DE4230374C2 - Zylinderkopfdichtung für eine Verbrennungskraftmaschine - Google Patents
Zylinderkopfdichtung für eine VerbrennungskraftmaschineInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Zylinderkopfdichtung für
eine Verbrennungskraftmaschine mit den Merkmalen des
Oberbegriffs des Anspruchs 1.
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.
Aus der WO 91/18198 ist es bekannt, Lichtwellenleiter
aus Quarzglasfasern oder Glasfasern einzusetzen, um
Dichtspaltbewegungen zwischen Motorblock und
Zylinderkopf zu erfassen. Die Lichtwellenleiter sind
den Brennraumöffnungen zugekehrt und erfassen
Spaltbewegungen senkrecht zur Ebene der
Dichtungsplatte. Bei Spaltbewegungen verformt sich der
Lichtwellenleiter. Durch das an den Krümmungsstellen
austretende Licht entstehen Helligkeitsänderungen am
Ende des Lichtleiters. Diese werden gemessen und als
Maß für Unregelmäßigkeiten im Verbrennungsablauf des
Motors ausgewertet. Der Lichtleiter ist in den
Weichstoff der Dichtung eingebaut, derart, daß er auf
der einliegenden metallischen Trägerplatte
aufliegt. Die vom Trägerblech abstehenden
Verankerungszungen können dabei, um den aufliegenden
Glasfaser-Lichtleiter-Sensor nicht zu zerstören, nur
nach einer Richtung vom Trägerblech abstehen, so daß
der Lichtleitersensor auf einem glatten Trägerblech
aufliegt. Üblicherweise aber stehen die vom
Trägerblech ausgehenden Verankerungszungen nach beiden
Seiten ab, damit die auf beiden Seiten aufliegenden
Weichstoffschichten ausreichend am Trägerblech
befestigt werden. Ein solches Trägerblech mit
beidseitig abstehenden Verankerungszungen kann
folglich nicht verwendet werden, so daß eine
Weichstoffschicht unter Beeinträchtigung der Funktion
nicht ausreichend befestigbar ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine
gattungsgemäße Zylinderkopfdichtung dahingehend zu
verbessern, daß eine einfache und störungssichere
Befestigung der Meßvorrichtung ermöglicht wird.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine
Zylinderkopfdichtung mit den Merkmalen
des Anspruchs 1 gelöst.
Im motorischen Betrieb verändert sich 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, aus der der Lichtwellenleiter besteht,
Veränderungen der Spannungsdoppelbrechung. Das durch
den Lichtwellenleiter fließende 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. Wenn der Dichtpressungsdruck
auf den Lichtwellenleitern zu groß 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.
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. Der
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 erzeugten 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 Aufsichtsbilder 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 (5) ist mit
einem Polarisator (6) verbunden, durch den von einer
Lichtquelle (nicht dargestellt) ausgehendes Licht
polarisiert und dann durch den Lichtwellenleiter (3)
geschickt wird. Am anderen Ende (4) 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 (1′) 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 eine
Verbrennungskraftmaschine, mit mindestens einer
Brennraumöffnung (2) und mit mindestens einem
auf der Zylinderkopfdichtung (1) angeordneten
Lichtwellenleiter (3) als Meßvorrichtung zur
indirekten Erfassung des Brennraumdruckes der
Verbrennungskraftmaschine, insbesondere zur
Erkennung von vor allem durch Motorklopfen oder
Motoraussetzer erzeugten Unregelmäßigkeiten im
Verbrennungsablauf der
Verbrennungskraftmaschine, dadurch
gekennzeichnet, daß der Lichtwellenleiter (3)
an seinem einen Ende (5) mit einem Polarisator
(6) verbunden ist, über den polarisiertes Licht
in den Lichtwellenleiter (3) eingekoppelt wird,
und an seinem anderen Ende (4) mit einem
Analysator (7) verbunden ist, durch den der
Polarisationszustand des durch den
Lichtwellenleiter (3) geflossenen Lichtes
bestimmt wird, und daß der Lichtwellenleiter (3)
auf der Dichtfläche der Zylinderkopfdichtung (1)
aufliegend angeordnet ist.
2. Zylinderkopfdichtung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß der Lichtwellenleiter (3)
auf der Zylinderkopfseite der
Zylinderkopfdichtung (1) angeordnet ist.
3. Zylinderkopfdichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß jeder
Brennraumöffnung (2) der Zylinderkopfdichtung
(1) ein Lichtwellenleiter (3) zugeordnet ist.
4. Zylinderkopfdichtung nach einem der Ansprüche 1
bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der
Lichtwellenleiter (3) die Brennraumöffnung (2)
ringförmig umgibt (Fig. 1).
5. Zylinderkopfdichtung nach einem der Ansprüche 1
bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der
Lichtwellenleiter (8) als geradlinige Meßstrecke
an der Brennraumöffnung (2′) angeordnet ist
(Fig. 2).
6. Zylinderkopfdichtung nach einem der Ansprüche 1
bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein
Lichtwellenleiter (13) zwei Brennraumöffnungen
(2′′) zugeordnet ist (Fig. 3).
7. Zylinderkopfdichtung nach einem der Ansprüche 1
bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der
Analysator (7) mit einer elektronischen
Auswertvorrichtung zur Auswertung der am
Analysator (7) erhaltenen Meßergebnisse
verbunden ist, über die der Verbrennungsablauf
der Verbrennungskraftmaschine reguliert und
eingestellt werden kann.
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