DE4230374A1 - Zylinderkopfdichtung - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Zylinderkopfdichtung für
Verbrennungskraftmaschinen mit mindestens einer auf
der Dichtung angeordneten Meßvorrichtung zur
indirekten Erfassung des Brennraumdrucks einer
Verbrennungskraftmaschine, insbesondere zur Erkennung
von vor allem durch Motorklopfen oder Motoraussetzern
erzeugten Unregelmäßigkeiten im Verbrennungsablauf von
Verbrennungskraftmaschinen.
Es ist bekannt, Zylinderkopfdichtungen für
Verbrennungskraftmaschinen mit Meßvorrichtungen
auszurüsten, mit denen durch vor allem Motoraussetzer
oder Motorklopfer erzeugte Unregelmäßigkeiten des
Verbrennungsablaufs der Motoren im Betrieb erfaßt und
zur Steuerung eines störungsfreien Verbrennungsablaufs
des Motors verwendet werden können. Insbesondere bei
modernen Motoren, die zur Steigerung ihres
Wirkungsgrades mit immer höherer Verdichtung betrieben
werden, steigt die Gefahr des Klopfens im
Motorbetrieb, was erfaßt und dem beispielsweise durch
Veränderung des Zündwinkels entgegengeregelt werden
muß. Ebenso müssen zum Schutz der Katalysatoren im
Abgassystem Motoraussetzer zuverlässig erkannt werden,
damit Vergiftungen durch schädliche Emissionen oder
durch Überhitzungen durch Nachverbrennung
unverbrauchter Kraftstoffgemische im Katalysator
vermieden werden können.
Sowohl das Motorklopfen als auch Motoraussetzer
erzeugen anomale Änderungen der Druckverteilung im
Dichtspalt zwischen Zylinderkopf und Motorblock und
lassen sich durch geeignete, auf der
Zylinderkopfdichtung angeordnete Druckmeßvorrichtungen
erfassen. Nach beispielsweise der DE-OS 40 15 109
bestehen solche Meßvorrichtungen aus auf der
Zylinderkopfdichtung benachbart zu den
Brennraumöffnungen angeordnete Meßvorrichtungen aus
Weg-, Kraft- und/oder Druckaufnehmern, und nach der
DE-OS 30 06 603 werden durch Unregelmäßigkeiten im
Verbrennungsablauf erzeugte Temperaturschwankungen mit
auf der Zylinderkopfdichtung angeordneten und bis in
die Brennraumeinfassungen reichende Thermoelemente
erfaßt und nach der PCT-PA-WO 89 03 520 werden durch
Unregelmäßigkeiten im Verbrennungsablauf erzeugte
Unterschiede der Zusammensetzung von Verbrennungsgasen
mit bis in die Brennraumöffnungen der
Zylinderkopfdichtung reichende Ionenstromsonden
kontrolliert.
Problematisch bei derartig auf der
Zylinderkopfdichtung angeordneten Meßvorrichtungen ist
ihr relativ hoher Platzbedarf, durch den die
Abdichtwirkung der Zylinderkopfdichtung beeinträchtigt
werden kann sowie ihre Störanfälligkeit gegenüber den
unter Betriebsbedingungen im Motor herrschenden hohen
Drücken und Temperaturen. Meßergebnisse elektronischer
Meßvorrichtungen können zusätzlich durch die im
Motorraum im Betrieb auftretenden elektromagnetischen
Felder gestört werden.
Zum Schutz der Meßvorrichtungen ist es beispielsweise
nach der DE-OS 40 15 109 bekannt, diese mit Folien zu
umhüllen und dann die relativ großvolumigen
Meßvorrichtungen in in die Dichtung eingeprägten
Vertiefungen anzuordnen und gegebenenfalls zusätzlich
durch auf die Dichtung aufgetragenen Beschichtungen zu
isolieren. Solche Maßnahmen schützen zwar die
Meßvorrichtungen wirkungsvoll und die in die
Vertiefungen angeordneten Meßvorrichtungen
beeinträchtigen nicht mehr das Abdichtverhalten der
Dichtungen, allerdings erfordern dann die relativ
großvolumigen Meßvorrichtungen ausreichend dicke
Dichtungen mit ausreichend groben freien Flächen für
ihre Unterbringung. Solche Bauräume stehen aber bei
den im Einsatz befindlichen Zylinderkopfdichtungen
meist nicht zur Verfügung und viele Seriendichtungen
müßten völlig neu konzipiert werden, damit derartige
Meßvorrichtungen untergebracht werden könnten.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe
zugrunde, eine Zylinderkopfdichtung gemäß Oberbegriff
des Hauptpatentanspruchs zu schaffen, deren
Meßvorrichtung einfach und störungssicher ist und die
sich möglichst ohne Beeinträchtigung des
Funktionsverhaltens auf der Dichtung bei möglichst
kleinem Bauraum montieren lassen kann.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine
Zylinderkopfdichtung mit mindestens einer auf der
Dichtung angeordneten Meßvorrichtung gelöst, die aus
einem Lichtwellenleiter besteht, dessen optische
Spannungsdoppelbrechung sich abhängig von dem auf
dem Lichtwellenleiter einwirkenden Druck ändert. Das
eine Ende des Lichtwellenleiters ist mit einem
Polarisator verbunden, durch den polarisiertes Licht
in den Lichtwellenleiter eingekoppelt wird, während
das andere Ende mit einem Analysator verbunden ist,
durch den der Polarisationszustand des durch den
Lichtwellenleiter geflossenen Lichtes bestimmt wird.
Im motorischen Betrieb verändert sich jetzt durch
Unregelmäßigkeiten im Verbrennungsablauf, wie vor
allem durch Motorklopfen und Motoraussetzer, der auf
den Lichtwellenleiter wirkende Druck in
charakteristischer Weise und erzeugt innerhalb der
Glasfaser Veränderungen der Spannungsdoppelbrechung.
Das durch den Lichtwellenleiter fliegende Licht
verändert seinen Polarisationszustand; der
Polarisationszustand des Lichtes wird im
nachgeschalteten Analysator angezeigt und die
gemessene Polarisationsänderung des Lichtes kann zur
Kontrolle des Verbrennungsablaufs im Motor und
gegebenenfalls zur Regelung des Verbrennungsablaufs im
Motor herangezogen werden.
Die Anordnung der Lichtwellenleiter auf der
Zylinderkopfdichtung kann auf den Anwendungsfall
bezogen variiert werden. Bei Zylinderkopfdichtungen
für Reihenmotoren mit mehreren in Reihe angeordneten
Brennraumöffnungen ist bevorzugt jeder
Brennraumöffnung ein Lichtwellenleiter zugeordnet, der
entweder die Brennraumöffnung ringförmig umgebend oder
als gerade Meßstrecke der jeweiligen Brennraumöffnung
benachbart zugeordnet ist. Im Sinne der Erfindung kann
ein Lichtwellenleiter als gerade Meßstrecke zwei
Brennraumöffnungen oder mehr zugeordnet sein, oder es
kann nur ein Teil der Brennraumöffnungen mit den
erfindungsgemäßen Meßvorrichtungen ausgerüstet sein.
Die Enden der Lichtwellenleiter sind bevorzugt über
den Rand der Dichtung geführt, so daß außerhalb der
Dichtung Lichtquelle und Polarisator sowie Analysator
und zugehörige Auswerteinrichtungen angeordnet sind.
Die Lichtwellenleiter sind bevorzugt auf der dem
Zylinderkopf zugewandten Zylinderkopfseite angeordnet,
da hier geringere Temperaturen auftreten. Im
Normalfall genügt es, wenn die Lichtwellenleiter nur
auf der Dichtfläche aufliegend angeordnet sind, da
durch die kleinen Durchmesser der Lichtwellenleiter
das Abdichtverhalten der Dichtung allenfalls nur
gering beeinflußt wird. Dann, wenn der
Dichtpressungsdruck auf den Lichtwellenleitern zu grob
wird, ist es möglich, die Lichtwellenleiter in Nuten
auf der Zylinderkopfdichtung so anzuordnen, daß sie
nur zu einem Teil aus der Nut herausragen und nur zu
einem Teil vom Dichtpressungsdruck belastet werden,
oder es ist möglich, die Lichtwellenleiter mit
polymeren Beschichtungen abzudecken.
Im Sinne der Erfindung ist es gleichermaßen möglich,
herkömmliche Weichstoffflachdichtungen mit vor allem
Weichstoffschichten aus Faservliesmaterialien oder
Graphit oder Metalldichtungen mit den
erfindungsgemäßen Meßvorrichtungen auszurüsten. Die
Lichtwellenleiter und die mit dem Lichtwellenleiter
verbundene Lichtquelle, der Polarisator und der
Analysator einschließlich der elektronischen
Meßvorrichtungen sind handelsüblich. Da herkömmliche,
handelsübliche Lichtleitfasern bereits eine
druckabhängige Spannungsdoppelbrechung und damit
druckabhängige Polarisationsänderungen des Lichtstroms
hervorrufen, können herkömmliche Lichtleitfasern als
Lichtwellenleiter eingesetzt werden. Bevorzugt werden
aber Lichtleitfasern aus speziellen Glassorten mit
hoher druckabhängiger Änderung der
Spannungsdoppelbrechung verwendet, die ebenfalls im
Handel erhältlich sind.
Durch die Erfindung sind Zylinderkopfdichtungen mit
Meßvorrichtungen zur Erfassung von durch einen
unregelmäßigen Verbrennungsablauf in einer
Verbrennungskraftmaschine erzeugte Druckschwankungen
geschaffen, die einfach und störungssicher sind und
die sich ohne Beeinträchtigung des Funktionsverhaltens
bei kleinem Bauraum auf der Dichtung montieren lassen.
Die verwendeten Lichtwellenleiter sind einfach und
ihre Funktion wird durch die im Motor auftretenden
Temperaturen nicht beeinträchtigt. Die verwendeten
Lichtwellenleiter sind auf den Zylinderkopfdichtungen
einfach zu montieren, und sie beeinflussen das
Funktionsverhalten der Dichtung durch ihren kleinen
Durchmesser nicht. Sie benötigen einen kleinen
Bauraum, und sie können vor allem auch durch ihre
einfache Montierbarkeit praktisch an jeder beliebigen
Stelle der Dichtung anwendungsgerecht angeordnet
werden. Dadurch können auch Seriendichtungen ohne
wesentliche konstruktive Änderungen mit den
erfindungsgemäßen Meßvorrichtungen nachgerüstet
werden.
Die Erfindung wird durch die 3 Abbildungen näher
erläutert, die Aufsichtbilder auf verschiedene, mit
den erfindungsgemäßen Meßvorrichtungen ausgerüstete
Zylinderkopfdichtungen zeigen.
In Fig. 1 ist (1) eine Zylinderkopfdichtung für einen
Reihenmotor mit vier in Reihe nebeneinander
angeordneten Brennraumöffnungen (2). Um jede
Brennraumöffnung (2) herum ist ein Lichtwellenleiter
(3) geführt, dessen Enden (4, 5) über die Dichtung (1)
hinausragen. Das Lichtwellenleiterende (4) ist mit
einem Polarisator (6) verbunden, durch den von einer
Lichtquelle (nicht dargestellt) ausgehendes Licht
polarisiert wird und durch den Lichtwellenleiter (3)
geschickt wird. Am anderen Ende (5) des
Lichtwellenleiters (3) wird der Polarisationszustand
des austretenden Lichtes mit Hilfe des Analysators (7)
bestimmt. Druckänderungen am Lichtwellenleiter (3)
durch Unregelmäßigkeiten im Verbrennungsablauf der
Verbrennungskraftmaschine führen zu Änderungen des
Polarisationszustandes des Lichtes. Diese Änderungen
werden im Analysator (7) angezeigt und von dort zu
Auswerteinrichtungen (nicht dargestellt) und
Regeleinrichtungen (nicht dargestellt) für den
Verbrennungsablauf des Motors weitergeleitet.
In Fig. 2 ist jeder Brennraumöffnung (2′) der
Zylinderkopfdichtung (1) ein als gerade Meßstrecke
angeordneter Lichtwellenleiter (8) zugeordnet. Die
über die Dichtung (11) hinausragenden Enden (9, 10)
des Lichtwellenleiters (8) sind mit dem Polarisator
(11) und dem Analysator (12) verbunden.
In Fig. 3 ist jeweils zwei Brennraumöffnungen (2′′)
der Zylinderkopfdichtung (1′′) ein Lichtwellenleiter
(13) als geradlinige Meßstrecke zugeordnet. In diesem
Fall sind der Polarisator mit Lichtquelle (14) und der
Analysator (15) in die Enden des Lichtwellenleiters
integriert und ebenfalls auf der Dichtung (1′′)
angeordnet. Der Meßvorgang in den Lichtwellenleitern
(8, 13) der Fig. 2 und 3 erfolgt analog zum in
Fig. 1 beschriebenen Meßvorgang.
Claims (7)
1. Zylinderkopfdichtung für
Verbrennungskraftmaschinen mit mindestens einer
auf der Dichtung angeordneten Meßvorrichtung zur
indirekten Erfassung des Brennraumdruckes einer
Verbrennungskraftmaschine, insbesondere zur
Erkennung von vor allem durch Motorklopfen oder
Motoraussetzer erzeugten Unregelmäßigkeiten im
Verbrennungsablauf von
Verbrennungskraftmaschinen, dadurch
gekennzeichnet, daß die Meßvorrichtung (3, 4, 5,
6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15) aus einem
Lichtwellenleiter (3, 8, 13) besteht, dessen
optische Spannungsdoppelbrechung sich abhängig
von dem auf den Lichtwellenleiter (3, 8, 13)
wirkende Flächenpressungsdruck ändert, der an
seinem ersten Ende (4, 9, 14) mit einem
Polarisator (6, 11, 14) verbunden ist, über den
polarisiertes Licht in den Lichtwellenleiter (3,
8, 13) eingekoppelt wird und der an seinem
anderen Ende (5, 10, 15) mit einem Analysator
(7, 12, 15) verbunden ist, durch den der
Polarisationszustand des durch den
Lichtwellenleiter (3, 8, 13) geflossenen Lichtes
bestimmt wird.
2. Zylinderkopfdichtung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß der Lichtwellenleiter (3, 8,
13) auf der Zylinderkopfseite der Dichtung (1)
angeordnet ist.
3. Zylinderkopfdichtung nach den Ansprüchen 1 und
2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder
Brennraumöffnung (2) der Zylinderkopfdichtung
(1) ein Lichtwellenleiter (3, 8) zugeordnet ist.
4. Zylinderkopfdichtung nach mindestens einem der
Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß
der Lichtwellenleiter (3) die Brennraumöffnung
(2) ringförmig umgibt.
5. Zylinderkopfdichtung nach mindestens einem der
Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß
der Lichtwellenleiter (8) als geradlinige
Meßstrecke an der Brennraumöffnung (2′)
angeordnet ist.
6. Zylinderkopfdichtung nach mindestens einem der
Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß
ein Lichtwellenleiter (13) zwei
Brennraumöffnungen (2′′) zugeordnet ist.
7. Zylinderkopfdichtung nach mindestens einem der
Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß
der Analysator (7, 12, 15) mit einer
elektronischen Auswertvorrichtung zur Auswertung
der am Analysator erhaltenen Meßergebnisse
verbunden ist, über die der Verbrennungsablauf
des Motors reguliert und eingestellt werden
kann.
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1992
- 1992-09-11 DE DE19924230374 patent/DE4230374C2/de not_active Expired - Fee Related
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DE4230374C2 (de) | 1995-04-13 |
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