AT515732B1 - Erfassen von Verbrennungsvorgängen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erfassen von Verbrennungsvorgängen im Brennraum einer Brennkraftmaschine mit zumindest einem in einem Zylinder (10) hin- und hergehenden Kolben (11), wobei über zumindest zwei optische Sensoren (S) Flammenintensitäten (I) in unterschiedlichen Messvolumina (15) im Brennraum (12) des Zylinders (10) erfasst werden. Um eine rasche und anschauliche Aufbereitung der Ergebnisse von optischen Verbrennungsmessungen zu ermöglichen, ist vorgesehen, dass für jeden bestimmten, vorzugsweise Kurbelwinkel (KW) ein Polardiagramm erstellt wird, in welchem die Integrale der gemessenen Flammenintensitäten (I) des Messvolumens (15) jedes Messkanals (K) zwischen der jeweiligen Sensoroberfläche und einer jeweils gegenüberliegenden Begrenzungsfläche dargestellt werden.

Description

Patentamt

Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erfassen von Verbrennungsvorgängen im Brennraum einer Brennkraftmaschine mit zumindest einem in einem Zylinder hin- und hergehenden Kolben, wobei über zumindest zwei optische Sensoren Flammenintensitäten in unterschiedlichen Messvolumina im Brennraum des Zylinders erfasst werden.

[0002] Aus den Veröffentlichungen DE 199 32 202 A1, DE 100 41 666 A1 und AT 400 769 B ist jeweils eine optoelektronische Messeinrichtung zur Erfassung von Verbrennungsvorgängen im Brennraum einer im Betrieb befindlichen Brennkraftmaschine bekannt, welche dem Brennraum zugeordnete optische Sensoren aufweist, welche mit einer Auswerteeinheit in Verbindung stehen.

[0003] Es ist bekannt, von einer optischen Sensorik aufgezeichnete Verbrennungsvorgänge bei einer Brennkraftmaschine in Diagrammen darzustellen, in denen die Flammenintensität aller Sensorkanäle über dem Kurbelwinkel aufgetragen ist. In einer in Fig. 1 dargestellten ersten Darstellungsform, bei der die Flammintensität über dem Kurbelwinkel aufgetragen wird, ist jeder Kanal als eigene Kurve dargestellt. In einer in Fig. 2 dargestellten zweiten Darstellungsform, bei der die Messkanäle über dem Kurbelwinkel aufgetragen werden, ist die Flammintensität unterscheidbar, zum Beispiel farblich, gekennzeichnet, wobei unterschiedlichen Flammintensitäten unterschiedliche Farben zugeordnet sind. Nachteilig daran ist insbesondere, dass die Interpretation der Messergebnisse einen hohen Grad an Vertrautheit mit der Technologie und dem Messverfahren voraussetzt, was eine rasche Auswertung und Erklärung der Messergebnisse erschwert.

[0004] Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und die Erfassung und Darstellungsform von Verbrennungsvorgängen zu vereinfachen.

[0005] Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass für bestimmte, vorzugsweise jeden Kurbelwinkel ein Polardiagramm erstellt wird, in welchem die Integrale der gemessenen Flammenintensitäten des Messvolumens jedes Messkanals zwischen der jeweiligen Sensoroberfläche und einer jeweils gegenüberliegenden Begrenzungsfläche dargestellt werden. Bei der Begrenzungsfläche handelt es sich um eine Begrenzungsfläche des Brennraums und es kann sich beispielsweise um eine Wand des Brennraums oder die Kolbenoberfläche handeln.

[0006] In der erfindungsgemäßen Darstellungsform wird für jeden Kurbelwinkel ein Polardiagramm erstellt, das die Integrale der gemessenen Flammenintensität des Volumens jedes Messkanals zwischen der jeweiligen Sensoroberfläche und der jeweils gegenüberliegenden Begrenzungsfläche, zum Beispiel eine Wand des Brennraums, darstellt. Messergebnisse ortsfester Aperturen werden damit in Polardiagrammen dargestellt.

[0007] Vorzugsweise ist vorgesehen, dass mehrere Sensoren vorgesehen sind, die in Gruppen angeordnet sind, wobei jeder Gruppe von optischen Sensoren ein kreis- oder ringförmiger Sektorbereich des Polardiagramms zugeordnet wird, wobei die Sektoren jedes Sektorbereiches einzelnen optischen Sensoren der entsprechenden Gruppe von optischen Sensoren zugeordnet werden.

[0008] In einer Variante der Erfindung wird jedes Polardiagramm erstellt, indem die Messvolumina auf eine normal zur Zylinderachse stehende Projektionsfläche projiziert werden und die Projektionsfläche auf der Basis der projizierten Messvolumina in einzelne Sektoren aufgeteilt wird, wobei jeder Sektor zumindest einem optischen Sensor oder einer Gruppe von optischen Sensoren zugeordnet wird und wobei in jedem Sensor das Messsignal des entsprechenden optischen Sensors oder der entsprechenden Gruppe von optischen Sensoren dargestellt wird.

[0009] In einer weiteren Variante der Erfindung mit zumindest zwei Gruppen von optischen Sensoren wird jeder Gruppe von optischen Sensoren ein kreis- oder ringförmiger Sektorbereich zugeordnet, wobei die Sektoren jedes Sektorbereiches einzelnen optischen Sensoren der entsprechenden Gruppe von optischen Sensoren zugeordnet werden.

/6

AT515 732 B1 2019-02-15 österreichisches

Patentamt [0010] Besonders vorteilhaft ist es, wenn jedem optischen Sensor und/oder jedem Sektor ein Messkanal zugeordnet wird.

[0011] Eine besonders einfache Darstellungsweise ergibt sich, wenn die Projektionsfläche samt den Sektoren auf einem Bildschirm dargestellt wird und die Sektoren in Abhängigkeit der gemessenen Lichtintensität in verschiedenen Farben dargestellt werden, wobei unterschiedlichen Lichtintensitäten unterschiedliche Farben zugeordnet werden.

[0012] In einer besonders bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung ist vorgesehen, dass die Darstellung der Messsignale kurbelwinkelsynchron verläuft. Die Erfassung der Verbrennungsvorgänge folgt somit kurbelwinkelaufgelöst, wobei für jeden Kurbelwinkel oder für jeden Kurbelwinkelbereich eine Momentaufnahme der Verbrennungsvorgänge mittels Polardiagrammen am Bildschirm dargestellt wird. Dies ermöglicht eine besonders rasche und intuitive Interpretation der Messergebnisse.

[0013] Das Sensorsignal jedes Messkanals umfasst dabei das Integral der Lichtintensitäten (Vormischflamme und Flussquellen) im Messvolumen zwischen der Sensoroberfläche und der gegenüberliegenden Begrenzungsfläche (dabei kann es sich um die Kolbenoberfläche oder den Zylinder handeln, was sich je nach Kurbelwinkel ändern kann). Bei diesem Messvolumen handelt es sich um den Brennraum je nach Kurbelwinkel bzw. Position des Kolbens.

[0014] In weiterer Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dass gleichzeitig zur Darstellung der gemessenen Flammenintensitäten auch die Position der Sichtkegel der einzelnen Messkanäle im Brennraum kurbelwinkelsynchron dargestellt wird, wobei vorzugsweise die gemessenen Flammenintensitäten in farbgraphischer Form in den Sichtkegeln der einzelnen Messkanäle im Brennraum kurbelwinkelsynchron dargestellt werden. Die farbgraphische Darstellung der gemessenen Flammenintensitäten kann an den Schnittflächen der Sichtkegel mit der Brennraumoberfläche erfolgen.

[0015] Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt eine Verknüpfung von Messsignalen (den gemessenen Flammenintensitäten) und den Brennraumgeometrien über CAD-Darstellungen, sodass Verbrennungsereignisse besser in realen Zylindergeometrien verortet werden können.

[0016] Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert.

[0017] Es zeigen [0018] Fig. 1 ein Flammenintensitäts-Kurbelwinkeldiagramm, [0019] Fig. 2 eine Messkanal-Kurbelwinkeldiagramm, [0020] Fig. 3 einen Zylinder einer Brennkraftmaschine in einem Längsschnitt, [0021] Fig. 4 die Messbereiche eines eine Vielzahl an Sensoren aufweisenden optischen Messaufnehmers, [0022] Fig. 5 eine Draufsicht auf die Kolbenoberfläche eines Kolbens, [0023] Fig. 6 ein Polardiagramm der Messergebnisse des erfindungsgemäßen Verfahrens und [0024] Fig. 7 die Zuordnung der Sektoren beim erfindungsgemäßen Verfahren.

[0025] Fig. 1 und Fig. 2 zeigen bekannte Darstellungsformen.

[0026] In Fig. 1 ist die Lichtintensität I, sowie der Zylinderdruck p über dem Kurbelwinkel KW für eine optische Messung der Verbrennungsvorgänge im Brennraum 12 einer Brennkraftmaschine dargestellt.

[0027] Fig. 2 zeigt eine andere Darstellung der Messergebnisse, wobei die einzelnen Kanäle K der optischen Sensoren über dem Kurbelwinkel KW aufgetragen sind. Die Farbintensitäten der einzelnen Messungen sind durch unterschiedliche Farben markiert.

[0028] Fig. 3 zeigt schematisch einen Zylinder 10 mit einem hin- und hergehenden Kolben 11 einer Brennkraftmaschine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. In den Brenn

2/6

AT515 732 B1 2019-02-15 österreichisches

Patentamt raum 12 mündet ein eine Vielzahl an optischen Sensoren S bzw. Lichtleitern aufweisender optischer Messaufnehmer 13 ein, welcher beispielweise in einer Zündkerze 14 integriert sein kann. Die an der Spitze des optischen Messaufnehmers 13 angeordneten Sensoren S münden so in den Brennraum 12 ein, dass jeder Sensor S ein definiertes Messvolumen 15 im Brennraum 12 erfasst. Die Messvolumina 15 sind dabei jeweils in Gruppen 1, 2, 3, 4 zusammengefasst, wie in Fig. 4 dargestellt ist. Die Gruppe 1 umfasst dabei die oberste Reihe der Messvolumina 15, die Gruppe 2 die mittlere Reihe und die Gruppe 3 die unterste Reihe der Messvolumina 15. Eine Anzahl von ringförmig angeordneten zentralen Messvolumina 15 ist zur Gruppe 4 zusammengefasst. Die Positionierung oben nach unten bezieht sich dabei auf einen vertikal bewegten Kolben 11, wobei der Sensor am oberen Ende des Brennraums 12 angeordnet ist.

[0029] Fig. 5 zeigt eine durch die Oberfläche des Kolbens 11 gebildete Projektionsfläche F mit auf die Oberfläche projizierten Messvolumina 15 (bzw. Schnittpunkten der Messvolumina 15 mit der jeweiligen Begrenzungsfläche, beispielweise der Oberfläche des Kolbens 11), welche zu ringförmigen ersten, zweiten, dritten, und vierten Gruppen 1,2, 3, 4 zusammengefasst sind.

[0030] Fig. 6 zeigt eine durch Abstraktion der Fig. 5 gebildete Projektionsfläche F, die in einzelne ringförmig angeordnete Sektoren 16 unterteilt ist, wobei jeder Sektorring A, B, C, D jeweils einer Gruppe 1, 2, 3 bzw. 4 von Messvolumina 15 zugeordnet ist.

[0031] In Fig. 7 ist die Zuordnung zwischen den Messvolumina 15 der Gruppen 1, 2, 3, 4, den Kanälen K dieser Gruppen 1, 2, 3, 4 und den Segmenten 16 im Polardiagramm dargestellt. Dabei ist in Fig. 7a eine Draufsicht auf die Oberfläche des Kolbens 11 gezeigt, in Fig. 7b die Anzahl der Kanäle K über dem Kurbelwinkel KW aufgetragen, in Fig. 7c ein Polardiagramm über die Messergebnisse und in Fig. 7d eine schematische Darstellung der Messvolumina 15 gezeigt. Mit dem Pfeil P ist die Zuordnung zwischen den Messvolumina 15 der Gruppe 1 und dem entsprechenden Sektor 16 des ersten Segmentringes A illustriert. Die Sektoren 16 werden dabei in Abhängigkeit der gemessenen Lichtintensität I im entsprechenden Messbereich 15 mit unterschiedlichen Farben dargestellt. Für jeden Grad Kurbelwinkel KW bzw. jeden Kurbelwinkelbereich wird ein eigenes Polardiagramm ermittelt und auf einem Bildschirm eines Computers in Echtzeit dargestellt. Die Darstellungsform mittels Polardiagrammen und die synchrone Geometriedarstellung je Grad Kurbelwinkel KW erlaubt eine rasche und intuitive Interpretation der Messergebnisse.

[0032] Das Sensorsignal jedes Kanals K umfasst das Integral der Lichtintensitäten I (Vormischflamme und Russquellen) im Messvolumen zwischen der Sensoroberfläche des jeweiligen Sensors S und der gegenüberliegenden Begrenzungsfläche, welche - in Abhängigkeit des Kurbelwinkels KW - die Kolbenoberfläche oder eine Zylinderwand sein kann.

[0033] Für jeden Kurbelwinkel KW wird ein Polardiagramm erstellt, welches die Integrale der gemessenen Flammenintensität I des Volumens jedes Sensorskanals K zwischen der jeweiligen Sensoroberfläche und der jeweils gegenüberliegenden Wand darstellt. Somit werden die Messergebnisse ortsfester Aperturen in Polardiagrammen dargestellt. Im Rahmen der vorliegenden Offenbarung wird unter einem Polardiagramm eine Darstellung in einem zweidimensionalen Polarkoordinatensystem verstanden, wobei jeder Punkt durch einen Abstand von einem vorgegebenen festen Punkt bzw. Radius r vom Mittelpunkt des Diagramms und den Winkel α festgelegt wird. Sowohl der Winkel a, als auch der Radius r jedes Sektors 16 im Polardiagramm beziehen sich dabei auf die Position im der Messung zu Grunde liegenden Zylinder 10.

Claims (9)

1. Patentansprüche

   1. Verfahren zum Erfassen von Verbrennungsvorgängen im Brennraum einer Brennkraftmaschine mit zumindest einem in einem Zylinder (10) hin- und hergehenden Kolben (11), wobei über zumindest zwei optische Sensoren (S) Flammenintensitäten (I) in unterschiedlichen Messvolumina (15) im Brennraum (12) des Zylinders (10) erfasst werden, dadurch gekennzeichnet, dass für bestimmte, vorzugsweise jeden Kurbelwinkel (KW) ein Polardiagramm erstellt wird, in welchem die Integrale der gemessenen Flammenintensitäten (I) des Messvolumens (15) jedes Messkanals (K) zwischen der jeweiligen Sensoroberfläche und einer jeweils gegenüberliegenden Begrenzungsfläche dargestellt werden.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Polardiagramm erstellt wird, indem die Messvolumina (15) auf eine normal zur Zylinderachse (10a) stehende Projektionsfläche (F) projiziert werden und die Projektionsfläche (F) auf der Basis der projizierten Messvolumina (15) in einzelne Sektoren (16) aufgeteilt wird, wobei jeder Sektor (16) zumindest einem optischen Sensor (S) oder einer Gruppe von optischen Sensoren zugeordnet wird und dass in jedem Sektor (16) das Messsignal des entsprechenden optischen Sensors (S) oder der Gruppe von optischen Sensoren dargestellt wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 mit zumindest zwei Gruppen (1, 2, 3, 4) von optischen Sensoren (S), dadurch gekennzeichnet, dass jeder Gruppe (1, 2, 3, 4) von optischen Sensoren (S) ein kreis- oder ringförmiger Sektorbereich (A, B, C, D) zugeordnet wird, wobei die Sektoren (16) jedes Sektorbereiches (A, B, C, D) einzelnen optischen Sensoren (S) der entsprechenden Gruppe (1, 2, 3, 4)von optischen Sensoren zugeordnet werden.
4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass jedem optischen Sensor (S) und/oder jedem Sektor (16) ein Messkanal (K) zugeordnet wird.
5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Projektionsfläche (F) samt den Sektoren (16) auf einem Bildschirm dargestellt wird und die Sektoren (16) in Abhängigkeit der gemessenen Lichtintensität (I) in verschiedenen Farben dargestellt werden, wobei unterschiedlichen Lichtintensitäten (I) unterschiedliche Farben zugeordnet werden.
6. 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Darstellung der Messsignale kurbelwinkelsynchron erfolgt.
7. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass gleichzeitig zur Darstellung der gemessenen Flammenintensitäten auch die Position der Sichtkegel der einzelnen Messkanäle im Brennraum kurbelwinkelsynchron dargestellt wird.
8. 8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die gemessenen Flammenintensitäten in farbgraphischer Form in den Sichtkegeln der einzelnen Messkanäle im Brennraum kurbelwinkelsynchron dargestellt werden.
9. 9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die farbgraphische Darstellung der gemessenen Flammenintensitäten an den Schnittflächen der Sichtkegel mit der Brennraumoberfläche erfolgt.