DE102005004492A1

DE102005004492A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Messung des Zylinderdrucks eines Verbrennungsmotors

Info

Publication number: DE102005004492A1
Application number: DE200510004492
Authority: DE
Inventors: Berthold von Großmann; Holger Voges
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2005-02-01
Filing date: 2005-02-01
Publication date: 2006-08-10
Anticipated expiration: 2025-02-02
Also published as: DE102005004492B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung des Zylinderdrucks eines Verbrennungsmotors mit mindestens einem Zylinder, der mindestens ein erstes Bauteil und ein zweites Bauteil aufweist. Es ist vorgesehen, dass die beiden Bauteile mittels einer Befestigungsvorrichtung (15) mit einem Pressdruck gegeneinander gepresst sind, wobei ein von dem Pressdruck beaufschlagter Drucksensor (6) zwischen dem ersten und dem zweiten Bauteil derart angeordnet ist, dass der Zylinderdruck den auf den Drucksensor (6) wirkenden Pressdruck beeinflusst. Ferner betrifft die Erfindung ein entsprechendes Verfahren.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung des Zylinderdrucks eines Verbrennungsmotors.
Die Erfindung betrifft weiter ein Verfahren zur Messung des Zylinderdrucks eines Verbrennungsmotors.

Moderne Verbrennungsmotoren sind mit Klopfsensoren ausgerüstet, deren Messwerte zur Steuerung der Kraftstoffeinspritzung und der Zündung genutzt werden, um neben einem möglichst geringen Kraftstoffverbrauch auch eine optimale Abgasemission zu erzielen.

Der Einsatz von Klopfsensoren ist mit dem Nachteil behaftet, dass die Klopfsensoren nur Messwerte liefern, die über alle Zylinder gemittelt sind. Um einen Verbrennungsmotor optimal steuern zu können, sind für jeden Zylinder genaue Messwerte erforderlich.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Betriebsführung eines Verbrennungsmotors anzugeben, das sich durch genaue Messwerte auszeichnet.

Diese Aufgabe wird mit den im Anspruch 1 beziehungsweise 15 angegebenen Merkmalen dadurch gelöst, dass ein von dem Pressdruck beaufschlagter Drucksensor zwischen dem ersten und dem zweiten Bauteil derart angeordnet ist, dass der Zylinderdruck den auf den Drucksensor wirkenden Pressdruck beeinflusst.

Erfindungsgemäß wird ein Drucksensor zwischen einem ersten Bauteil und einem zweiten Bauteil angeordnet. Diese beiden Bauteile werden mittels einer Befestigungsvorrichtung gegeneinander mit einem Pressdruck gepresst, mit dem der Drucksensor beaufschlagt wird. Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass der während des Betriebs des Verbrennungsmotors entstehende Zylinderdruck den von der Befestigungsvorrichtung erzeugten Pressdruck beeinflusst, insbesondere diesem entgegen wirkt. Die vom Drucksensor gemessenen Drücke erlauben daher eine Aussage zum Zylinderdruck, denn eine Verringerung des Zylinderdrucks erhöht zum Beispiel den Pressdruck, während eine Erhöhung des Zylinderdrucks eine Verringerung des Pressdrucks bewirkt. Die vom Drucksensor gelieferten Messwerte sind deshalb besonders gut zur Steuerung des Verbrennungsmotors, insbesondere seiner Kraftstoffeinspritzung und seiner Zündung, geeignet. Von besonderer Bedeutung ist dabei der zeitliche Verlauf des Zylinderdrucks während des Verbrennungsvorgangs, wobei durch die Erfindung der zeitliche Verlauf ermittelbar ist.

Ausführungsbeispiele und Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Der Drucksensor kann insbesondere zwischen dem Kurbelgehäuse und dem Zylinderkopf, zwischen dem Kurbelgehäuse und der Zylinderkopfdichtung oder zwischen dem Zylinderkopf und der Zylinderkopfdichtung des Verbrennungsmotors angeordnet sein. Vorzugsweise ist der Drucksensor im Bereich einer Dichtsicke der Zylinderkopfdichtung angeordnet.

Der Drucksensor kann insbesondere in die Zylinderkopfdichtung integriert sein. Die Zylinderkopfdichtung kann aber auch selbst als Drucksensor ausgebildet sein.

Anstelle einer Dichtsicke kann der Drucksensor an einer für ihn in die Zylinderkopfdichtung ausgebildeten Sicke oder zusätzlichen Sicke, die als Sensorsicke bezeichnet werden kann, angeordnet werden. Vorzugsweise ist der Erhebungswinkel der Sensorsicke flacher gewählt als der der Dichtsicke, damit eine geringere Federsteifigkeit erzielt wird, um die Dichtwirkung der Zylinderkopfdichtung nicht zu beeinträchtigen.

Alternativ zu den Anordnungen des Drucksensors zwischen dem Zylinderkopf und dem Kurbelgehäuse kann er zwischen einer Zündkerze und dem Zylinderkopf oder dem Kurbelgehäuse angeordnet sein. Vorzugsweise ist der Drucksensor in die Unterleg- und/oder Dichtscheibe der Zündkerze integriert oder die Unterleg- und/oder Dichtscheibe ist als Drucksensor ausgebildet.

Um möglichst genaue Messwerte und zeitliche Messwertverläufe des Zylinderdrucks zu erhalten, ist es vorteilhaft, mindestens einen Temperatursensor vorzusehen, um die vom Drucksensor gelieferten Messwerte mittels einer Temperatur kompensation zu korrigieren. Besonders vorteilhaft ist es, für jeden Zylinder einen Druck- und einen Temperatursensor vorzusehen.

Als Drucksensor sind vorzugsweise Dünnschichtsensoren mit einer amorphen Kohlenwasserstoffschicht geeignet. Sie ändern bei Beaufschlagung mit einem Druck ihren elektrischen Widerstand.

Die Erfindung wird nun an Hand der Figuren näher beschrieben und erläutert.
In der Zeichnung zeigen:
1 ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung,
2 ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung,
3 eine Dichtsicke einer Zylinderkopfdichtung mit integriertem Drucksensor,
4 eine Dichtsicke und eine Sensorsicke einer Zylinderkopfdichtung mit integriertem Drucksensor und
5 den Schichtaufbau eines Dünnschichtsensors.
In der 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Zwischen dem einem Verbrennungsmotor zugehörigen Zylinderkopf 1, in den eine Zündkerze 2 geschraubt ist, und dem Kurbelgehäuse 3 liegt eine schematisch dargestellte Zylinderkopfdichtung 4 mit einer Dichtsicke 5, in die ein Drucksensor 6 integriert ist. Der Zylinderkopf 1 und das Kurbelgehäuse 3 werden wie üblich mittels einer Befestigungsvorrichtung, z. B. einer Schraubverbindung 15, gegeneinander mit einem Pressdruck gepresst. Der elektrische Widerstand des Drucksensors 6 wird mittels eines Messgerätes 7 gemessen.
Weil der sich im Zylinder während des Betriebs des Verbrennungsmotors aufbauende Zylinderdruck auf den Zylinderkopf 1 drückt, wirkt er dem Pressdruck, mit dem der Drucksensor 6 infolge der Befestigungsvorrichtung 15 beaufschlagt ist, entgegen. Der vom Drucksensor 6 gemessene Druck gibt daher spiegelbildähnlich den Verlauf des Zylinderdrucks wieder, denn ein Anstieg des Zylinderdrucks be wirkt einen entsprechenden Abfall des Pressdrucks, während ein Abfall des Zylinderdrucks einen entsprechenden Anstieg des Pressdrucks verursacht.
Zur Temperaturkompensation der vom Drucksensor 6 gelieferten Messwerte ist möglichst in der Nähe des Drucksensors 6 ein Temperatursensor 8 angeordnet, dessen Messwerte der Korrektur der vom Drucksensor 6 gelieferten Messwerte dienen.
Die 3 zeigt einen Ausschnitt einer Zylinderkopfdichtung 4 mit einer Dichtsicke 5, an welcher der Drucksensor 6 angeordnet ist.
In der 4 ist ebenfalls ein Ausschnitt einer Zylinderkopfdichtung 4 mit einer Dichtsicke 5 und einer zusätzlichen Sicke gezeigt, die als Sensorsicke 9 bezeichnet wird, weil dort der Drucksensor 6 angeordnet oder integriert ist. Der Erhebungswinkel der Sensorsicke 9 ist flacher gewählt als der der Dichtsicke 5, damit eine geringere Federsteifigkeit erzeugt wird, um die Dichtwirkung der Zylinderkopfdichtung 4 nicht zu beeinträchtigen.
In der 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung abgebildet. Eine Zündkerze 2 ist in einen Zylinderkopf 1 oder ein Kurbelgehäuse 3 geschraubt. Der Drucksensor 6 ist an der Unterleg- und/oder Dichtscheibe 10 der Zündkerze 2 angeordnet oder dort integriert. Alternativ hierzu kann die Unterleg- und/oder die Dichtscheibe 10 als Drucksensor 6 ausgebildet sein. Ebenso wie bei dem in der 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist es sinnvoll, zur Temperaturkompensation der vom Drucksensor 6 gelieferten Messwerte einen Temperatursensor 8 möglichst in der Nähe des Drucksensors 6 anzuordnen. Mittels der vom Temperatursensor 8 gelieferten Temperaturmesswerte werden die vom Drucksensor 6 erzeugten Druckmesswerte korrigiert.
In der 5 ist der Schichtaufbau eines als Dünnschichtsensor ausgebildeten Drucksensors 6 dargestellt.
An eine tribologische Schicht 11 schließt sich eine Isolationsschicht 12 an, gefolgt von einer Sensorschicht 13, auf die eine weitere Isolationsschicht 12 folgt, die mit einer Bauteiloberfläche 14 abgeschlossen ist.
Bei Beaufschlagung mit Druck ändert ein derartiger Dünnschichtsensor seinen elektrischen Widerstand in Abhängigkeit vom beaufschlagten Druck.
Die mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung oder des erfindungsgemäßen Verfahrens gewonnenen Messwerte der Zylinderdrücke eines Verbrennungsmotors dienen in vorteilhafter Weise der Steuerung des Verbrennungsmotors, insbesondere, seiner Kraftstoffeinspritzung und seiner Zündung. Aus den in der Prüf- und Erprobungsphase eines Verbrennungsmotors gewonnenen Messwerten lassen sich wertvolle Hinweise auf eine sinnvolle Weiterentwicklung des Verbrennungsmotors entnehmen.

1: Zylinderkopf
2: Zündkerze
3: Kurbelgehäuse
4: Zylinderkopfdichtung
5: Dichtsicke
6: Drucksensor
7: Messgerät
8: Temperatursensor
9: Sensorsicke
10: Dichtscheibe, Unterlegscheibe
11: tribologische Schicht
12: Isolationsschicht
13: Sensorschicht
14: Bauteiloberfläche

Claims

Vorrichtung zur Messung des Zylinderdrucks eines Verbrennungsmotors mit mindestens einem Zylinder, der mindestens ein erstes Bauteil und ein zweites Bauteil aufweist, wobei die beiden Bauteile mittels einer Befestigungsvorrichtung (15) mit einem Pressdruck gegeneinander gepresst sind, wobei ein von dem Pressdruck beaufschlagter Drucksensor (6) zwischen dem ersten und dem zweiten Bauteil derart angeordnet ist, dass der Zylinderdruck den auf den Drucksensor (6) wirkenden Pressdruck beeinflusst.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Bauteil ein Kurbelgehäuse (3) und das zweite Bauteil ein Zylinderkopf (1) des Zylinders ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Bauteil ein Kurbelgehäuse (3) oder ein Zylinderkopf (1) des Zylinders und das zweite Bauteil eine Zylinderkopfdichtung (4) ist.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Drucksensor (6) in die Zylinderkopfdichtung (4) integriert ist oder die Zylinderkopfdichtung (4) bildet.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Drucksensor (6) im Bereich einer Dichtsicke (5) der Zylinderkopfdichtung (4) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinderkopfdichtung (4) eine vorzugsweise zusätzliche als Sensorsicke (9) ausgebildete Sicke aufweist, in deren Bereich der Drucksensor (6) angeordnet oder integriert ist.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für eine geringere Federsteifigkeit ein Erhebungswinkel der Sensorsicke (9) flacher gewählt ist als bei der Dichtsicke (5).
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Bauteil ein Kurbelgehäuse (3) oder eine Zylinderkopfdichtung (4) und das zweite Bauteil eine Zündkerze (2) ist.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Drucksensor (6) in eine Unterleg- und/oder Dichtscheibe (10) der Zündkerze (2) integriert oder als Unterleg- und/oder Dichtscheibe (10) ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Temperatursensor (8) im/am Verbrennungsmotor angeordnet ist, um die vom Drucksensor (6) gelieferten Messwerte einer Temperaturkompensation zu unterziehen.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einem Zylinder oder Drucksensor (6) ein Temperatursensor (8) zugeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jedem Zylinder ein Drucksensor (6) zugeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jedem Zylinder oder jedem Drucksensor (6) ein Temperatursensor (8) zugeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Drucksensor (6) als Dünnschichtsensor mit einer amorphen Kohlenwasserstoffschicht ausgebildet ist.
Verfahren zur Messung des Zylinderdrucks eines Verbrennungsmotors mit mindestens einem Zylinder, der mindestens ein erstes Bauteil und ein zweites Bauteil aufweist, wobei die beiden Bauteile mittels einer Befestigungsvorrichtung (15) mit einem Pressdruck gegeneinander gepresst werden, wobei ein von dem Pressdruck beaufschlagter Drucksensor (6) zwischen dem ersten und dem zweiten Bauteil derart angeordnet wird, dass der Zylinderdruck den auf den Drucksensor (6) wirkenden Pressdruck beeinflusst.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die vom Drucksensor (6) gelieferten Messwerte einer Temperaturkompensation unterzogen werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur für die Temperaturkompensation am/im Verbrennungsmotor, insbesondere im Bereich des Drucksensors (6), ermittelt wird.