DE4042025C2 - Vorrichtung und Verfahren zur Auswertung des Verbrennungszustands in einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Auswer­ tung des Verbrennungszustands in einer Brennkraftmaschine gemäß den Oberbe­ griffen der unabhängigen Ansprüche 1 und 10. Eine derartige Vorrichtung und ein derartiges Verfahren sind aus "Motortechnische Zeitschrift", 39 (1978) 9, Seite 385 bekannt.

Es sind viele Verfahren oder Vorrichtungen bekannt, bei denen verschiedene Para­ meter einer Flamme einer mit innerer Verbrennung arbeitenden Einrichtung wie ei­ nes Kessels, eines Gasturbinen-Vergasungsbrenners oder dergleichen, detektiert und zur Regelung im geschlossenen Kreislauf genützt werden, um die Flamme ständig in einem optimalen Verbrennungszustand zu halten. Insbesondere wurden dabei Verfahren zur Detektierung des von einer Flamme emittierten Lichts vorgeschlagen. Beispielsweise zeigen die JP 57-108734 A und die JP 57-108735 A in bezug auf Brennkraftmaschinen Anordnungen, bei denen ein Quarzglasstab in einem Schraub­ gehäuse auf der Verbrennungsseite und ein Lichtleier am anderen Ende angeordnet sind, um Licht der Flamme zu detektieren. Die JP 57-163842 A zeigt eine diese De­ tektiersysteme betreffende Vorrichtung, bei der eine Mittenelektrode, in einen axia­ len Mittenabschnitt des Quarzglasstabs eingesetzt ist und ein Schraubgehäuseteil als Elektrode gegen Masse gebildet ist und die Funktion einer Zündkerze hat. Die JP 61-54416 A zeigt eine ähnliche Art von Vorrichtung. Ferner ist ein Beispiel ei­ nes grundsätzlichen Experiments, bei dem Licht einer Flamme zur Gewinnung des Luftverhältnisses unter Anwendung einer optischen Einrichtung mit einem Objek­ tivspiegel und Filtern abgetastet wird, auf S. 3362 von Theses of the Japan Society of Mechanical Engineering (Edition B), vol. 52 (1986-9) beschrieben.

Wenn in einer Brennkraftmaschine Klopfen auftritt, das ein bestimmter anomaler Verbrennungszustand ist, erhöht sich die Temperatur der Zylinderwand eines Kol­ bens, wodurch die Maschine beschädigt wird. Das Auftreten von Klopfen muß da­ her in einem frühen Stadium mit hinreichender Zuverlässigkeit detektiert werden, so daß die Maschine in einem Betriebsbereich unmittelbar vor dem Bereich, in dem Klopfen auftritt, betrieben wird. Verschiedene Detektiermethoden zur Durchführung einer optimierten Verbrennung wurden bereits vorgeschlagen. Beispielsweise um­ fassen Verfahren zur Detektierung des Lichts einer Flamme im Brennraum ein Klopfdetektierverfahren gemäß der JP 57-73646 A1 ein hochfrequentes Lichtsignal detektiert wird, das in Impulswellen beim Auftreten von Klopfen er­ zeugt wird. Die JP 59-87249 A zeigt eine Verbrennungssteuerung, die Licht einer Flamme abtastet, ein aus der Intensität des von der Flamme emittierten Lichts abge­ leitetes Optimalverbrennungszustandsverlauf-Signal speichert, einen während des Betriebs mit dem Optimalverbrennungszustandsverlauf gebildeten Verbrennungs­ zustandsverlauf mit dem Optimalverbrennungszustandsverlauf vergleicht und das Luftverhältnis, den Zündzeitpunkt und weitere Faktoren so steuert, daß der Ver­ brennungszustandsverlauf im Betrieb gleich dem Optimalverlauf wird. Ähnliche konventionelle Methoden oder Vorrichtungen sind in der JP 61-217726 A und der JP 61-160577 A beschrieben.

Bei den vorstehend beschriebenen konventionellen Verfahren oder Vorrichtungen wird Licht im Gesamtwellenlängenbereich detektiert, und Informationen über den Zündzeitpunkt, den Verlöschungszeitpunkt, die Leuchtdichte und weitere Faktoren können dadurch gewonnen werden, aber physikalische Größen wie das Luftver­ hältnis und die Flammentemperatur können daraus nicht abgeleitet werden. Das Luftverhältnis ist das Verhältnis Qr/Q0 einer zur Verbrennung einer bestimmten zu­ geführten Kraftstoffmenge zugeführten Ist-Luftmenge Qr zu einer theoretischen Menge Q0, die zur vollständigen Verbrennung dieser Kraftstoffmenge erforderlich ist. Diese Faktoren können nicht gewonnen werden, weil Wellenlängen, die in star­ ker Beziehung zu dem Luftverhältnis und der Flammentemperatur stehen, nicht ex­ klusiv detektiert werden, während die Gesamtemission abgetastet wird.

Ferner ist das Problem einer Strömungsungleichmäßigkeit in der Kraftstoff-Luft- Zufuhrleitung zur Brennkraftmaschine unvermeidlich, und das Luftverhältnis auf der Zufuhrbasis und das Ist-Luftverhältnis in der Maschine stimmen daher nicht überein. Aufgrund des Einflusses der zwischen ihnen bestehenden Differenz kann das Luftverhältnis usw. nicht exakt gewonnen werden, wenn einfach die Intensität von Licht einer bestimmten Wellenlänge zur Gewinnung des Luftverhältnisses ge­ messen wird.

Allgemein ist das Luftverhältnis konventionell mit einem Wert vorgegeben, der gleich oder etwas kleiner als Eins ist, um hauptsächlich NOx im Hinblick auf die Schädigung der Umwelt zu verringern. Der CO-Anteil wird jedoch dadurch erhöht, und CO im Abgas wird bei Anwendung eines Katalysators zu CO₂ umgewandelt. Unter diesen Bedingungen wird der Nutzungswirkungsgrad des Kraftstoffs verrin­ gert. Unter diesen Umständen ist es daher erwünscht, eine hinsichtlich der Genauig­ keit verbesserte Verbrennungsauswertung zu erreichen.

Die bekannte optische Vorrichtung aus einem Objektivspiegel, Filtern und weiteren Komponenten ist ohne Berücksichtigung der Anwendung in Brennkraftmaschinen ausgelegt, und es handelt sich um reine Versuchsvorrichtungen.

Aus "Motortechnische Zeitschrift", 39 (1978) 9, Seite 385 "Spektrometrisches Meß­ verfahren zur Untersuchung der Verbrennung im Dieselmotor" von Heinrich und anderen ist eine spektralanalytische Untersuchungsmethode bekannt. Bei ihr werden verschiedene Wellenlängenbereiche des Verbrennungslichts separat betrachtet. Aus dem Vergleich der Einzelkomponenten miteinander kann auf die Temperatur wäh­ rend der Verbrennung geschlossen werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Auswertung des Verbrennungszustands der Flamme in einer Brennkraftmaschine anzugeben, die mit erhöhter Genauigkeit arbeiten und damit Signale liefern, auf deren Grundlage ein Verbrennungsmotor geregelt werden kann.

Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche 1 und 10 gelöst. Abhängige Ansprüche sind auf bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung ge­ richtet.

Eine Vorrichtung zur Auswertung des Verbrennungszustandes umfaßt ein Abtast­ element zur Abtastung von einer Flamme in einer Brennkraftmaschine emittiertem Licht; eine Verzweigungseinrichtung zur Trennung des von dem Abtastelement ab­ getasteten Lichts in wenigstens zwei Lichtstrahlen; eine Übertragungseinrichtung wie etwa Lichtfilter zur Übertragung von Licht verschiedener Wellenlängen, die in Strahlengängen für die getrennten Lichtstrahlen angeordnet sind; lichtelektrische Wandlerelemente zur jeweiligen Umwandlung von die Übertragungseinrichtungen durchsetzenden Lichtsignalen in elektrische Signale; und eine Rechen-/Auswer­ tungseinrichtung zur Auswertung des Verbrennungszustands unter Nutzung eines Verhältnisses von bestimmten Ausgangssignalen der lichtelektrischen Wandlerele­ mente.

Das Luftverhältnis wird berechnet auf der Basis entweder des Verhältnisses eines elektrischen Ausgangssignals des lichtelektrischen Wandlerelements, das aus dem Lichtsignal des CH-Radikals gebildet ist, und eines elektrischen Ausgangssignals des lichtelektrischen Wandlerelements aus dem Lichtsignal des C₂-Radikals oder des Verhältnisses eines elektrischen Ausgangssignals des lichtelektrischen Wande­ relements, das aus dem Lichtsignal des OH-Radikals gebildet ist, und eines elektri­ schen Ausgangssignals des lichtelektrischen Wandlerelements das aus dem Lichtsi­ gnal des C₂-Radikals gebildet ist.

Eine physikalische Größe zur Auswertung der Verbrennung kann außerdem eine Temperatur sein, die in bestimmter Beziehung zu dem Verhältnis der Ausgangs­ signale der lichtelektrischen Wandlerelemente steht.

Bevorzugt wird in dieser Auswertungsvorrichtung die Temperatur aus dem Ver­ hältnis elektrischer Ausgangssignale der lichtelektrischen Wandlerelemente auf der Basis eines Lichtsignals berechnet, das aus Wärmestrahlung gewonnen ist, deren Wellenlängen keine der Wellenlängen eines aus der Emission von Radikalen ge­ wonnenen Lichtsignals einschließt.

Bei dieser Auswertungsvorrichtung bildet bevorzugt die Rechen/Auswertungsein­ richtung die Änderung der physikalischen Größe in bezug auf die Zeit zur Auswer­ tung des Verbrennungszustands der Flamme unter Nutzung der Änderung des Ver­ hältnisses der Ausgangssignale der lichtelektrischen Wandlerelemente in bezug auf die Zeit in jedem Verbrennungstakt von der Zündung bis zur vollständigen Ver­ brennung, berechnet einen Verlauf der Auftrittshäufigkeit des physikalischen Werts in jedem Verbrennungstakt aus der Änderung des physikalischen Werts in bezug auf die Zeit und vergleicht diesen Verlauf der Auftrittshäufigkeit mit einem vorher ge­ speicherten Referenzverlauf der Auftrittshäufigkeit zur Auswertung des Verbren­ nungszustands der Flamme. In diesem Fall umfaßt die physikalische Größe bevor­ zugt ein Luftverhältnis und/oder eine Temperatur.

Bevorzugt umfaßt die Verzweigungseinrichtung Lichtleiter, die das von einem Ab­ tastelement abgetastete Licht in wenigstens zwei Lichtstrahlen teilen können und an den Verzweigungsenden Austrittsflächen aufweisen.

Bevorzugt bilden die Lichtleiter wenigstens drei verzweigte Strahlengänge, und die Rechen/Auswergungseinrichtung berechnet das Luftverhältnis aus dem Verhältnis der Ausgangssignale eines Paars von lichtelektrischen Wandlerelementen und die Temperatur aus dem Verhältnis der Ausgangssignale eines weiteren Paars von lich­ telektrischen Wandlerelementen.

Die Kombination der Lichtfilter kann eine Kombination zur Abtrennung von von der Flamme emittiertem Licht als Lichtemission der Radikale OH, CH und C₂ sein.

Bevorzugt umfaßt die Kombination von Lichtfiltern eine Kombination zur Auftren­ nung eines Lichtsignals, das aus Wärmestrahlung mit Wellenlängen besteht, die keine der Wellenlängen eines Lichtsignals einschließt, das aus der Emission von Radikalen gewonnen ist, in wenigstens zwei Lichtstrahlen.

Eine physikalische Größe zur Auswertung der Verbrennung kann ein Luftverhältnis sein, das zu dem Verhältnis der Ausgangssignale der lichtelektrischen Wandlerele­ mente in Beziehung steht und als Qr/Q0 definiert ist. Dabei ist Qr eine Luftmenge, die tatsächlich für die Verbrennung einer bestimmten zugeführten Kraftstoffmenge zugeführt wird, und Q0 ist eine theoretische Luftmenge, die zur vollständigen Ver­ brennung der bestimmten zugeführten Kraftstoffmenge notwendig ist.

Bevorzugt wird auf eine Zufuhrmengeneinstelleinheit zur Einstellung der Luft- und Kraftstoffzufuhrmengen zum Brennraum, eine Zündzeitpunkteinstelleinrichtung und eine Einspritzzeitpunkteinstelleinrichtung eingewirkt.

Ferner kann die Steuereinheit mit einem Monitor zur Anzeige von Informationen über die Verbrennung, die von der Rechen/Auswertungseinrichtung geliefert wer­ den, ausgestattet sein.

Die Erfindung wird nachstehend auch hinsichtlich weiterer Merkmale und Vorteile anhand der Beschreibung von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Die Zeichnungen zeigen in:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung;

Fig. 2 ein Diagramm eines Emissionsspektrums einer Flamme bei Verwendung ei­ nes Kohlenwasserstoff-Kraftstoffs;

Fig. 3 ein Diagramm der Beziehung zwischen der Emissionsintensität und dem Luftverhältnis;

Fig. 4 ein Diagramm der Beziehung zwischen dem Verhältnis der Emissionsintensi­ täten und dem Luftverhältnis;

Fig. 5 ein Diagramm, das den Einfluß der Temperatur auf die Emissionsintensität zeigt;

Fig. 6 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Verhält­ nis der Emissionsintensitäten und der Temperatur zeigt;

Fig. 7 ein Diagramm, das die Beziehungen zwischen den Ver­ hältnissen von Emissionsintensitäten, dem Luftver­ hältnis und der gemessenen Temperatur in bezug auf eine Brennkraftmaschine zeigt;

Fig. 8 eine schematische Darstellung einer Verbrennungs­ steuereinheit für eine Brennkraftmaschine gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 9 ein Diagramm der Änderungen der Intensitäten von Emissionen von CH- und C₂-Radikalen in einem Ver­ brennungstakt in bezug auf die Zeit und der Änderung des Luftverhältnisses, das aus diesen Intensitäten gebildet ist;

Fig. 10 und 11 Diagramme von Verteilungen der Auftrittshäufigkeit des Luftverhältnisses in einem Verbrennungstakt;

Fig. 12, 13, 14 Diagramme von Verteilungen der Auftrittshäufigkeit der Temperatur in einem Verbrennungstakt; und

Fig. 15 ein Flußdiagramm der Maschinensteuerung.

Nach Fig. 1 ist ein Lichtabtastelement 2 an einem Ende eines Lichtleiters 1 angeordnet und in eine Brennkraftmaschine 3 an einer zur Beobachtung einer Flamme 4 geeigneten Stelle einge­ setzt. Von der Flamme 4 emittiertes Licht wird durch das Ab­ tastelement 2 abgetastet. Das abgetastete Licht wird in eine Verzweigungseinrichtung 5 durch den Lichtleiter 1 eingeleitet und durchsetzt eine Mehrzahl von Lichtleitern 6, die von der Verzweigungseinrich­ tung 5 ausgehen, und tritt als Mehrzahl von Lichtstrahlen durch eine Mehrzahl von Austrittsendflächen 7 der Lichtleiter 6 aus. Die austretenden Lichtstrahlen werden von Lichtfiltern 8, 9 und 10 gefiltert, die nur Lichtstrahlen durchlassen, deren Wel­ lenlängen in bezug auf die Austrittsendflächen verschieden sind. Die so gefilterten Lichtstrahlen mit bestimmten Wellenlängen treffen auf lichtelektrische Elemente 11 auf. Diese geben entsprechend den Intensitäten der auftreffenden Lichtstrahlen elektrische Ausgangssignale ab, die einer Recheneinheit 12 zugeführt werden. Wenn die Pegel der elektrischen Signale niedrig sind, werden sie der Recheneinheit 12 durch Verstärker 13 zugeführt. In der Recheneinheit 12 werden die Verhältnisse der Ausgangssignale der Mehrzahl von lichtelektrischen Elementen 11 gebildet, aus den Verhältnissen werden ein Luftverhältnis und eine Temperatur abgeleitet, und dem Luftverhältnis und der Temperatur entsprechende Signale werden einer Aus­ wertungseinheit 14 zugeführt. In dieser erfolgt die Auswertung dieser Ausgangs­ signale, um zu bestimmen, ob die das Luftverhältnis und die Temperatur der Ver­ brennungsflamme umfassenden physikalischen Werte korrekt sind.

Informationen über das Luftverhältnis und die Temperatur werden einem Monitor 15 zugeführt. Diese Informationen werden, ferner einer Steuerung 16 zugeführt, die ein Steuersignal 17 zur Einstellung optimaler Verbrennungsbedingungen liefert. Im Fall einer Brennkraftmaschine wird das Steuersignal 17 beispielsweise Steuerteilen zur Einstellung der Einspritzmenge, der Luftzufuhrmenge, des Drosselklappenöff­ nungsgrads und der Entladungszeit der Zündkerze zugeführt. Bei diesem Ausfüh­ rungsbeispiel kann die Verbrennung durch Detektieren der Lichtemission in der Brennkraftmaschine beobachtet werden, wodurch die Maschine auf einen optimalen Verbrennungszustand gesteuert und dort gehalten werden kann.

Die Wahl der Liftfilter 8, 9 und 10 in bezug auf Wellenlängen wird nachstehend unter Bezugnahme auf Fig. 2 erläutert, die ein Diagramm der Resultate der Spektralanalyse von Licht ist, das von der Verbrennungsflamme eines Kohlenwasserstoff- Kraftstoffs emittiert wird, und das die Beziehung zwischen der Emissionsintensität I und der Wellenlänge zeigt. Die durch die beobachteten Spektrallinien dargestellten Licht­ emissionen umfassen besonders starke Emissionen 20, 21, 22, 23 und 24. Es werden Lichtfilter ausgewählt, die diese Lichtemissionen 20-24 getrennt durchlassen. Das Emis­ sionsspektrum 20 von ca. 310 nm auf der Seite der kürzesten Wellenlänge entspricht Licht von OH-Radikalen, das Emis­ sionsspektrum 21 von ca. 431 nm entspricht Licht von CH- Radikalen, und das Emissionsspektrum 22 von ca. 474 nm, das Emissionsspektrum 23 von ca. 517 nm und das Emissionsspektrum 24 einer Wellenlänge von ca. 564 nm entsprechen Licht von C₂- Radikalen. Die Durchlaßbandbreite jedes Lichtfilters kann so eingestellt werden, daß sie keine der Wellenlängen von die übrigen Lichtfilter passierendem Licht umfaßt.

In Fig. 3 bezeichnen die Kurven 25, 26 bzw. 27 die Beziehun­ gen zwischen dem Luftverhältnis λ und den Intensitäten der 310-nm-Emission von OH-Radikalen, der 431-nm-Emission von CH- Radikalen und der 517-nm-Emission von C₂-Radikalen von Fig. 2. Die Emissionsintensitäten sind als Ausgangssignale der lichtelektrischen Wandlerelemente 11 oder der Verstärker 13 von Fig. 1 erhalten. Das Luftverhältnis ist das Verhältnis Qr/Q0 einer tatsächlich zugeführten Luftmenge Qr zu einer theoretischen Luftmenge Q0, die zur vollständigen Verbrennung einer eingespritzen Kraftstoffmenge erforderlich ist. Wenn dieses Verhältnis größer als 1,0 ist, liegt ein Luftüberschuß vor. Wenn das Verhältnis kleiner als 1,0 ist, ist die Luft­ menge unzureichend. Wenn dieser Wert gleich 1,0 ist, ist die Luftmenge optimal. Gemäß den Beziehungen von Fig. 3 kann also das Luftverhältnis λ der Verbrennungsflamme durch Messung der Änderung der Emissionsintensität I gebildet werden.

Wenn jedoch die Kurven 25 und 26 verwendet werden, ist es möglich, daß ein Wert der Emissionsintensität zwei Werte des Luftverhältnisses bezeichnet und die Emissionsintensität und das Luftverhältnis einander nicht wie 1 : 1 entsprechen. Bei Verwendung der Kurve 27 entsprechen die Emissionsintensität und das Luftverhältnis einander wie 1 : 1. Wenn aber in diesem Fall die Abtastelemente 2 rußverschmutzt sind oder die Ge­ samtgröße der Flamme durch eine Laständerung vermindert ist, wird die Emissions­ intensität verringert, obwohl sich das Luftverhältnis nicht ändert, und das Resultat erscheint wie ein erhöhtes Luftverhältnis.

Es muß daher eine Möglichkeit zur Ausbildung einer Eins-zu-Eins-Übereinstim­ mung zwischen den Emissionsintensitäten und dem Luftverhältnis vorgesehen wer­ den, indem die Beziehungen zwischen den Emissionsintensitäten genützt werden. Fig. 4 zeigt ein Beispiel einer solchen Möglichkeit. Die Kurven 28 und 29 sind auf der Basis von Fig. 3 aufgetragen. Die Kurve 28 bezeichnet das Verhältnis I/I0 der Emissionsintensität von OH-Radikalen und von C₂-Radikalen in bezug auf das Luftverhältnis λ und die Kurve 29 bezeichnet das Verhältnis der Emissionsintensität der CH-Radikalen und der C₂-Radikalen in bezug auf das Luftverhältnis. Das in Fig. 4 gezeigte Resultat bedeutet, daß die oben beschriebenen Nachteile kompensierbar sind, indem die Verhältnisse zwischen den Intensitäten genützt werden. Der Re­ chenvorgang zur Bildung dieser Verhältnisse wird in der Recheneinheit 12 ausge­ führt. In der Auswertungseinheit 14 wird das Luftverhältnis unter Nutzung dieser Verhältnisse gebildet, und dadurch wird die Verbrennung ausgewertet.

Das Prinzip der Temperaturmessung wird nachstehend unter Bezugnahme auf Fig. 5 beschrieben, wobei auf der Ordinate die Emissionsintensität I und auf der Abszisse die Wellenlänge aufgetragen ist. Mit steigender Flammentemperatur erhöht sich die Lichtmenge vom sichtbaren Bereich zum Infrarotbereich, und die Grundlinie wird höher. Nach Fig. 5 steigt die Neigung einer Kurve, die die Beziehung zwischen der Emissionsintensität und der Wellenlänge bezeichnet, von Kurve 30 über Kurve 31 zu Kurve 32 mit steigender Flammentemperatur an. Das Verhältnis der Emissionsin­ tensitäten bei zwei willkürlichen Wellenlängen bezeichnet eine Neigung der Kurve. Wenn daher die Neigung größer ist, ist die Temperatur höher. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird eine Wellenlän­ ge von 517 nm der C₂-Radikalen, die auch zur Bildung des Luftverhältnisses ge­ nützt wird, als eine von zwei willkürlichen Wellenlängen verwendet, und eine wei­ tere Wellenlänge von ca. 474 nm von C₂-Radikalen, d. h. die Wellenlänge von Licht derselben chemischen Spezies von C₂-Radikalen in einem verschiedenen Über­ gangszustand, wird als die andere der beiden willkürlichen Wellenlängen verwen­ det. Ebenso kann eine Wellenlänge von 474 nm als eine von zwei willkürlichen Wellenlängen verwendet werden, während eine Wellenlänge von 564 nm als die an­ dere willkürliche Wellenlänge ausgewählt wird. Die Verwendung der Intensitäts­ differenz zwischen drei Wellenlängenbereichen (474 nm, 517 nm, 564 nm) ist unter der Bedingung, daß sich nur die Temperatur ändert, wenn das Luftverhältnis kon­ stant ist, ebenfalls möglich. Wenn ferner Wellenlängen ausgewählt werden, bei de­ nen sich die Emissionsintensität nur in Abhängigkeit von der Temperaturänderung ändert, kann die Temperatur auch im Fall einer Änderung des Luftverhältnisses gebildet werden. Fig. 6 zeigt, daß das Emissionsintensitätsverhältnis I/I0 und die Temperatur T eine bestimmte Beziehung entsprechend einer Kurve 33 haben, und zeigt die Beziehung zwischen dem Verhältnis der Intensitäten von Licht einer Wel­ lenlänge von 797 nm und Licht einer Wellenlänge von 502 nm und der Temperatur. Die Emissionsintensitäten von Licht einer Wellenlänge von 797 nm und 502 nm hängen stark von der Temperaturänderung ab, und Licht dieser Wellenlängen um­ faßt kein Licht einer Radikalenemission.

Bei dem System von Fig. 1 werden als die drei Lichtfilter 8, 9 und 10 Lichtfilter mit Abtastmittenfrequenzen von 431 nm, 564 nm und 517 nm verwendet. Das Verhält­ nis der Intensitäten eines Paars von Lichtstrahlen der Wellenlängen 431 nm und 517 nm, d. h. das Verhältnis der Emissionsintensität von CH-Radikalen und der Emissionsintensität von C₂-Radikalen, wird in der Recheneinheit 12 erhalten. Das Luftverhältnis kann in der Auswertungseinheit 14 auf der Basis des Ausgangs­ signals der Recheneinheit 12 gebildet werden. Gleichzeitig wird in der Recheneinheit 12 das Verhältnis der Intensitäten eines weiteren Paars von Lichtstrahlen der Wellenlängen 564 nm und 517 nm gebildet, und das Luftverhältnis kann in der Auswer­ tungseinheit 14 auf der Basis des Ausgangssignals der Re­ cheneinheit 12 gebildet werden.

Das System nach Fig. 1 kann alternativ so ausgelegt sein, daß vier Zweiglichtleiter und vier Lichtfilter vorgesehen sind und eine Kombination von Abtastmittenfrequenzen von 431 nm und 517 nm und eine weitere Kombination von Abtastmittenfre­ quenzen von 502 nm und 797 nm verwendet werden. Das Luftver­ hältnis kann aus der erstgenannten Kombination und die Tem­ peratur aus der letztgenannten Kombination gebildet werden. Bei dieser Anordnung sind also Fig. 6 und die Kurve 29 von Fig. 4 miteinander kombiniert. Selbstverständlich sind das auf diese Weise gewonnene Luftverhältnis und die Temperatur gegenüber den Werten, die mit der Anordnung mit drei Licht­ filtern erhalten werden, präziser, weil sämtliche Abtast­ wellenlängen voneinander unabhängig sind.

Fig. 7 zeigt ein Beispiel der Messung einer Brennkraftma­ schine im Konstantbetriebszustand. Die Kurven 34, 35 und 36 zeigen Beispiele für die Änderungen der Emissionsintensitäten I. Jede Emissionsintensität steigt an, wenn Licht durch Ver­ brennung emittiert wird. Jedes Intensitätsmaximum entspricht der durch Verbrennung hervorgerufenen Lichtemission. Die Kur­ ven 37 und 38 zeigen die Änderungen der Temperatur T bzw. des Luftverhältnisses λ in bezug auf die Zeit, gebildet durch die Auswertungseinheit 14 auf der Basis der zeitlichen Änderungen der Emissionsintensitäten. Wenn die Kurven 37 und 38 Geraden angenähert sind, muß die Verbrennungsstabilität höher sein, da sich die Maschine in einem Konstantbetriebszustand befindet. Tatsächlich sind diese Linien aber nicht gerade. Die Kraftstoffeinspritzrate, der Drosselklappenöffnungsgrad, der Zündzeitpunkt und weitere Faktoren werden daher auf der Basis dieser Ausgangssignale gesteuert. Bei diesem Aus­ führungsbeispiel werden die Temperatur und das Luftverhältnis auf der Basis der Lichtemission der Flamme in jedem Verbren­ nungstakt berechnet, und die Verbrennung in der Maschine wird unter Nutzung der berechneten Werte gesteuert. Dadurch kann ein stabiler Verbrennungszustand unterhalten werden. Für die Steuerung sind die Absolutwerte der Temperatur und des Luftverhältnisses notwendige Bedingungen. Es ist jedoch wesentlich, ständig die relativen Werte dieser Größen zu unterhalten.

Unter Bezugnahme auf Fig. 8 wird ein weiteres Ausführungs­ beispiel unter Bezugnahme auf einen Benzinmotor eines Kraft­ fahrzeugs erläutert. Die Brennkraftmaschine hat einen Brennraum 40, einen Zylinder 41, einen Kolben 42, eine Zünd­ kerze 43 und ein Einspritzventil 44. Ein Abtastelement 2 aus einem Quarzglasstab ist am Oberende des Brennraums 40 ange­ ordnet, und Licht der Flamme im Brennraum 40 wird durch einen Lichtleiter 1 abgetastet. Der Lichtleiter 1 kann beispiels­ weise ein Bündel aus einer Vielzahl von Quarzglasfilamenten mit einem Manteldurchmesser von 200 µm sein. Der Lichtleiter 1 ist mit einer Verzweigungseinrichtung 5 verbunden, von der vier gleiche Lichtleiter unter Auftrennung des abgetasteten Lichts abzweigen. So abgetrennte Lichtstrahlen werden durch Austrittsabschnitte 7 emittiert. Lichtfilter 45, 46, 47 und 48, die Licht bestimmter Wellenlängen durchlassen, sind je­ weils in den Strahlengängen der Austrittsabschnitte 7 der vier Zweiglichtleiter vorgesehen. Das Lichtfilter 45 dient der selektiven Transmission von Licht von CH-Radikalen einer Mittenwellenlänge von 431 nm. Das Lichtfilter 46 dient der selektiven Transmission von Licht von C₂-Radikalen einer Mit­ tenwellenlänge von 517 nm. Die Lichtfilter 47 und 48 dienen der selektiven Transmission von Licht bestimmter Wellenlängen in Wärmestrahlungslicht, das kein von den Radikalen emit­ tiertes Licht enthält. Beispielsweise hat das Lichtfilter 47 eine Mittenwellenlänge von 500 nm, und das Lichtfilter 48 hat eine Mittenwellenlänge von 800 nm. Die ausgewählten Wellen­ längen von Wärmestrahlungslicht sind nicht auf 500 nm und 800 nm beschränkt. Die Wellenlängen sind frei wählbar bzw. bevorzugt aus einem Wellenlängenbereich von 500-1000 nm wählbar, solange sie keine Wellenlängen von Licht enthalten, das von den Radika­ len emittiert wird. Die Transmissionswellenlänge eines Lichtfilters wird als Mitten­ wellenlänge bezeichnet, denn beim Filtern von Licht wird eine geringe Lichtmenge mit Wellenlängen in der Nähe der gewünschten Wellenlänge durchgelassen, was herstellungsbedingte Gründe hat. Die gewünschte Wellenlänge ist daher die Mit­ tenwellenlänge. Die Gründe für die Wahl dieser Wellenlängen werden nachstehend beschrieben.

Es ist bekannt, daß Radikale, die in einer Flamme beim Vorgang der Verbrennung eines Kohlenwasserstoff-Kraftstoffs wie Benzin oder Leichtöl für Brennkraftma­ schinen entstehen, während des Verbrennungsvorgangs Licht emittieren. Diese Spezies umfassen OH-Radikale mit großer Emissionsintensität, CH- und C₂-Radika­ le. Es ist ferner bekannt, daß die Lichtemission von Radikalen durch das Luftver­ hältnis beeinflußt wird. Es werden Lichtfilter ausgewählt, die selektiv Licht von CH- und C₂-Radikalen durchlassen, die stark vom Luftverhältnis abhängen. Ande­ rerseits sind in der Flamme feine Rußteilchen vorhanden, und die Rußtemperatur ist im wesentlichen gleich der Flammentemperatur, weil die Eigenwärme von Ruß ge­ ring ist. Die Lichtemission, d. h. das Wärmestrahlungslicht von Ruß, hängt daher stark von der Temperatur ab.

Aus diesen Gründen werden von den Lichtfiltern getrennte Lichtstrahlen lichtelek­ trischen Wandlerelementen 49, 50, 51 und 52 zugeführt und dort in elektrische Si­ gnale entsprechend den Intensitäten der Lichtsignale umgewandelt. Beispielsweise werden als die lichtelektrischen Wandlerelemente Fotovervielfacher, Fototransisto­ ren, Fotodioden oder dergleichen verwendet. Wenn die Pegel der elektrischen Aus­ gangssignale der lichtelektrischen Wandlerelemente klein sind, werden die Signale durch Verstärker ausgegeben. Die elektrischen Ausgangssignale der lichtelektri­ schen Wandlerelemente werden einer Recheneinheit 12 zugeführt. In dieser wird das Verhältnis der elektrischen Ausgangssignale 1 des Paars von licht­ elektrischen Wandlerelementen 49 und 50 berechnet, aus diesem Verhältnis wird das Luftverhältnis gebildet, und das Verhältnis der Ausgangssignale des anderen Paars von lichtelektrischen Wandlerelementen 51 und 52 wird zur Gewinnung der Temperatur berechnet. So gebildete, das Luftverhältnis und die Temperatur be­ zeichnende Signale werden einer Auftrittsverlauf-Erkennungseinheit 53 zugeführt. Ein Ausgangssignal der Erkennungseinheit 53 wird einer Steuerung 16 zugeführt; und diese sendet Steuersignale an einen Zündzeitpunktsteller 54, einen Kraftstoff­ mengensteller 55 und einen Luftmengensteller 56 zur Herstellung eines optimalen Verbrennungszustands. Die Steuerung 16 liefert ferner ein Verstellwinkelsteuersi­ gnal 58 zur Steuerung des Verstellwinkels, wie noch beschrieben wird, nach Emp­ fang eines Detektiersignals von einem Kurbelwinkeldetektor 57.

Bevor die Verbrennungssteuerung erläutert wird, sollen nachstehend die Resultate der Luftverhältnis- und Temperaturmessungen beschrieben werden. Fig. 9 zeigt das Resultat einer Luftverhältnismessung. Das dem Brennraum zugeführte Kraftstoff- Luft-Gemisch wird mit der Zündkerze gezündet, um die Verbrennung auszulösen, und das Gas im Brennraum dehnt sich mit fortschreitender Verbrennung aus, wo­ durch der Kolben mit Kraft beaufschlagt wird. Fig. 9 zeigt diesen Verbrennungsab­ lauf, d. h. elektrische Ausgangssignale 53 und 54 entsprechend den Intensitäten I von Licht von CH- und C₂-Radikalen in einem Arbeitszyklus, und das aus diesen beiden Ausgangssignalen berechnete Luftverhältnis λ. Das Luftverhältnis ändert sich mit der Verbrennungszeit. Die Fig. 10 und 11 zeigen das Luftverhältnis als Auftritts­ häufigkeiten F. Die Messung wurde durchgeführt unter Vorgabe eines Luftverhält­ nisses von 1,0 auf der Zufuhrbasis als einer Betriebsbedingung. Der Vergleich zwi­ schen den Fig. 10 und 11 zeigt, daß sich die dort gezeigten Verläufe der Auftritts­ häufigkeiten des Luftverhältnisses voneinander unterscheiden. Fig. 10 zeigt eine hohe Auftrittshäufigkeit im Bereich des vorgegebenen Luftverhältnisses von 1. In Fig. 11 ist die Auftrittshäu­ figkeit breit gestreut. Im Hinblick auf einen Vergleich zwischen der Kohlenmon­ oxidmenge (CO) und der Kohlenwasserstoffmenge (HC), die ein unverbrannter Teil des verbrannten Abgases unter dieser Betriebsbedingung war, war andererseits die Menge unverbrannter Bestandteile unter der Bedingung von Fig. 11 etwa zweimal so groß wie unter der Bedingung von Fig. 10. Der Auftrittsverlauf von Fig. 11 zeigt, daß der Verbrennungszustand schlecht ist. Es wird angenommen, daß dieser Zu­ stand beispielsweise auf den Einspritzzeitpunkt zurückzuführen ist, d. h. daß dann, wenn der Kraftstoff eingespritzt wird, während der Öffnungsgrad des Einlaßventils unzureichend ist, Kraftstoff am Einlaßventil haftenbleibt, so daß sich das Luftver­ hältnis zum Zeitpunkt der Verbrennung ändert. Wenn der Einspritzzeitpunkt dage­ gen korrekt ist, ist der Auftrittshäufigkeitsverlauf des Luftverhältnisses um das vor­ gegebene Luftverhältnis zentriert. Wenn die Kraftstoff/Luft-Zufuhrmengen geändert werden, wird der Auftrittshäufigkeitsverlauf des Luftverhältnisses geändert; wenn das Luftverhältnis auf der Zufuhrbasis beispielsweise, aus irgendeinem Grund auf 0,9 geändert wird, weist der Auftrittshäufigkeitsverlauf im gemessenen Luftver­ hältnis ein Maximum im Bereich von 0,9 auf. In diesem Zustand wird unverbranntes Gas abgeführt, was zu einer Umweltschädigung führt, und somit ist eine optimale Verbrennung erforderlich.

Nachstehend werden die Temperaturmeßresultate erläutert. Die Fig. 12, 13 und 14, zeigen Meßergebnisse, bei denen Temperatur-Auftrittshäufigkeitsverläufe in einem Verbrennungstakt verschieden sind. Fig. 12 zeigt einen Temperatur-Auftrittshäufig­ keitsverlauf, wenn die Ausgangsleistung in einem optimalen Verbrennungszustand hoch ist, Fig. 13 zeigt einen Temperatur-Auftrittshäufigkeitsverlauf, wenn Klopfen auftritt, so daß die Ausgangsleistung verringert ist, und Fig. 14 zeigt einen Tempera­ tur-Auftrittshäufigkeitsverlauf zu einem Zeitpunkt unmittelbar vor dem Auftreten von Klopfen. Nach Fig. 12 ist die Auftrittshäufigkeit von Temperaturen im Bereich der Durchschnittstemperatur am höchsten, und die Differenz zwischen der höchsten und der niedrigsten Temperatur beträgt maximal ca. 2000°C. Bei dem Verlauf von Fig. 13, der die Temperatur-Auf­ trittshäufigkeit zum Zeitpunkt des Auftretens von Klopfen zeigt, ist die Auftritts­ häufigkeit von Temperaturen im Bereich von 1200°C am höchsten, und die Auf­ trittshäufigkeit von Temperaturen im Bereich von 2200°C ist am zweithöchsten. Die Differenz zwischen der höchsten und der niedrigsten Temperatur beträgt 3000°C oder mehr. Auch beträgt die Durchschnittstemperatur ca. 1900°C, was um ca. 300°C niedriger als im Fall einer Normalverbrennung ist. Nach Fig. 14 ist die Temperatur-Auftrittshäufigkeit im Bereich der Durchschnittstemperatur am höch­ sten, und die Differenz zwischen der höchsten und der niedrigsten Temperatur be­ trägt 3000°C oder mehr und ist größer als im Fall der Normalverbrennung. Die Durchschnittstemperatur liegt höher als im Fall der Normalverbrennung. Somit sind Einzelheiten des Verbrennungszustands aus den Temperatur-Auftrittshäufigkeits­ verläufen ersichtlich.

Konventionell kann ein Zustand anomaler Verbrennung, z. B. Klopfen, nur detek­ tiert werden, wenn Klopfen auftritt. Es ist jedoch zu beachten, daß gemäß dem Auswertungsverfahren unter Nutzung von Temperatur-Auftrittshäufigkeitsverläufen ein Zustand unmittelbar vor dem Auftreten von Klopfen detektierbar ist, wenn die Differenz zwischen der höchsten und der niedrigsten Temperatur und der Verlauf des Auftretens von Temperaturen wie etwa gestreuten Durchschnittstemperaturen untersucht werden. Dieser Temperatur-Auftrittshäufigkeitsverlauf wird detektiert, und der Zündzeitpunkt wird so eingestellt, daß die Verbrennung im Normalzustand erhalten bleibt. Beispielsweise ist die Abweichung, die die Änderung der Auftritts­ häufigkeit zum Zeitpunkt einer Normalverbrennung bezeichnet, 9,5%, während sie zum Zeitpunkt des Auftretens von Klopfen 25% beträgt. Die Verbrennungssteue­ rung kann unter Anwendung dieser Abweichung als Index durchgeführt werden.

Aus der obigen Beschreibung geht hervor, daß das Luftverhältnis und die Tempera­ tur im Brennraum aus Licht von der Flamme ableitbar sind und daß gleichzeitig eine Normalverbrennung und eine anomale Verbrennung aus dem Auftrittsverlauf diskri­ minierbar sind. Der Auftrittshäufigkeitsverlauf dient daher der Steuerung im Hinblick auf eine optimale Verbrennung.

Unter Bezugnahme auf Fig. 15 wird nachstehend ein Beispiel eines Flußdiagramms eines Verfahrens zur Detektierung des Luftverhältnisses und der Temperatur im Brennraum auf der Ba­ sis der Detektierung von Licht und zur Steuerung der Maschine unter Nutzung der dadurch gebildeten Werte oder Abweichungen dieser Werte erläutert. Dabei werden in Schritt 101 zuerst Anfangswerte vorgegeben. Als Anfangswerte, die in bezug auf die Eigenschaften der Maschine verschieden sind, werden eine Temperatur, ein Luftverhältnis und Abweichungen dieser Werte, die für eine bestimmte Maschine erwünscht sind, eingegeben. Ferner werden als weitere Anfangswerte eine Temperatur, ein Luftverhältnis und Abweichungen dieser Werte, die im tatsäch­ lichen Betrieb erhalten werden, sowie zulässige Fehler der gewünschten Temperatur, des gewünschten Luftverhältnisses und ihrer Abweichungen eingegeben. Diese Werte werden vorher ex­ perimentell bestimmt.

Dann werden in Schritt 102 Lichtsignale zur Messung der Tem­ peratur T und des Luftverhältnisses λ eingegeben. Einzel­ heiten der Meßeinrichtungen entsprechen Fig. 1. Die Tempe­ ratur und das Luftverhältnis werden unter Nutzung dieser Si­ gnale in Schritt 103 berechnet. Für diesen Schritt werden vorher analytische Kurven zur Berechnung der Temperatur und des Luftverhältnisses aus den Intensitäten dieser Signale eingegeben. Nach Beendigung dieses Schritts teilt sich der Ablauf in einen Ablauf zur Berechnung von Abweichungen der Temperatur und des Luftverhältnisses (Schritt 104) und einen Ablauf zur Steuerung der Maschine unter Nutzung des Luftver­ hältnisses (Schritt 105).

Nachstehend wird der Ablauf zur Steuerung der Maschine unter Nutzung des Luftverhältnisses beschrieben. Der Ablauf geht zur Bestimmung der Differenz zwischen dem Luftverhältnis in der tatsächlich im Betrieb befindlichen Maschine und dem durch die Anfangsein­ stellung gegebenen Soll-Luftverhältnis. Der zulässige Bereich ist durch die An­ fangseinstellung gegeben. Wenn das Luftverhältnis in der tatsächlich betriebenen Maschine im zulässigen Bereich liegt, werden die momentanen Betriebsablaufwerte aufrechterhalten (Schritt 106). Die hier genannten Betriebsablaufwerte sind Ab­ laufwerte, die das Luftverhältnis beeinflussen, und zwar insbesondere die Luftzu­ fuhrmenge, die Kraftstoffzufuhrmenge und weitere Faktoren. Wenn das Luftver­ hältnis der tatsächlich betriebenen Maschine außerhalb des zulässigen Bereichs liegt, wird die Luft- oder die Kraftstoffzufuhrmenge in geeigneter Weise geändert (Schritt 107). Wenn die Ablaufwerte geändert werden, ändert sich die Verbrennung in der Maschine, und dadurch ändert sich das Lichtsignal von der Flamme. Dann wird der Ablauf zur erneuten Eingabe von Lichtsignalen, zur Berechnung des Luft­ verhältnisses und zum Vergleich des Rechenwerts mit dem Anfangswert wiederholt. Es besteht die Möglichkeit, daß sich das Luftverhältnis um irgendeinen Faktor nach außerhalb des zulässigen Bereichs ändert, während die Maschine läuft, und zwar auch dann, wenn die Ablaufwerte nicht geändert werden. In einem solchen Fall wird der obige Ablauf ebenfalls wiederholt.

Nach Berechnung der Temperatur und des Luftverhältnisses werden in Schritt 104 die Abweichungen der Temperatur und des Luftverhältnisses berechnet, die Klopf­ bestimmung, die Verstellung usw. werden unter Anwendung der Abweichungen durchgeführt. Nach der Berechnung der Temperaturabweichung wird abgefragt, ob die Temperaturabweichung größer, kleiner oder gleich der Temperaturabweichung ist, die durch die Anfangseinstellung gegeben ist (Schritt 108). Wenn die momenta­ ne Temperaturabweichung kleiner oder gleich der anfänglichen Temperaturabwei­ chung ist, wird festgestellt, daß die Maschine nicht klopft, und die Maschine wird unter Beibehaltung der momentanen Betriebsablaufwerte betrieben (Schritt 109). Wenn die momentane Temperaturabweichung größer als die anfängliche Tempera­ turabweichung ist; werden dieser Wert und weitere Faktoren einschließlich des Ausgangswerts eines Klopfsensors synthetisch berücksichtigt, um zu bestimmen, ob Klopfen aufge­ treten ist und ob die Möglichkeit des Auftretens von Klopfen besteht. Wenn festge­ stellt wird, daß Klopfen aufgetreten ist oder daß sich die Maschine in einem Zustand befindet, in dem Klopfen ohne weiteres auftreten kann (Schritt 110), werden geeig­ nete Gegenmaßnahmen vorgesehen. Normalerweise wird eine Verstellwinkelände­ rung durchgeführt (Schritt 111). Der Verstellwinkel ist ein Kurbelwinkel, durch den die dem oberen Totpunkt des Kolbens entsprechende Kurbelwinkellage 0° erreicht wird; er bezeichnet den Winkel oder den Zeitpunkt, zu dem die Zündkerze aktiviert wird. Normalerweise liegt der Verstellwinkel bei ca. 15° vor OT. Wenn er größer als 20° vor OT ist, ist die Gefahr von Klopfen größer. Wenn er jedoch beispielswei­ se um einige Grad kleiner ist, liegt der Zündzeitpunkt so spät, daß das gewünschte Drehmoment nicht erhalten werden kann. Wenn der Verstellwinkel geändert wird, wird der Verbrennungszeitpunkt oder dergleichen geändert, und dadurch werden die Temperatur und die Abweichung der Temperatur in der Maschine geändert. Der Ablauf zur Lichtmessung, zur Berechnung der Temperatur und der Temperaturab­ weichung, zur Messung von Klopfen und zur Einstellung des Verstellwinkels wird daher wiederholt.

Nach der Berechnung der Luftverhältnisabweichung geht der Ablauf zu Schritt 112, in dem abgefragt wird, ob die Luftverhältnisabweichung größer, kleiner oder gleich der durch die Anfangseinstellung gegebenen Luftverhältnisabweichung ist. Wenn die momentane Luftverhältnisabweichung kleiner oder gleich der Anfangsabwei­ chung ist, wird die Maschine in jedem Takt mit stabiler Verbrennung betrieben, und die momentanen Ablaufwerte werden aufrechterhalten (Schritt 113). Wenn dagegen die momentane Luftverhältnisabweichung größer als die Anfangsabweichung ist, ist die Verbrennung in jedem Takt instabil, und Gegenmaßnahmen sind notwendig. Normalerweise ist, wenn Luft und Kraftstoff nicht ausreichend vermischt sind, die Abweichung des Luftverhältnisses in einem Arbeitstakt groß. Um die Abweichung bzw. die Luftverhältnisab­ weichung zu verringern, können Kraftstoff und Luft in ausreichender Weise ver­ mischt werden. Eine Möglichkeit, dies zu erreichen, ist eine Änderung des Ein­ spritzzeitpunkts (Schritt 114). Der oben beschriebene Ablauf wird während des Be­ triebs der Maschine ständig wiederholt.

Gemäß dem Flußdiagramm dieses Ausführungsbeispiels wird von der Flamme in der Maschine emittiertes Licht abgetastet, und Klopfen und eine Abweichung des Luftverhältnisses werden aus dem Luftverhältnis und der Temperatur der Maschine bzw. aus Abweichungen dieser Werte bestimmt, so daß die Maschine in dem ge­ wünschten Betriebszustand gesteuert wird.

Wie oben beschrieben, wird bei der Erfindung Licht einer Flamme abgetastet, das abgetastete Licht wird in eine Mehrzahl von Lichtstrahlen mit verschiedenen Wel­ lenlängen aufgeteilt, und das Luftverhältnis und die Temperatur der Flamme können kontaktlos aus dem Ergebnis der Berechnung der Verhältnisse der Lichtintensitäten in der Mehrzahl von Wellenlängenbereichen erhalten werden; dies ermöglicht die Auswertung der Verbrennung in einer Brennkraftmaschine mit hoher Geschwindig­ keit und verbesserter Genauigkeit. Dadurch ist es möglich, den Verbrennungszu­ stand in geeigneter Weise zu beobachten und zu steuern.

Claims (10)

1. Vorrichtung zur Auswertung des Verbrennungszustands in einer Brennkraftma­ schine durch Abtastung des von der auftretenden Flamme emittierten Lichts, mit einem Abtastelement (2), das von der Flamme in einem Brennraum emittiertes Licht abtastet;
einer Verzweigungseinrichtung (5, 66), die das von dem Abtastelement abgeta­ stete Licht in wenigstens zwei Lichtstrahlen mit unterschiedlichen Wellenlän­ gen auftrennt;
einer Einrichtung (8, 9, 10) zur selektiven Übertragung von Licht unterschiedli­ cher Wellenlänge, die in Strahlengängen der aufgetrennten Lichtstrahlen ange­ ordnet ist, und
lichtelektrischen Wandlerelementen (11), die die Übertragungseinrichtung je­ weils durchsetzende Lichtsignale in elektrische Signale umwandeln,
gekennzeichnet durch
eine Rechen-/Auswertungseinrichtung zur Verarbeitung der von den lichtelek­ trischen Wandlerelementen gelieferten elektrischen Signale, wobei die Rechen- /Auswertungseinrichtung das Luftverhältnis λ berechnet auf der Basis entweder des Verhältnisses eines aus dem Lichtsignal des CH-Radikals gebildeten elektri­ schen Ausgangssignals des lichtelektrischen Wandlerelements und eines aus dem Lichtsignal des C₂-Radikals gebildeten elektrischen Ausgangssignals des lichtelektrischen Wandlerelements oder des Verhältnisses eines aus dem Licht­ signal des OH-Radikals gebildeten elektrischen Ausgangssignals des lichtelek­ trischen Wandlerelements und eines aus dem Lichtsignal des C₂-Radikals gebil­ deten elektrischen Ausgangssignals des lichtelektrischen Wandlerelements.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rechen-/Aus­ wertungseinrichtung auch die Flammentemperatur berechnet.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Flammentem­ peratur berechnet wird aus dem Verhältnis elektrischer Ausgangssignale der lichtelektrischen Wandlerelemente auf der Basis eines Lichtsignals von Wärme­ strahlung mit Wellenlängen, die keine der Wellenlängen eines Lichtsignals, das aus der Emission von Radikalen gewonnen ist, aufweisen.

4. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich­ net, daß die Rechen-/Auswertungseinrichtung (12, 14) die Änderung der physi­ kalischen Größe Luftverhältnis, Flammentemperatur in bezug auf die Zeit zur Auswertung des Verbrennungszustands unter Nutzung der Änderung des Ver­ hältnisses der Ausgangssignale der lichtelektrischen Wandlerelemente in bezug auf die Zeit in jedem Verbrennungstakt zwischen der Zündung und der voll­ ständigen Verbrennung gewinnt, aus der Änderung der physikalischen Größe in bezug auf die Zeit einen Verlauf der Auftrittshäufigkeit der physikalischen Grö­ ße in jedem Verbrennungstakt berechnet und diesen Auftrittshäufigkeitsverlauf mit einem vorher gespeicherten Referenz-Auftrittshäufigkeitsverlauf zur Aus­ wertung des Verbrennungszustands vergleicht.

5. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich­ net, daß die Verzweigungseinrichtung Lichtleiter (6) aufweist, die das von dem einen Abtastelement (2) abgetastete Licht in wenigstens zwei Lichtstrahlen auf­ trennen können und an den Verzweigungsenden Austrittsflächen aufweisen.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, soweit diese mittelbar oder unmittelbar auf An­ spruch 2 rückbezogen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtleiter (6) we­ nigstens drei verzweigte Strahlengänge bilden und daß die Rechen-/Auswer­ tungseinrichtung (12, 14) das Luftverhältnis aus dem Verhältnis von Ausgangs­ signalen eines Paars von lichtelektrischen Wandlerelementen und die Tempera­ tur aus dem Verhältnis von Ausgangssignalen eines weiteren Paars von lichte­ lektrischen Wandlerelementen berechnet.

7. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich­ net, daß die Einrichtung zur selektiven Übertragung von Licht verschiedener Wellenlängen Lichtfilter (8, 9, 10) aufweist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, soweit dieser auf den Anspruch 6 rückbezogen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Kombination der Lichtfilter eine Kombi­ nation zur Auftrennung eines Lichtsignals, das aus Wärmestrahlung mit Wellen­ längen besteht, die keine der Wellenlängen eines Lichtsignals enthalten, das aus der Emission von Radikalen gewonnen ist, in wenigstens zwei Lichtstrahlen aufweist.

9. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich­ net, daß die Rechen-/Auswertungseinrichtung auf eine Steuerung/Regelung der Luftzufuhrmenge, der Kraftstoffzufuhrmenge, des Zündzeitpunktes und/oder des Einspritzzeitspunktes der Brennkraftmaschine einwirkt.

10. Verfahren zur Auswertung des Verbrennungszustands in einer Brennkraftma­ schine anhand der auftretenden Flamme mit den folgenden Schritten:
Abtasten des von der Flamme in einem Brennraum emittierten Lichtes mit ei­ nem Abtastelement;
Aufteilen des abgetasteten Lichts in wenigstens zwei Lichtstrahlen mit unter­ schiedlicher Wellenlänge;
Umwandeln der Lichtsignale in elektrische Signale und Vergleichen der elektri­ schen Signale miteinander,
dadurch gekennzeichnet, daß
ein Luftverhältnis berechnet wird auf der Basis entweder des Verhältnisses ei­ nes aus dem Lichtsignal des CH-Radikals gebildeten elektrischen Signals und eines aus dem Lichtsignal des C₂-Radikals gebildeten elektrischen Signals oder des Verhältnisses eines aus dem Lichtsignal des OH-Radikals gebildeten elek­ trischen Signals und eines aus dem Lichtsignal des C₂-Radikals gebildeten elektrischen Signals.