dargestellte Auswerteeinheit. Aufgrund der Zeitverschiebung
der einzelnen Messwerte wird durch die Auswerteeinheit unter Verwendung eines die
Stoßwelle beschreibenden mathematischen Modells der Ausgangspunkt der Wellenfront
berechnet, wobei die Messwerte in Kreuzkorrelation mit fiktiven Wellenfronten gesetzt
werden, welche in einer Datenbank gespeichert sind. Die Anzahl der Sensoren 7 und der
notwendigen Messkanäle kann somit auf ein Mindestmaß beschränkt werden. Im gezeigten
Ausführungsbeispiel sind im Bauteil 6 acht Sensoren 7 mit je einem Lichtfaserbündel 18 mit
fünf Lichtfasern 10 vorgesehen.
Claims (29)
1. Optoelektronische Messeinrichtung (4) zur Erfassung von Verbrennungsvorgängen im
Brennraum (5) einer im Betrieb befindlichen Brennkraftmaschine, mit dem Brennraum
(5) zugeordneten optischen Sensoren (7), welche mit einer Auswerteeinheit in
Verbindung stehen, wobei die brennraumseitigen Sensorenden (8) im wesentlichen in
einer Ebene (15) angeordnet sind und die Sensoren (7) so ausgerichtet sind, dass die
Akzeptanzwinkelbereiche (A) der einzelnen Sensoren (7) zumindest einen vordefinierten
Messsektor (M) des Brennraumes (5) möglichst gleichmäßig erfassen, dadurch
gekennzeichnet, dass die optischen Sensoren (7) in einem im wesentlichen
zylindrischen, in den Brennraum (5) mündenden Bauteil (6) und die Sensorenden (8) im
wesentlichen radial am Mantel (14) des Bauteiles (6) angeordnet sind.
2. Messeinrichtung (4) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Messsektor
(M) im wesentlichen eben oder schirmartig ausgebildet ist.
3. Messeinrichtung (4) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass jeder
optische Sensor (7) im Bereich des Sensorendes (8) eine Umlenkeinrichtung (17)
aufweist.
4. Messeinrichtung (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass
die Umlenkeinrichtung (17) durch einen Spiegel gebildet ist.
5. Messeinrichtung (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass
die Umlenkeinrichtung (17) durch ein Prisma, vorzugsweise ein Saphirprisma gebildet
ist.
6. Messeinrichtung (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass
die Umlenkeinrichtung (17) als Ring ausgebildet ist.
7. Messeinrichtung (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass
die Umlenkeinrichtung (17) eine ebene Umlenkfläche aufweist.
8. Messeinrichtung (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei jeder Sensor (7) einen
Lichtleiter (9) mit mindestens einer Lichtfaser (10) aufweist, dadurch gekennzeichnet,
dass jeder optische Sensor (7) ein Bündel (18) von Lichtfasern (10) aufweist.
9. Messeinrichtung (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass
pro Sensor (7) die Enden (10a) von zumindest zwei Lichtfasern (10) in einem
unterschiedlichen Abstand zu einer mittleren Längsachse (16) des Bauteiles (6)
angeordnet sind.
10. Messeinrichtung (4) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Enden
(10a) der Lichtfasern (10) im Wesentlichen zeilenartig orientiert sind.
11. Messeinrichtung (4) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass
die Enden (10a) der Lichtfasern (10) in zumindest zwei, im Wesentlichen orthogonal
zueinander ausgerichteten Zeilen (25 bis 32) angeordnet sind.
12. Messeinrichtung (4) nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass
die Enden (10a) der Lichtfasern (10) zumindest in zwei, im Wesentlichen parallelen
Zeilen (25 bis 32) angeordnet sind.
13. Messeinrichtung (4) nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet,
dass zumindest eine Zeile (25, 26, 27) der Enden (10a) der Lichtfasern (10) im
Wesentlichen kreisbogenförmig oder tangential bezüglich des Bauteiles (6) angeordnet
ist.
14. Messeinrichtung (4) nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet,
dass zumindest eine Zeile (28 bis 32) der Enden (10a) der Lichtfasern (10) im
Wesentlichen radial bezüglich des Bauteiles (6) angeordnet ist.
15. Messeinrichtung (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass
im Bereich des Endes zumindest einer Lichtfaser (10) eine Lochblende angeordnet ist.
16. Messeinrichtung (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass
zumindest eine Lichtfaser (10) eine selbstfokusierende Endfläche aufweist.
17. Messeinrichtung (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass
das Ende zumindest einer Lichtfaser (10) in der Brennebene einer Linse angeordnet ist.
18. Messeinrichtung (4) nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Enden
mehrerer Lichtfasern (10), vorzugsweise aller Lichtfasern (10) eines Lichtleiters (9), in
der Brennebene (20) der Linse angeordnet sind.
19. Messeinrichtung (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass
die Umlenkeinrichtung (17) als Linse ausgebildet ist.
20. Messeinrichtung (4) nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die
Umlenkreinrichtung (17) eine als optische Linse, vorzugsweise als erste Zylinderlinse
(22) ausgebildete gekrümmte optische Grenzfläche (21) zum Brennraum (5) aufweist.
21. Messeinrichtung (4) nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass die
Umlenkeinrichtung (17) eine als optische Linse, vorzugsweise als zweite Zylinderlinse
(24) ausgebildete gekrümmte Umlenkfläche (23) aufweist.
22. Messeinrichtung (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass
die Umlenkeinrichtung (17) eine als Torusabschnitt ausgebildete Umlenkfläche (23)
aufweist.
23. Messeinrichtung (4) nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, dass die
gekrümmte Umlenkfläche (23) einen größeren Krümmungsradius (r2) aufweist als die
gekrümmte optische Grenzfläche (21).
24. Messeinrichtung (4) nach Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, dass in
Richtung der Längsachse (16) des Bauteiles (6) mehrere Messsektoren (M) übereinander
angeordnet sind.
25. Messeinrichtung (4) nach einem der Ansprüche 22 bis 24, dadurch gekennzeichnet,
dass die Umlenkeinrichtung (17) durch einen Saphirstift gebildet ist.
26. Messeinrichtung (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass
der Bauteil (6) als Zündkerze ausgebildet ist.
27. Messeinrichtung (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass
der Bauteil (6) als Einspritzventil ausgebildet ist.
28. Messeinrichtung (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass
pro Brennraum (5) mehrere vorzugsweise in Bauteilen (6) angeordnete Messeinrichtun
gen (4) vorgesehen sind.
29. Messeinrichtung (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass
die Messeinrichtung (4) mindestens vierzig gleichmäßig am Umfang verteilte
Sehstrahlen (5) aufweist.
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