Optische Sensoren dienen in Verbrennungsmotoren, beispielsweise in Ottomotoren oder Dieselmotoren, der Untersuchung der Verbrennung. Die zeitliche Aufnahme der Lichtintensität in ei- nem Brennraum liefert einerseits wichtige Daten als Randbedin- gungen für Computermodelle, da von der Lichtintensität auf die Temperatur geschlossen werden kann. Andererseits kann bei der Ermittlung der Lichtintensität auf die Russkonzentration im Brennraum geschlossen werden. Aufgrund immer schärfer werdender Vorschriften der Abgas Gesetzgebung werden grosse Anstrengungen unternommen, um die Russbildung bei der Verbrennung in Motoren zu verringern. Optische Sensoren liefern für diese Entwicklun- gen wertvolle Daten.

Von speziellem Interesse im Zusammenhang mit dieser Erfindung sind optische Sensoren, die einen Erfassungswinkel von bis zu 130° und einen derart geringen Durchmesser aufweisen, dass sie in eine Zündkerze oder Glühkerze eingebaut werden kann.

In Testversuchen stellte sich heraus, dass die dem Brennraum zugewandte Seite des optischen Sensors nach einer gewissen Be- triebszeit, meistens schon nach wenigen Minuten, mit Russ be- deckt wird. Dadurch reduziert sich die Lichtdurchlässigkeit der vordersten Linse. Nach der Verrussung dieser Linse lassen die durch den optischen Sensor gemessenen Werte nur nach einer auf- wändigen rechnerischen Kalibrierung Rückschlüsse auf die Licht- intensität im Brennraum zu. Zu diesem Zweck muss der Sensor ausgebaut und nach der Kalibrierung gereinigt werden. Dies un- terbricht die Messung, ist sehr zeitaufwändig und teuer.

Erfahrungen haben gezeigt, dass der Russ weggebrannt und die vorderste Linse gereinigt werden kann, wenn die Temperatur an dieser Linse mindestens 400 °C beträgt. Zu diesem Zweck wird in einigen Anwendungen die vorderste Spitze des Sensors gezielt mit dem heissem Gas des Brennraums umströmt. Dadurch wird der Russ, je nach Temperatur im Brennraum, mit der Zeit wieder ver- brannt und die Messung liefert wieder brauchbare Werte. Leider genügt die Umströmung in den meisten Fällen nicht, um die vor- derste Linse wirklich sauber zu brennen.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen optischen Sensor zum Erfassen von Verbrennungsvorgängen in einem Brenn- raum zu beschreiben, der nicht durch eine Russablagerung an der dem Brennraum zugewandten Seite beeinträchtigt ist.

Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des ersten Patentan- spruchs.

Die Erfindung wird unter Verwendung der folgenden Zeichnungen erläutert. Es zeigen Fig. 1 eine erfindungsgemässe Ausführungsform eines optischen Sensors Fig. 2 eine Detailansicht einer Sensorspitze eines erfin- dungsgemässen optischen Sensors Fig. 1 zeigt einen optischen Sensor 1. Dieser Sensor 1 weist an der dem Brennraum 7 zugewandten Seite eine oder mehrere Linsen 2 auf. Das durch die Linsen 2 einfallende Licht wird mittels eines im Zentrum des Sensors 1 verlaufenden Lichtleiters weiter geleitet und anschliessend zur Auswertung aufbereitet.

Die vorderste Fläche der Linse 2 des Sensors 1 wird bei einer Messung durch Russ aus dem Brennraum 7 verschmutzt. Dieses er- findungsgemässe Ausführungsbeispiel weist an der Spitze des Sensors 1, im Bereich der vordersten Linse 2, eine Heizung 4 auf. Die Erfindung besteht darin, dass die Sensorspitze mittels dieser Heizung 4 auf eine Temperatur aufgeheizt werden kann, bei welcher der Russ an der vordersten Linse 2 verbrannt wird.

Dadurch kann der Sensor 1 während der gesamten gewünschten Messdauer sauber und funktionstüchtig bleiben.

In diesem Ausführungsbeispiel besteht die Heizung 4 aus einem Heizwendel. Ein am Sensor 1 angebrachter Temperaturmessfühler 6 dient der Temperaturregelung.

Die Figur 2 zeigt die Spitze eines erfindungsgemässen Ausfüh- rungsbeispieles eines optischen Sensors 1 mit Linsen 2 und mit dem anschliessenden Lichtleiter 3. Die hier beschriebene Erfin- dung lässt sich bei anderen optischen Sensoren ebenso einset- zen. Diese Figur soll keine einschränkende Wirkung haben. Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 2 wurde der Heizdraht 4 mehr- fach um die Linsen 2 gewickelt. Bevorzugt sind Wicklungen zwi- schen 1 bis 8 Windungen, insbesondere 2 bis 4 Windungen. Bevor- zugt wird ein Heizdraht 4 mit einem Querschnitt zwischen 0.25 und 1 mm verwendet. Die Leistung, mit welcher der Heizdraht 4 beheizt wird, liegt bevorzugt zwischen 10 und 70 Watt, insbe- sondere zwischen 15 und 40 Watt.

Die Heizung 4 wird bereits vor Einsatz einer Messung auf die gewünschte Temperatur gebracht, die erforderlich ist, um die Oberfläche der vordersten Linse 2 stets sauber zu halten. Die dafür erforderliche Temperatur beträgt etwa 400 °C, vorzugswei- se etwa 600 °C an der Sensorspitze. Russ, der sich auf die Oberfläche der vordersten Linse 2 absetzen würde, wird bei die- sen Temperaturen sofort verbrannt. Während der gesamten Messung sorgt das Heizsystem für eine saubere Linse 2 und daher diesbe- züglich zuverlässige Messungen.

Alternativ dazu kann die erforderliche Beheizung auch mittels Zuführung von Energie in Form von elektromagnetischen Wellen erzeugt werden. Diese Energie kann beispielsweise durch einen Laser erzeugt sein. Dabei kann das Licht über den Lichtleiter 3 auf die Linse geleitet werden. Ablagerungen auf der Linse 2 ab- sorbieren die auftreffende Energie und werden dadurch ver- brannt. Ein Unterschied dieser Anordnung ist allerdings, dass die Heizung nicht während der Messung in Betrieb sein kann. Die Messung muss demnach nach einer erneuten Verrussung wieder un- terbrochen und gereinigt werden.

Alternativ dazu können Leitungen oder Kanäle neben den Linsen vorgesehen sein, die mit einem Fluid gefüllt sind. Dieses Fluid wird auf geeignete Weise auf die gewünschte Temperatur erwärmt und in dafür vorgesehenen Leitungen oder Kanälen an die Sensor- spitze gebracht. Das Abgeben der Wärme in diesem Bereich der Sensorspitze sorgt wiederum für die Verbrennung des Russes auf der vordersten Linse.

Der Vorteil einer Beheizung der Sensorspitze liegt darin, dass die Messung in jedem Betriebspunkt, ungeachtet des Verrussungs- grades, insbesondere bei der dieselmotorischen Verbrennung durchgeführt werden kann. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass keine aufwändige Kalibrierung durchgeführt werden muss und dass der Sensor nicht ausgebaut werden muss.

Liste der Bezeichnungen 1 Sensor 2 Linse 3 Lichtleiter 4 Heizung, z. B. Heizwendel 5 Heizleitung 6 Temperaturfühler 7 Brennraum