DE102004058790B3

DE102004058790B3 - Sensor of sound in solids for acoustic diagnosis of defective motor vehicle catalyzer systems has clamped piezoelement that can be stuck onto ceramic carrier or can be cast with ceramic carrier using artificial resin material

Info

Publication number: DE102004058790B3
Application number: DE102004058790A
Authority: DE
Inventors: Laurent Dr.-Ing. Bencteux; Marcus Dr.-Ing. Hofmann
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2004-12-07
Filing date: 2004-12-07
Publication date: 2006-06-22
Anticipated expiration: 2024-12-08

Abstract

The device has a piezoelements clamped between two force sensors. The clamped piezoelement is connected to a ceramic carrier. The clamped piezoelement can be stuck onto the ceramic carrier or can be cast with the ceramic carrier using an artificial resin material. An independent claim is also included for a device for acoustic diagnosis of defective motor vehicle catalyzer systems.

Description

Die Erfindung betrifft einen Körperschallsensor und eine Vorrichtung für die akustische Diagnose von Kraftfahrzeugkatalysatoren.The The invention relates to a structure-borne sound sensor and a device for the acoustic diagnosis of automotive catalytic converters.

Akustische Inspektionsverfahren sind im Stand der Technik bekannt. Die meisten dieser Verfahren werden in der Prozesstechnologie zur Fertigungsüberwachung oder zur Qualitätssicherung eingesetzt.acoustic Inspection methods are known in the art. Most These processes are used in process monitoring technology or for quality assurance used.

Aus der DE 203 20 424 U1 ist ein Messwertaufnehmer zur Erfassung von Körperschallemissionen bekannt. Der Körperschallsensor ist hierbei als Mikrophon ausgebildet und ist deshalb auf seinem Träger elastisch gelagert.From the DE 203 20 424 U1 is a transducer for the detection of structure-borne noise emissions known. The structure-borne noise sensor is designed as a microphone and is therefore mounted elastically on its carrier.

Aus der DE 19924955 A1 ist es bekannt mit einem Mikrophon Schallemissionen eines Kraftfahrzeuges aufzunehmen und die aufgenommenen Luftschallemissionen mit den Körperschallemissionen eines Piezoaufnehmers zu vergleichen. Die beiden Signale werden mit Filter und Hüllkurven bearbeitet und aus dem Vergleich der beiden bearbeiteten Signale wird eine Rasselzahl als Kennzahl des zu untersuchenden Getriebes ermittelt. Der Piezoaufnehmer wird hierbei direkt auf das Getriebe aufgesetzt. Die beschriebene Vorrichtung ist für die Analyse von heißen Körperoberflächen nicht geeignet.From the DE 19924955 A1 It is known to record sound emissions of a motor vehicle with a microphone and to compare the recorded airborne noise emissions with the structure-borne noise emissions of a piezoelectric pickup. The two signals are processed with filters and envelopes and from the comparison of the two processed signals a rattle number is determined as the index of the gear to be examined. The piezo pickup is placed directly on the gearbox. The device described is not suitable for the analysis of hot body surfaces.

Aus der DE 199 50 215 A1 ist ein piezoelektrischer Oberflächenwellensensor bekannt. Der Sensor wird hierbei auf einen Reflektor aufgebracht, den man vielleicht besser als Resonator bezeichnen sollte, der wiederum über einen Wellenleiter mit dem zu untersuchenden Bauteil in Verbindung gebracht werden muss. Das System ist für den permanenten Einbau nicht geeignet, sondern als externe Messstation gedacht.From the DE 199 50 215 A1 For example, a surface acoustic wave sensor is known. The sensor is hereby applied to a reflector, which should perhaps better be referred to as a resonator, which in turn must be brought into contact with the component to be examined via a waveguide. The system is not suitable for permanent installation but intended as an external measuring station.

Aus der DE 199 59 068 A1 ist ein PC basiertes Verfahren zur akustischen Überwachung eines Fertigungsprozesses bekannt. Als Messwertaufnehmer werden unter anderem Klopfsensoren eingesetzt.From the DE 199 59 068 A1 a PC based method for acoustically monitoring a manufacturing process is known. As a sensor, among other knock sensors are used.

Aus der DE 3943133 C2 ist ein Messplatz für die Untersuchung von monolithischen Katalysator- oder Russfilterkörpern bekannt. Hierbei wird mit einem Anschlagkörper dem zu untersuchenden Körper ein Stoß versetzt und das Schallecho des Stoßes wird mit einem Kondensatormikrophon aufgenommen. Das Messsignal des Mikrophons wird einer Frequenzanalyse unterzogen.From the DE 3943133 C2 a measuring station is known for the investigation of monolithic catalyst or Rußfilterkörpern. In this case, a shock body is added to the body to be examined and the sound echo of the shock is recorded with a condenser microphone. The measuring signal of the microphone is subjected to a frequency analysis.

Aus der US 4,653,327 ist ein akustisches Inspektionsverfahren für einen Kraftfahrzeugkatalysator bekannt. Die Monolithische Wabenstruktur eines Katalysatorkörpers wird zwischen einen Lautsprecher und einen Resonanzhohlraum eingespannt, so das der Katalysatorkörper zusammen mit dem Resonanzhohlraum einen Helmholtzresonator bildet. Anschließend werden mit dem Lautsprecher akustische Wellen in die Katalysatorkanäle eingebracht und deren Frequenzspektrum nach Durchtritt durch den Katalysator mit einem Akustischen Aufnehmer im Resonanzhohlraum aufgenommen und aufgezeichnet. Das aufgezeichnete Spektrum wird anschließend mit einem Referenzspektrum verglichen. Das Referenzspektrum ist an einem Musterkatalysator aufgenommen worden, der alle geforderten Katalysatoreigenschaften aufweist. Insbesondere hat der Musterkatalysator die geforderten gleichmäßigen Keramikschichten in den Wabenstrukturen des Katalysatorsubstrats. Durch Vergleich der aufgenommen Frequenzspektren mit den Referenzspektren lässt sich eine Aussage darüber gewinnen, ob der zu überprüfende Katalysator hinreichend genau dem Musterkatalysator entspricht.From the US 4,653,327 For example, an acoustic inspection method for an automotive catalytic converter is known. The monolithic honeycomb structure of a catalyst body is clamped between a speaker and a resonant cavity so that the catalyst body together with the resonant cavity forms a Helmholtz resonator. Subsequently, acoustic waves are introduced into the catalyst channels with the loudspeaker and recorded and recorded their frequency spectrum after passing through the catalyst with an acoustic pickup in the resonant cavity. The recorded spectrum is then compared to a reference spectrum. The reference spectrum has been recorded on a sample catalyst, which has all the required catalyst properties. In particular, the pattern catalyst has the required uniform ceramic layers in the honeycomb structures of the catalyst substrate. By comparing the recorded frequency spectra with the reference spectra, it is possible to determine whether the catalyst to be tested corresponds sufficiently accurately to the model catalyst.

Auch ist es bekannt, akustische Inspektionsverfahren dazu einzusetzen, bei bereits eingebauten Partikelfiltern für Dieselmotoren den Füllgrad der Dieselfilter innerhalb des Abgasstranges zu ermitteln. In der US 2004/0031386 A1 wird hierzu vorgeschlagen mit einem Akustiksensor stromaufwärts vom Partikelfilter und einem Akustiksensor stromabwärts des Partikelfilters jeweils Spektren der Geräuschemissionen im Abgasstrang aufzunehmen. Mit den Methoden der linearen Systemtheorie wird dann aus den beiden Spektren eine Übertragungsfunktion des aktuellen zu prüfenden Partikelfilters errechnet und mit Referenzübertragungsfunktionen von bekannten Füllgraden des Partikelfilters verglichen. Der Vergleich erlaubt dann eine Aussage über den aktuellen Füllgrad des Partikelfilters. Mit dem Verfahren ist es auch möglich Beschädigungen des Filters festzustellen.Also it is known to use acoustic inspection methods in already installed particulate filters for diesel engines, the degree of filling of To determine diesel filter within the exhaust line. In the US 2004/0031386 A1 is proposed for this purpose with an acoustic sensor upstream from the particulate filter and an acoustic sensor downstream of the particulate filter each spectra of noise emissions in the exhaust system. With the methods of linear system theory Then, from the two spectra a transfer function of the current to be tested Particle filter calculated and with reference transfer functions of known Füllgrade of the particulate filter compared. The comparison then allows one Statement about the current filling level of the particulate filter. With the procedure it is also possible damages of the filter.

Auch ist es bekannt, akustische Inspektionsverfahren zur Bestimmung des Speicherzustandes eines ammoniakadsorbierenden Katalysators für ein Kraftfahrzeug einzusetzen. Hierzu wird in der DE 19931007 C2 vorgeschlagen mit einem Oberflächenwellensensor die Oberflächenwellen des Katalysatorkörpers aufzunehmen. Die sich ausbildenden Oberflächenwellen ändern sich charakteristisch zum Füllungsgrad des Katalysators. Die Frequenzänderung der Oberflächenwellen ist daher ein Maß für den Beladungszustand des Katalysators.It is also known to use acoustic inspection methods for determining the storage state of an ammonia adsorbing catalyst for a motor vehicle. This is in the DE 19931007 C2 proposed to record the surface waves of the catalyst body with a surface wave sensor. The surface waves that form are characteristic of the degree of filling of the catalyst. The frequency change of the surface waves is therefore a measure of the loading state of the catalyst.

Von den vorgenannten Technologien sind nur die letzten beiden dazu geeignet im Kraftfahrzeug selbst eingesetzt zu werden. Die für den Einsatz im Kraftfahrzeug geeigneten akustischen Inspektionsverfahren haben vorrangig zum Ziel den Füllgrad von Katalysatoren oder Partikelfiltern zu bestimmen. Auch wenn es mit dem Verfahren nach US 2004/0031386 A1 zusätzlich möglich ist, Beschädigungen des Partikelfilters festzustellen. Für das Verfahren aus der US 2004/0031386 A1 werden mindestens zwei Akustiksensoren benötigt, die in gutem akustischen Kontakt zu dem Innenraum des Abgasstranges stehen müssen, um eine Übertragungsfunktion für den Partikelfilter bestimmen zu können. Das macht die Messwertaufnahme und die Auswertung aufwendig.Of the aforementioned technologies, only the last two are suitable for being used in the motor vehicle itself. The suitable for use in motor vehicle acoustic inspection methods have primarily the goal of determining the degree of filling of catalysts or particulate filters. Even if it is additionally possible with the method according to US 2004/0031386 A1 to determine damage to the particle filter. For the method from US 2004/0031386 A1, at least two acoustic sensors are required, which must be in good acoustic contact with the interior of the exhaust line in order to be able to determine a transfer function for the particle filter. This makes the measured value recording and the evaluation expensive.

Im Falle des Verfahrens nach der DE 19931007 C2 ist es notwendig mit mehreren Sensoren direkt auf der Oberfläche des Katalysatorkörpers zu messen oder zumindest auf einem Referenzsubstrat innerhalb des Katalysatorgehäuses zu messen. Dadurch werden sehr hohe Anforderungen an die Säure- und Temperaturbeständigkeit der verwendeten Sensoren gestellt, was diese Sensoren teuer und anfällig macht.In the case of the procedure after the DE 19931007 C2 it is necessary to measure with multiple sensors directly on the surface of the catalyst body or at least to measure on a reference substrate within the catalyst housing. This places very high demands on the acid and temperature resistance of the sensors used, which makes these sensors expensive and prone.

Der Aufwand für Sensoren und Messwertauswertung ist bei den vorgenannten Verfahren deshalb so hoch, weil es die vorrangige Aufgabe der Meßsensorik ist, den Füllungsgrad der Partikelfilter bzw. des Katalysators zu bestimmen. Beschränkt man sich auf eine reine Funktionsprüfung, so kann unter Umständen eine einfachere und preiswertere Meßsensorik eingesetzt werden. Hier eine Alternative anzugeben ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung.Of the Effort for Sensors and measured value evaluation is in the aforementioned method Therefore so high, because it is the primary task of the measuring sensor is, the degree of filling to determine the particulate filter or the catalyst. Limited focus on a pure functional test, so may under circumstances a simpler and cheaper measuring sensors are used. To give an alternative here is an object of the present invention.

Die Aufgabe wird gelöst mit einem Körperschallsensor nach Anspruch 1 und einer Vorrichtung nach Anspruch 6 Vorteilhafte weitere Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und in der folgenden Beschreibung enthalten.The Task is solved with a structure-borne sound sensor according to claim 1 and an apparatus according to claim 6 Vorteilhafte further embodiments The invention is defined in the subclaims and in the following description contain.

Die Diagnose defekter Katalysatoren mit Katalysator Gehäuse und Katalysator Monolyth erfolgt dadurch, dass an jedem Katalysator ein Körperschallsensor, insbesondere ein Klopfsensor über eine geeignete Keramik-Konstruktion an das Katalysator Gehäuse gekoppelt ist. Keramik-Konstruktion und Körperschallsensor sind miteinander verklebt oder verschraubt, in jedem Fall kraftschlüssig miteinander verbunden. Die Keramikkonstruktion hat die Aufgabe, den Körperschallsensor von der heißen Abgasanlage thermisch zu isolieren und weist eine hohe Temperaturbeständigkeit und eine ausreichende Festigkeit auf. Sie ist kraftschlüssig, beispielsweise über eine Schlauchschelle, am Katalysator Gehäuse befestigt. Damit ist der Körperschallsensor in der Lage, trotz der hohen Temperaturen am Katalysator die Beschleunigungen der Gehäuseoberfläche des Katalysators aufzunehmen.The Diagnosis of defective catalysts with catalyst housing and Catalyst Monolyth takes place in that on each catalyst a structure-borne sound sensor, in particular a knock sensor via a suitable ceramic construction coupled to the catalyst housing is. Ceramic construction and structure-borne sound sensor are glued or screwed together, in each case positively with each other connected. The ceramic construction has the task of the structure-borne sound sensor from the hot Thermally isolate exhaust system and has a high temperature resistance and sufficient strength. It is non-positive, for example via a Hose clamp, attached to the catalyst housing. This is the Noise sensor able to accelerate despite the high temperatures at the catalyst the case surface of the Catalyst record.

Die Messsignale des Körperschallsensors werden über eine Datenverbindung, entweder leitungsgebunden oder funkbasiert zu einer Messwertverarbeitungseinheit weitergeleitet. Diese Messwertverarbeitungseinheit stellt eine beliebige Anzahl von Eingängen für die Sensorsignale zur Verfügung. Das Messsignal wird aufbereitet, verstärkt und ausgewertet.The Measurement signals of the structure-borne sound sensor are transmitted via a Data connection, either wired or radio-based to one Measured value processing unit forwarded. This measurement processing unit provides any number of inputs for the sensor signals. The measuring signal is processed, reinforced and evaluated.

Die Auswertung des Messsignals kann auf zwei verschiedene Arten erfolgen, wobei die beiden Arten z.B. von einem Servicetechniker über einen Wahlschalter auswählbar sind. Zum einen ist über einen Kopfhörer oder über einen Lautsprecher eine unmittelbare subjektive Beurteilung des akustischen Messsignals durch einen Servicetechniker möglich. Damit erfolgt die Beurteilung, ob der Katalysator einen Defekt hat, über den subjektiven Geräuscheindruck, wie er im Kopfhörer oder im Lautsprecher zu hören ist. In der Messwertverarbeitungseinheit liegen optional Beispiel-Audiofiles für defekte und intakte Katalysatoren vor. Aus der Geräusch charakteristik des Messsignals lässt sich dann unter Zuhilfenahme der Audiofiles als Vergleichsproben der Schadensfall einer Katalysator Anlage feststellen.The Evaluation of the measurement signal can be done in two different ways, the two types being e.g. by a service technician via a selector switch selectable are. For one thing is about a headphone or over a speaker an immediate subjective assessment of the acoustic measurement signal by a service technician possible. In order to the judgment is made whether the catalyst has a defect over the subjective sound impression, as in the headphones or in the speaker is. In the measured value processing unit there are optional example audio files for defects and intact catalysts. From the noise characteristic of the measuring signal let yourself then with the help of the audio files as comparison samples of the Determine damage to a catalytic converter system.

Die zweite Option der Erfindung bietet eine objektive Beurteilung. Hierzu werden die Messsignale des Körperschallsensors in der Messwertverarbeitungseinheit oder in einem extern anschließbaren weiteren Analysetool, insbesondere in Form eines Laptop mit entsprechend implementierter Messwertverarbeitung und Messwertauswertung mit einem softwaremäßig implementierten Auswertealgorithmus analysiert und das Ergebnis, – ob intakt oder defekt-, über eine Anzeigevorrichtung, insbesondere über eine LED-Anzeige oder ähnliches ausgegeben. Der Auswertealgorithmus basiert auf Filteroperationen, Statistikoperationen oder anderen mathematischen Berechnungsalgorithmen. Die Messwertverarbeitungseinheit kann onboard im Kraftfahrzeug in Form einer Diagnosebox installiert sein oder offboard in Form eines Notebook oder Laptops realisiert sein. In letzten Fall verfügt das Notebook über einen AD-Wandler in Form einer Soundkarte und einem Programm, dass in Echtzeit die Analyse der Messsignale des Körperschallsensors durchführt oder aber aufzeichnet, um die Analyse anschließend offline durchzuführen. Die Ausgabe des Analyseergebnisses erfolgt auf dem Display des Notebooks in graphischer oder schriftlicher Form. Alternativ kann die Analyse durch eine Audio Ausgabe des Körperschallsensorsignals über die Soundkarte des Notebooks unterstützt werden.The second option of the invention provides an objective assessment. For this become the measuring signals of the structure-borne sound sensor in the measured value processing unit or in an externally connectable further Analysis tool, especially in the form of a laptop with accordingly Implemented measured value processing and measured value evaluation with a software implemented Analysis algorithm analyzes and the result, - whether intact or broken, over a display device, in particular via an LED display or the like output. The evaluation algorithm is based on filter operations, Statistics operations or other mathematical calculation algorithms. The measured value processing unit can onboard in the vehicle in the form a diagnostic box installed or offboard in the form of a notebook or laptops. In the last case, the notebook has an AD converter in the form of a sound card and a program that in real time the Analysis of the measurement signals of the structure-borne sound sensor performs or recording to subsequently perform the analysis offline. The Output of the analysis result takes place on the display of the notebook in graphical or written form. Alternatively, the analysis by an audio output of the structure-borne sound sensor signal via the Sound card supported by the notebook become.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.One embodiment The invention is explained in more detail below with reference to drawings.

Dabei zeigen:there demonstrate:

1 Eine Übersichtsdarstellung mit den wichtigsten Erfindungsmerkmalen. 1 An overview with the most important features of the invention.

2 Eine Schnittdarstellung eines montierten Körperschallsensors auf einem Katalysatorgehäuse. 2 A sectional view of a mounted structure-borne sound sensor on a catalyst housing.

1 zeigt in schematischer Übersichtsdarstellung einen Abgasstrang 1, in den ein Katalysator 2 eingegliedert ist. Auf der Gehäuseoberfläche des Katalysators ist ein Körperschallsensor 3 angeordnet und beispielsweise mit einem metallenen Spannband 4 fixiert. Der Körperschallsensor ist vorzugsweise in einem Kunststoffgehäuse eingegossen. Mittels einer Datenverbindung, die funkbasiert oder wie im dargestellten Ausführungsbeispiel leitungsgebunden ausgeführt sein kann, werden die Messsignale des Körperschallsensors an eine Messwertverarbeitungseinheit 5 übertragen. Für die Ausbildung der Messwertverarbeitungseinheit gibt es verschiedene Möglichkeiten. Die Messwertverarbeitungseinheit kann als separate Diagnosebox ausgebildet sein, die im Kraftfahrzeug eingebaut wird und über weitere Anschlüsse mit der Motorelektronik ME in Verbindung steht. Dann weist die Diagnosebox vorzugsweise eine weitere Anschlussmöglichkeit Interface auf, um eine Datenverbindung zu einem weiteren fahrzeugexternen EDV-System zu ermöglichen. 1 shows a schematic overview of an exhaust system 1 into which a catalyst 2 is incorporated. On the housing surface of the catalyst is a structure-borne sound sensor 3 arranged and for example with a metal strap 4 fixed. The structure-borne sound sensor is preferably cast in a plastic housing. By means of a data connection which may be radio-based or, as in the illustrated exemplary embodiment, conducted in a line-bound manner, the measurement signals of the structure-borne sound sensor are sent to a measured value processing unit 5 transfer. There are various possibilities for the design of the measured value processing unit. The measured value processing unit can be designed as a separate diagnostic box which is installed in the motor vehicle and is connected to the engine electronics ME via further connections. Then, the diagnostic box preferably has a further connection option interface, in order to enable a data connection to a further off-board computer system.

In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung ist die Messwertverarbeitungseinheit komplett in einem fahrzeugexternen EDV-System, insbesondere in einem Notebook oder einem Laptop, integriert. Die graphische Aufteilung in der 1 ist daher lediglich gedanklicher Art, um die Erfindung zu besser verdeutlichen zu können. Im Falle, dass die Messwertverarbeitungseinheit in einem Notebook oder ähnlichem integriert ist, wird natürlich die Datenverbindung zwischen Körperschallsensor und Notebook 6 hergestellt. Hierfür eignet sich dann ganz besonders eine funkbasierte Datenverbindung.In an alternative embodiment of the invention, the measured value processing unit is completely integrated in a vehicle-external EDP system, in particular in a notebook or a laptop. The graphic distribution in the 1 is therefore merely conceptual way to better illustrate the invention. In the case that the measured value processing unit is integrated in a notebook or the like, of course, the data connection between structure-borne sound sensor and notebook 6 produced. For this purpose, a radio-based data connection is particularly suitable.

In jedem Fall wird in der Messwertverarbeitungseinheit das vom Körperschallsensor 3 eingehende Messsignal zunächst aufbereitet. Für die Aufbereitung ist ein Operationsverstärker 7 vorgesehen, mit dem das Eingangssignal verstärkt wird und anschließend an einen Analog/Digital Wandler 8 weitergeleitet wird. Die weitere Messwertverarbeitung erfolgt mittels implementierten Software Programmen in einem geeigneten Mikrocontroller oder Mikroprozessor μC. Von dem Mikroprozessor kann ein Audioausgang 9 angesteuert werden, an den ein Kopfhörer oder ein Lautsprecher angeschlossen werden kann.In any case, in the measured value processing unit of the structure-borne sound sensor 3 incoming measurement signal first processed. For the preparation is an operational amplifier 7 provided with which the input signal is amplified and then to an analog / digital converter 8th is forwarded. The further measured value processing takes place by means of implemented software programs in a suitable microcontroller or microprocessor μC. From the microprocessor can be an audio output 9 be connected to a headphone or a speaker can be connected.

Über einen internen Systembus 10 ist der Mikroprozessor mit Datenspeichern 11 verbunden. In den Datenspeichern sind vorzugsweise weitere für die Messwertverarbeitung sinnvolle und optionale Programmmodule abgespeichert, die vom Messwertverarbeitungsprogramm optional aufgerufen werden können. Die zusätzlichen Programmmodule können insbesondere aus Audiofiles mit Hörproben verschiedener intakter oder defekter Katalysatoranlagen bestehen, oder aus zusätzlichen mathematischen Filteralgorithmen, oder aus zusätzlichen Verarbeitungsprogrammen für die Frequenz- oder Spektralanalyse des vom Körperschallsensor aufgenommenen Akustikprofil.Via an internal system bus 10 is the microprocessor with data storage 11 connected. The data memories preferably store further and optional program modules which are useful for the measured value processing and which can optionally be called up by the measured value processing program. The additional program modules may in particular consist of audio files with audio samples of various intact or defective catalyst systems, or additional mathematical filter algorithms, or additional processing programs for the frequency or spectral analysis of the recorded by the structure-borne sound sensor acoustic profile.

Die Wirkungsweise der Messwertverarbeitungseinheit kann in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wählbar sein. Über einen Wahlschalter 12, der außen an der Diagnosebox zugänglich ist, lässt sich ein Signal auswählen, optional über ein Hoch-, Tief oder Bandpass 11a, dessen Grenzfrequenzen beliebig einstellbar sind, filtern und über Kopfhörerausgänge mittels Kopfhörer oder Lautsprecher anhören. In der Diagnosebox liegen optional Beispiel-Audiofiles 11b für defekte und intakte Katalysatoren vor. Die Filterung kann optional geführt über die Drehzahl erfolgen. Hierzu verfügt die Diagnosebox über eine Verbindung zum Motorsteuergerät ME, von dem sie bei Bedarf das Drehzahlsignal erhält. Eine adaptive Filterung durch Berechnung der Filterkoeffizienten aus dem Drehzahlsignal ist ebenfalls möglich. Damit kann gezielt die Drehzahlfrequenz des Verbrennungsmotors herausgefiltert werden.The operation of the measured value processing unit can be selected in a preferred embodiment of the invention. Via a selector switch 12 , which is accessible from the outside of the diagnostic box, can be used to select a signal, optionally via a high, low or band pass 11a whose cut-off frequencies are freely adjustable, filter and listen via headphone outputs using headphones or speakers. The diagnostic box contains optional example audio files 11b for defective and intact catalysts. The filtering can optionally be performed via the speed. For this purpose, the diagnostic box has a connection to the engine control unit ME, from which it receives the speed signal when required. Adaptive filtering by calculating the filter coefficients from the speed signal is also possible. This can be specifically filtered out the speed frequency of the internal combustion engine.

Optional können die Signale des Körperschallsensors auch automatisiert über einen oder mehrere Auswertealgorithmen 11c analysiert werden und das Analyseergebnis z.B. über eine LED-Anzeige oder eine andere Anzeigevorrichtung ausgegeben werden. Der oder die Auswertealgorithmen basieren auf mathematischen Filter- und Statistikoperationen bzw. auf mathematischen Formeln, die von einem Diagnoseprogramm im Mikrocontroller der Diagnosebox oder im Mikroprozessor eines extern angeschlossenen Notebooks aufgerufen werden können. Die Diagnosebox kann dann auch komplett durch ein Notebook mit entsprechendem Analog/Digital Wandler und Soundkarte für die Akustikausgabe ersetzt werden. Die Diagnose kann hierbei entweder in Echtzeit oder Offline aufgrund von aufgezeichneten Körperschallsensor-Profilen durchgeführt werden.Optionally, the signals of the structure-borne sound sensor can also be automated via one or more evaluation algorithms 11c be analyzed and output the analysis result, for example via an LED display or other display device. The evaluation algorithm or algorithms are based on mathematical filtering and statistical operations or on mathematical formulas that can be called up by a diagnostic program in the microcontroller of the diagnostic box or in the microprocessor of an externally connected notebook. The diagnostic box can then be completely replaced by a notebook with a corresponding analog / digital converter and sound card for the acoustic output. The diagnosis can be performed either in real time or offline based on recorded structure-borne sound sensor profiles.

2 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines montierten Körperschallsensors 3, der hier nicht in seiner eingegossenen Ausführungsform sondern in einer eingespannten Ausführungsform gezeigt ist. Geeignete Körperschallsensoren, insbesondere so genannte Klopfsensoren, sind im Stand der Technik zum Beispiel in der DE 10319098 A1 beschrieben. Der Aufbau eines derartigen Sensors besteht prinzipiell aus einem zylindrischen Piezoelement 13, das zwischen einem oberen und unteren Kraftübertragungsteil 14 eingespannt wird. Beim erfindungsgemäßen Körperschallsensor wird das eingespannte Piezoelement mit einem der beiden Kraftübertragungselementen 14 mit einem Keramikträger 15 kraftschlüssig verbunden. Dieser Verbund kann durch Aufkleben, Vergießen von Keramikträger und Piezoelement in einer Kunstharzmasse oder durch Verschrauben hergestellt werden. In 2 ist der Verbund durch eine Verschraubung hergestellt. Zweckmäßiger Weise wird hierbei die Verschraubung für die Einspannung des Piezoelementes gleichzeitig für das Aufspannen des eingespannten Piezoelementes auf den Keramikträger genutzt. Dies ist zum Beispiel möglich wenn in dem Keramikträger eine Tförmige Nut 16 mit Hinterschneidungen oder eine sacklochförmige Durchgangs-Bohrung mit zylindrischer Erweiterung zur Aufnahme eines Schraubenkopfes eingebracht ist. In die Bohrung oder in die T-Nut wird eine Schraube 17 mit ihrem Schraubenkopf 18 ein- bzw. durchgeführt und das zylindrische Piezoelement mit seinen beiden ringförmigen Kraftaufnehmungen auf den Schraubenschaft aufgesteckt und der ganze Verbund mit einer Schraubenmutter 19 zusammengeschraubt und befestigt. 2 shows a schematic sectional view of a mounted structure-borne sound sensor 3 which is shown here not in its cast-in embodiment but in a clamped embodiment. Suitable structure-borne sound sensors, in particular so-called knock sensors, are known in the art, for example in US Pat DE 10319098 A1 described. The structure of such a sensor consists in principle of a cylindrical piezoelectric element 13 that between an upper and lower Power train 14 is clamped. When the structure-borne sound sensor according to the invention, the clamped piezoelectric element with one of the two power transmission elements 14 with a ceramic carrier 15 positively connected. This composite can be made by sticking, potting ceramic carrier and piezoelectric element in a resin composition or by screwing. In 2 the composite is made by a screw connection. Appropriately, in this case the screw for the clamping of the piezoelectric element is used simultaneously for the clamping of the clamped piezoelectric element on the ceramic carrier. This is possible, for example, if in the ceramic carrier a T-shaped groove 16 is introduced with undercuts or a blind hole-shaped through-hole with cylindrical extension for receiving a screw head. In the hole or in the T-slot is a screw 17 with her screw head 18 On or carried and the cylindrical piezoelectric element with its two annular Kraftaufnehmungen attached to the screw shaft and the whole composite with a nut 19 screwed together and fastened.

Die Spannungssignale des Piezoelementes werden über nicht dargestellte Elektroden abgegriffen und über Signalverbindungen entweder leitungsgebunden und funkbasiert an die Messverarbeitungseinheit 5, die wie schon bei 1 beschrieben als Diagnosebox oder als Notebook 6 ausgebildet sein kann, übermittelt.The voltage signals of the piezoelectric element are tapped via electrodes, not shown, and either signal-bonded and radio-based to the measurement processing unit 5 that like at 1 described as diagnostic box or notebook 6 can be formed, transmitted.

Außerdem ist in den Keramikträger eine Befestigungsmöglichkeit zur Befestigung des Trägers auf dem Katalysatorgehäuse 20 eingebracht. Die Befestigungsmöglichkeiten können hierbei Bohrungen zum Anschrauben des Keramikträgers auf dem Katalysatorgehäuse oder wie im dargestellten Ausführungsbeispiel eine durch den Keramikträger durchgehende Ausnehmung 21 sein, durch die ein Spannband 22 in Form einer Ringschelle durchge führt wird, und mit der der Keramikträger auf das Katalysatorgehäuse aufgespannt wird.In addition, in the ceramic carrier is a mounting option for mounting the carrier on the catalyst housing 20 brought in. The mounting options here are holes for screwing the ceramic support on the catalyst housing or as in the illustrated embodiment, a continuous through the ceramic support recess 21 be through which a strap 22 in the form of a ring clamp is Runaway leads, and with the ceramic carrier is clamped onto the catalyst housing.

Claims

Structure-borne sound sensor ( 3 ) for the diagnosis of catalysts with one between two force transducers ( 14 ) clamped piezo element ( 13 ), characterized in that the clamped piezoelectric element with a ceramic carrier ( 15 ) is positively connected.

Structure-borne noise sensor according to claim 1, characterized in that the clamped piezoelectric element ( 13 ) on the ceramic carrier ( 15 ) is glued.

Structure-borne noise sensor according to claim 1, characterized in that the clamped piezoelectric element ( 13 ) with the ceramic carrier ( 15 ) is shed with a synthetic resin composition.

Structure-borne noise sensor according to claim 1, characterized in that the clamped piezoelectric element ( 13 ) and the ceramic carrier ( 15 ) are connected via a screw connection.

Structure-borne noise sensor according to claim 4, characterized in that the screw for fixing the piezoelectric element ( 13 ) on the ceramic carrier ( 15 ) at the same time the clamping of the piezoelectric element between its two force transducers ( 14 ).

Device for diagnosing catalytic converters of motor vehicles with a structure-borne sound sensor ( 3 ), characterized in that the structure-borne sound sensor ( 3 ) a ceramic carrier ( 15 ), with which it is non-positively connected to the catalyst housing, and that the structure-borne sound sensor ( 3 ) with a measured value processing unit ( 5 ) connected is.

Apparatus according to claim 6, characterized in that the measured value processing unit ( 5 ) is designed as a diagnostic box with an integrated microcontroller or microprocessor (μC).

Apparatus according to claim 6, characterized in that the measured value processing unit ( 5 ) with the structure-borne sound sensor ( 3 ) connectable notebook ( 6 ) or a laptop is.

Apparatus according to claim 7, characterized in that the measured value processing unit ( 5 ) via an interface with an external data processing system ( 6 ) is connectable.

Device according to one of claims 6 to 9, characterized in that the measured value processing unit ( 5 . 6 ) either via a selector switch ( 12 ) or via a keyboard input in their operation is switchable.

Device according to one of claims 6 to 10, characterized in that in the measured value processing unit ( 5 . 6 ) Audiofiles ( 11b ), Evaluation algorithms ( 11c ) or filters ( 11a ) are included.

Device according to one of claims 6 to 11, characterized in that the measured value processing unit ( 5 . 6 ) via an audio output ( 9 ).

Apparatus according to claim 11, characterized in that the evaluation algorithms ( 11c ) a comparison of the measurement signal with exemplary Audiofiles ( 11b ) contain.

Apparatus according to claim 11, characterized in that the evaluation algorithms ( 11c ) Contain filter operations, statistics operations, frequency or spectral analyzes.

Apparatus according to claim 12, characterized in that the noise characteristic of the measurement signal of the structure-borne sound sensor ( 3 ) is audibly audibly output via headphones or loudspeakers.

Device according to claim 11, characterized in that that the evaluation algorithms a comparison of exemplary audio files with noise profiles Defective and intact catalysts with the measurement signal of the structure-borne sound sensor contain.

Device according to claim 15, characterized in that that the diagnosis is over an audio sample takes place.