Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft eine Zündkerze mit einem optischen Fenster zum Erfassen von Verbrennungsvorgängen in einem Ot- tomotor, wobei sich das optische Fenster in der Mittel¬ elektrode der Zündkerze befindet.

Stand der Technik

Zur Untersuchung des Klopfens während der Verbrennung in einem Ottomotor werden beispielsweise optische Sensoren eingesetzt. Diese messen die Helligkeit im Brennraum und geben so Aufschluss über die zeitliche Abfolge der Gescheh¬ nisse während einer Verbrennung. Zu diesem Zweck werden op¬ tische Sensoren beispielsweise in Zündkerzen untergebracht. Diese tendieren aber nach kurzer Zeit zu verschmutzen, wo- durch vereinzelt optische Sensoren in die Mittelelektrode von Sensoren eingebaut werden. Während der Zündung sind die Oberflächen hohen Temperaturen ausgesetzt, wodurch diese gesäubert werden, da der dort abgelagerte Russ durch die Hitze verbrennt.

Zündkerzen eingangs erwähnter Art sind bekannt. In der DE 3001711 von Robert Bosch GmbH sind verschiedene Ausfüh¬ rungsformen dargelegt, wobei beispielsweise ein Saphirstab verwendet wird oder ein Bündel von Lichtleitern. Nachteilig an diesen Anordnungen ist, dass der Saphirstab einen sehr geringen Öffnungswinkel aufweist und dass das Bündel an Lichtleitern auch nicht den exakten Positionen zugeordnet werden kann.

Zu beachten ist, dass zur Untersuchung des Klopfens die Ge¬ biete flächig um die Zündkerze herum ausgewertet werden müssen.

Darstellung der Erfindung

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Zündkerze mit einem optischen Sensor anzugeben, welcher die Lichtemission flächig um die Zündkerze herum erfassen kann und nach Möglichkeit eine richtungsabhängige Auswertung er- laubt.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass das optische Fenster mindestens eine Linse aufweist, welche dem Brennraum ausge¬ setzt ist, sowie mindestens einen flexiblen Lichtleiter, welcher Licht von der Linse durch die Zündkerze hindurch in ein Auswertesystem leiten kann.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Im Folgenden wird die Erfindung unter Beizug der Zeichnun¬ gen näher erklärt. Es zeigen

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsge- mässen Spitze einer Zündkerze;

Fig. 2 eine alternative Ausführungsform einer schemati¬ schen Darstellung einer erfindungsgemässen Spitze einer Zündkerze.

Wege zur Ausführung der Erfindung

Gleiche Bezeichnungen in den Figuren stehen für dieselben Erläuterungen.

Die Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer erfin- dungsgemässen Spitze einer Zündkerze 1. Diese umfasst eine Mittelelektrode 2 sowie eine Masselektrode 3, wobei diese beiden Elektroden durch einen Isolator 4 voneinander ge¬ trennt sind. Bei einem Zündvorgang schlägt ein Funke zwi¬ schen den beiden Elektroden. In den hier dargestellten Bei- spielen sind Gleitfunkenzündkerzen dargestellt. Diese haben den Vorteil, die Sicht des optischen Fensters weniger zu verhindern. Andere Zündkerzen können aber auch verwendet werden.

Der Vorteil ist allerdings, Seriezündkerzen verwenden zu können, da diese viel kostengünstiger in der Herstellung sind als Spezialanfertigungen.

Die Mittelelektrode 2 hat die Gestalt eines Rohres und weist somit eine innere Öffnung auf. Diese Öffnung ist an ihrem dem Brennraum 10 zugewandten Ende mit einer Linse 5 versehen.

Die Achse der Linse 5 verläuft jeweils in Zündkerzenachse.

In der Fig. 1 ist die Linse 5 derart ausgestaltet, dass senkrecht zur Linsenachse eintreffendes Licht L um 90° in die Linse 5 hinein umgelenkt wird. Beim Austritt aus der Linse 5 wird der Lichtstrahl in einen der vielzähligen fle¬ xiblen Lichtleiter 6 geleitet, welche angrenzend an die Linse 5 an deren Innenfläche auf einem Kreis angeordnet sind. Somit lässt sich die Lichtintensität ortsabhängig auswerten, da benachbarte Lichtleiter Licht aus anderen Sektoren empfangen.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Linse 5 ist in Fig. 1 dargestellt. Diese Linse weist eine im wesentlichen zylind¬ rische Form auf, wobei die dem Brennraum 10 zugewandte Kan¬ te eine Brechungsphase 7 aufweist. An dieser Brechungsphase 7 wird Licht L, welches aus einer Richtung senkrecht zur Achse A auf die Linse 5 auftrifft, auf eine gegenüberlie¬ gende Kerbe 8 abgelenkt. Diese Kerbe 8 verläuft ringförmige auf der Mantelfläche des Zylinders. Ihre dem Brennraum 10 abgewandte Phase 9 ist verspiegelt. Der auf diese verspie- gelte Phase 9 auftreffende Lichtstrahl wird in die ge¬ wünschte Richtung abgelenkt und tritt schliesslich in den Lichtleiter 6 ein. Der Spiegel wird dadurch erreicht, dass die Phase beispielsweise mit Platin oder Gold beschichtet wird. Da diese Schicht nicht direkt dem Brennraum 10 ausge- setzt ist, besteht keine Gefahr einer Beschädigung durch die Verbrennung im Motor.

Zusätzlich lässt sich angrenzend an die Linse an deren In¬ nenfläche mittig ein weiterer Lichtleiter 6' anordnen. Vor¬ teilhafterweise ist die Innenfläche der Linse 5 konkav aus- gestaltet.

In der Fig. 2 ist ein Doppellinsensystem dargestellt mit den Linsen 5' und 5".

Dieses Doppellinsensystem besteht aus mindestens einer im Wesentlichen plankonkaven Linse 5" und einer doppelkonkaven Linse 5' , wobei die plane Seite der plankonkaven Linse 5" dem Brennraum ausgesetzt ist. Der zentrale Lichtleiter 6' schliesst unmittelbar an die Doppelkonkave Linse 5' an. Die Linsen können so ausgestaltet sein, dass ein Erfassungswin¬ kel von dem Doppellinsensystem 5', 5" mindestens 120°, vor- zugsweise mindestens 135°, insbesondere bis 140° aufweist.

Diese Anordnung erlaubt ebenfalls eine Erfassung von Licht¬ strahlen L, welche aus dem seitlichen Bereich der Zündkerze kommen.

Vorzugsweise werden die Linsen aus Saphir oder Quarzglas hergestellt.

Die Linsen sowie auch die Lichtleiter werden von einer Hül¬ se umgeben, welche die Funktion der Mittelelektrode 2 er¬ füllen. Diese Hülse besteht Vorteilhafterweise aus Platin oder Gold oder einer Legierung davon.

Der optische Sensor einschliesslich den Linsen und den Lichtleitern sind in der Regel im Durchmesser kleiner als 2mm, meistens zwischen 1.5 und 1.8 mm. Der zentrale Hohl¬ raums der Mittelelektrode 2 muss daher diese Masse aufwei¬ sen.

Wichtig für den Anwendungsbereich ist, dass die Zündkerze eine anhaltende Temperaturbelastung von 600 ⁰ C und eine kurzzeitige Temperaturbelastung von 900 ⁰ C aushält.

Der Vorteil dieser Erfindung besteht darin, dass mit dieser Zündkerze ein Messsystem angeboten werden kann, das einer- seits nicht verschmutzt, dank der Anordnung des optischen Fenstern in der Mittelelektrode 2, andererseits aber ge¬ zielt in einzelnen Bereichen unterteilt Messdaten erfasst werden können, welche auch einzeln ausgewertet werden kön¬ nen.

Zusätzlich kann durch ein mittig angeordneten Lichtleiter Licht vom gesamten Brennraum aufgenommen werden.

Bezugszeichenliste

1 Zündkerze

2 Mittelelektrode

3 Masselektrode

4 Isolator

5 Linse

6 Lichtleiter, flexibel

7 Brechungsphase

8 Kerbe

9 Verspiegelte Phase

10 Brennraum

L Lichteinfall

A Achse der Linse sowie der Zündkerze