CH717437B1

CH717437B1 - Zylinderdruck-Sensor.

Info

Publication number: CH717437B1
Application number: CH00508/21A
Authority: CH
Original assignee: Kistler Holding Ag
Priority date: 2021-05-06
Filing date: 2021-05-06
Publication date: 2021-11-30

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Zylinderdruck-Sensor (1) zur Langzeitüberwachung des Zylinderdruckes eines Zweitakt-Gas- oder Dieselmotors; welcher Zylinderdruck-Sensor (1) in den Zweitakt-Gas- oder Dieselmotor einbaubar ist; welcher Zylinderdruck-Sensor (1) eine piezoelektrischen Sensoreinheit (11) aufweist, welche piezoelektrische Sensoreinheit (11) im in den Zweitakt-Gas- oder Dieselmotor eingebauten Zustand mit dem Zylinderdruck beaufschlagt ist und unter der Wirkung des Zylinderdruckes ein Messignal erzeugt; und welcher Zylinderdruck-Sensor (1) eine Verstärkereinheit (13) aufweist, welche Verstärkereinheit (13) das Messignal in ein Ausgangssignal verstärkt; wobei die piezoelektrische Sensoreinheit (11) und die Verstärkereinheit (13) über ein Signalkabel (12) miteinander verbunden sind, welches Signalkabel (12) eine Länge von 100mm bis 4000mm aufweist.

Description

Technisches Gebiet

[0001] Die Erfindung betrifft einen Zylinderdruck-Sensor nach dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruches.

Stand der Technik

[0002] Mit einem Zylinderdruck-Sensor wird der Zylinderdruck einer Brennkraftmaschine gemessen. Aus der Schrift DE3905824A1 ist ein Zylinderdruck-Sensor bekannt, der eine piezoelektrische Sensoreinheit aufweist, welche in die Brennkraftmaschine eingebaut wird und mit dem Zylinderdruck beaufschlagt wird. Unter der Wirkung des Zylinderdruckes erzeugt die piezoelektrische Sensoreinheit ein Messsignal in Form von Polarisationsladungen. Die Polarisationsladungen werden von einer nachgeschalteten Verstärkereinheit in ein Ausgangssignal in Form einer elektrischen Spannung gewandelt.

[0003] Nun wird ein solcher Zylinderdruck-Sensor auch zur Langzeitüberwachung des Zylinderdruckes eines Zweitakt-Gas- oder Dieselmotors verwendet. Im Dauerbetrieb des Zweitakt-Gas- oder Dieselmotors treten jedoch nicht nur hohe Temperaturen, sondern auch starke elektrische und magnetische Felder auf. Die hohen Temperaturen können die Funktionsfähigkeit der Verstärkereinheit beeinträchtigen. Und die starken elektrischen und magnetischen Felder können das Messsignal in Form von Polarisationsladungen stören und verfälschen.

[0004] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Beständigkeit des aus der Schrift DE3905824A1 bekannten Zylinderdruck-Sensors gegenüber hohen Temperaturen und starken elektrischen und magnetischen Feldern zu verbessern.

Darstellung der Erfindung

[0005] Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Anspruches gelöst.

[0006] Die Erfindung betrifft einen Zylinderdruck-Sensor zur Langzeitüberwachung des Zylinderdruckes eines Zweitakt-Gas- oder Dieselmotors; welcher Zylinderdruck-Sensor in den Zweitakt-Gas- oder Dieselmotor einbaubar ist; welcher Zylinderdruck-Sensor eine piezoelektrischen Sensoreinheit aufweist, welche piezoelektrische Sensoreinheit im in den Zweitakt-Gas- oder Dieselmotor eingebauten Zustand mit dem Zylinderdruckes beaufschlagt ist unter der Wirkung des Zylinderdruckes ein Messignal erzeugt; und welcher Zylinderdruck-Sensor eine Verstärkereinheit aufweist, welche Verstärkereinheit das Messignal in ein Ausgangssignal verstärkt; wobei die piezoelektrische Sensoreinheit und die Verstärkereinheit über ein Signalkabel miteinander verbunden sind, welches Signalkabel eine Länge von 100mm bis 4000mm aufweist.

[0007] Die Erfindung hat den Vorteil, dass die Verstärkereinheit des Zylinderdruck-Sensors im geringen Abstand von 100mm bis 4000mm zur piezoelektrischen Sensoreinheit angeordnet ist. Der Abstand ist so gering gewählt, dass einerseits das Messsignal auf dem Weg zur Verstärkereinheit den starken elektrischen und magnetischen Feldern des Zweitakt-Gas- oder Dieselmotors möglichst wenig ausgesetzt ist, und dass andererseits die Verstärkereinheit weit genug vom heissen Zweitakt-Gas- oder Dieselmotor entfernt ist, so dass die dort herrschenden Temperaturen nicht mehr die Funktionsfähigkeit der Verstärkereinheit beeinträchtigen können.

Kurze Beschreibung der Figuren

[0008] Im Folgenden wird die Erfindung beispielhaft anhand der einzigen Figur 1 näher erklärt. Fig. 1 zeigt eine Ansicht einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemässen Zylinderdruck-Sensors 1.

Wege zur Ausführung der Erfindung

[0009] Der Zylinderdruck-Sensor 1 nach Fig. 1 weist eine piezoelektrische Sensoreinheit 11, ein Signalkabel 12 und eine Verstärkereinheit 13 auf.

[0010] Die piezoelektrische Sensoreinheit 11 weist ein hohlzylinderförmiges Sensorgehäuse auf. Über das Sensorgehäuse ist die piezoelektrische Sensoreinheit 11 in einen Zweitakt-Gas- oder Dieselmotor einbaubar. Vorzugsweise weist das Sensorgehäuse bereichsweise ein Aussengewinde auf, das in ein passendes Innengewinde einer Öffnung des Zweitakt-Gas- oder Dieselmotors einschraubbar ist. Im Inneren des Sensorgehäuses ist ein Hohlraum. Das Sensorgehäuse weist ein erstes Ende und ein zweites Ende auf.

[0011] Die piezoelektrische Sensoreinheit 11 weist eine Membran auf. Am ersten Ende des Sensorgehäuses ist die Membran befestigt. Die Membran verschliesst den Hohlraum am ersten Ende des Sensorgehäuses hermetisch dicht. Sensorgehäuse und Membran sind aus Metall wie Stahl. Die Befestigung der Membran am Sensorgehäuse erfolgt durch Stoffschluss wie Schweissen. Im im Zweitakt-Gas- oder Dieselmotor eingebauten Zustand ist die Membran mit dem zu messenden Zylinderdruck beaufschlagbar.

[0012] Die piezoelektrische Sensoreinheit 11 weist ein piezoelektrisches Element und eine Elektrode auf. Das piezoelektrische Element und die Elektrode sind im Hohlraum des Sensorgehäuses angeordnet. Das piezoelektrische Element ist aus piezoelektrischem Material wie Quarz, Galliumphosphat, usw. Die Membran und das piezoelektrische Element sind in Wirkverbindung miteinander. Bei Beaufschlagung der Membran mit dem Zylinderdruck, wirkt der Zylinderdruck über die Membran auf das piezoelektrische Element. Unter der Wirkung des Zylinderdruckes erzeugt das piezoelektrische Element Polarisationsladungen. Die Anzahl der Polarisationsladungen ist proportional zum wirkenden Zylinderdruck. Die Polarisationsladungen sind das Messignal. Die Elektrode ist bereichsweise auf dem piezoelektrischen Element angeordnet. Die Elektrode ist aus elektrisch leitendem Material wie Stahl, Kupfer, usw. Die Elektrode greift die Polarisationsladungen als Messsignal vom piezoelektrischen Element ab.

[0013] Die piezoelektrische Sensoreinheit 11 weist eine elektrische Durchführung auf. Die elektrische Durchführung ist am zweiten Ende des Sensorgehäuses befestigt. Die elektrische Durchführung verschliesst den Hohlraum am zweiten Ende des Sensorgehäuses hermetisch dicht. Die elektrische Durchführung weist einen elektrischen Isolator und eine Buchse auf. Der elektrische Isolator ist hohlzylinderförmig. Der elektrische Isolator ist aus elektrisch isolierendem Material wie Keramik. Der elektrische Isolator ist am Sensorgehäuse befestigt. Die Befestigung des elektrischen Isolators am Sensorgehäuse erfolgt durch Stoffschluss wie Löten. Die Buchse ist am elektrischen Isolator befestigt. Die Befestigung der Buchse am elektrischen Isolator erfolgt durch Stoffschluss wie Löten. Der elektrische Isolator umschliesst die Buchse in radialer Richtung vollständig. Der elektrische Isolator isoliert die Buchse elektrisch gegenüber dem Sensorgehäuse. Die Buchse ist aus elektrisch leitendem Material wie Kupfer. Im Hohlraum ist die Elektrode elektrisch mit der Buchse verbunden und leitet die abgegriffenen Polarisationsladungen als Messsignal an die Buchse ab.

[0014] Das Signalkabel 12 weist einen Mantel und einen Signalleiter auf. Der Mantel umschliesst den Signalleiter in radialer Richtung vollständig. Der Mantel ist teilweise aus elektrisch isolierendem Material wie Polytetrafluorethylen, Polyimid, usw. Der Signalleiter ist aus elektrisch leitendem Material wie Kupfer. Der Mantel isoliert den Signalleiter elektrisch gegenüber einer Umgebung, die sich radial ausserhalb des Signalkabels 12 befindet. Das Signalkabel 12 weist eine Länge von 100mm bis 4000mm auf. Das Signalkabel 12 weist ein erstes Ende und ein zweites Ende auf. Am ersten Ende ist ein erster elektrischer Kontakt angeordnet und am zweiten Ende ist ein zweiter elektrischer Kontakt angeordnet. Die beiden elektrischen Kontakte sind aus elektrisch leitfähigem Material wie Kupfer. Die beiden elektrischen Kontakte sind elektrisch mit dem Signalleiter verbunden. Die Verbindung der beiden elektrischen Kontakte mit dem Signalleiter erfolgt durch Stoffschluss wie Löten.

[0015] Die Verstärkereinheit 13 weist ein hohlzylinderförmiges Verstärkergehäuse und zwei elektrische Durchführungen auf. Das Verstärkergehäuse ist aus Metall wie Stahl. Im Inneren des Verstärkergehäuses ist ein Hohlraum. Das Verstärkergehäuse weist ein erstes Ende und ein zweites Ende auf. Eine erste elektrische Durchführung ist am ersten Ende des Verstärkergehäuses befestigt, eine zweite elektrische Durchführung ist am zweiten Ende des Verstärkergehäuses befestigt. Die erste elektrische Durchführung verschliesst den Hohlraum am ersten Ende des Verstärkergehäuses hermetisch dicht, und die zweite elektrische Durchführung verschliesst den Hohlraum am zweiten Ende des Verstärkergehäuses hermetisch dicht. Die erste elektrische Durchführung weist einen ersten elektrischen Isolator und eine erste Buchse auf. Die zweite elektrische Durchführung weist einen zweiten elektrischen Isolator und eine zweite Buchse auf. Die beiden elektrischen Isolatoren sind hohlzylinderförmig. Die beiden elektrischen Isolatoren sind aus elektrisch isolierendem Material wie Keramik. Die beiden elektrischen Isolatoren sind am Verstärkergehäuse befestigt. Die Befestigung der beiden elektrischen Isolatoren am Verstärkergehäuse erfolgt durch Stoffschluss wie Löten. Die erste Buchse ist am ersten elektrischen Isolator befestigt. Die zweite Buchse ist am zweiten elektrischen Isolator befestigt. Die Befestigung der beiden Buchse an den beiden elektrischen Isolatoren erfolgt durch Stoffschluss wie Löten. Der erste elektrische Isolator umschliesst die erste Buchse in radialer Richtung vollständig. Der zweite elektrische Isolator umschliesst die zweite Buchse in radialer Richtung vollständig. Die beiden elektrischen Isolatoren isolieren die beiden Buchsen elektrisch gegenüber dem Verstärkergehäuse. Die beiden Buchsen sind aus elektrisch leitendem Material wie Kupfer.

[0016] Das Signalkabel 12 verbindet die piezoelektrische Sensoreinheit 11 mit der Verstärkereinheit 13. Dazu ist der erste elektrische Kontakt des Signalkabels 12 in die Buchse der piezoelektrischen Sensoreinheit 11 gesteckt und der zweite elektrische Kontakt des Signalkabels 12 ist in die erste Buchse der Verstärkereinheit 13 gesteckt. Die in die beiden Buchsen gesteckten elektrischen Kontakte bilden einen elektrischen Steckkontakt. Über den elektrischen Steckkontakt leitet das Signalkabel 12 die Polarisationsladungen als Messsignal von der piezoelektrischen Sensoreinheit 11 an die Verstärkereinheit 13 ab.

[0017] Die Verstärkereinheit 13 weist einen Ladungsverstärker auf. Der Ladungsverstärker ist im Hohlraum des Verstärkergehäuses angeordnet. In radialer Richtung umschliesst das Verstärkergehäuse den Ladungsverstärker vollständig. Der Ladungsverstärker weist elektrische Leiter und elektronische Komponenten auf. Die Verstärkereinheit 13 ist für eine Betriebstemperatur von 110°C ausgelegt. Insbesondere die elektrischen Komponenten sind für einen Dauerbetrieb bei einer Temperatur von 110°C ausgelegt. Die elektrischen Leiter sind aus elektrisch leitfähigem Material wie Kupfer. Über die elektrischen Leiter ist der Ladungsverstärker elektrisch mit den beiden Buchsen der beiden elektrischen Durchführungen verbunden. Die Verbindung der elektrischen Leiter mit den beiden Buchsen erfolgt durch Stoffschluss wie Löten. Die elektrischen Komponenten bilden eine elektrische Schaltung. Die Verbindung der elektrischen Leiter mit der ersten Buchse der Verstärkereinheit 13 leitet die Polarisationsladungen als Messignal von der ersten Buchse der Verstärkereinheit 13 zur elektrischen Schaltung. Die elektrische Schaltung wandelt die Polarisationsladungen als Messsignal in ein Ausgangssignal in Form einer elektrischen Spannung. Die Verbindung der elektrischen Leiter mit der zweiten Buchse der Verstärkereinheit 13 leitet das Ausgangssignal von der elektrischen Schaltung zur zweiten Buchse der Verstärkereinheit 13.

Bezugszeichenliste

[0018] 1 Zylinderdruck-Sensor 11 piezoelektrische Sensoreinheit 12 Signalkabel 13 Verstärkereinheit

Claims

1. Zylinderdruck-Sensor (1) zur Langzeitüberwachung des Zylinderdruckes eines Zweitakt-Gas- oder Dieselmotors; welcher Zylinderdruck-Sensor (1) in den Zweitakt-Gas- oder Dieselmotor einbaubar ist; welcher Zylinderdruck-Sensor (1) eine piezoelektrischen Sensoreinheit (11) aufweist, welche piezoelektrische Sensoreinheit (11) im in den Zweitakt-Gas- oder Dieselmotor eingebauten Zustand mit dem Zylinderdruck beaufschlagt ist und unter der Wirkung des Zylinderdruckes ein Messignal erzeugt; und welcher Zylinderdruck-Sensor (1) eine Verstärkereinheit (13) aufweist, welche Verstärkereinheit (13) das Messignal in ein Ausgangssignal verstärkt;dadurch gekennzeichnet,dassdie piezoelektrische Sensoreinheit (11) und die Verstärkereinheit (13) über ein Signalkabel (12) miteinander verbunden sind, welches Signalkabel (12) eine Länge von 100mm bis 4000mm aufweist.

2. Zylinderdruck-Sensor (1) nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet,dassdie Verstärkereinheit (13) für eine Betriebstemperatur von 110°C ausgelegt ist.