DE102005004492B4 - Vorrichtung und Verfahren zur Messung des Zylinderdrucks eines Verbrennungsmotors - Google Patents
Vorrichtung und Verfahren zur Messung des Zylinderdrucks eines Verbrennungsmotors Download PDFInfo
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Abstract
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, dadurch
gekennzeichnet, dass mindestens ein Temperatursensor (8) im/am Verbrennungsmotor
angeordnet ist, um die vom Drucksensor (6) gelieferten Messwerte
einer Temperaturkompensation zu unterziehen, und dass der Drucksensor
(6) als Dünnschichtsensor
mit einer amorphen Kohlenwasserstoffschicht ausgebildet ist.
Description
- Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung des Zylinderdrucks eines Verbrennungsmotors gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Messung des Zylinderdrucks eines Verbrennungsmotors gemäß dem Patentanspruch 13.
- 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.
- Aus der
DE 196 22 651 A1 ist ein Drucksensor zur Erfassung des Zylinderdruckes bekannt, der als Unterlegscheibe einer Zündkerze ausgebildet ist. Der Nachteil dieser Anordnung besteht darin, dass die Messwerte durch die hohen Temperaturen beeinflusst werden. - 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 gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst, wonach mindestens ein Temperatursensor im/am Verbrennungsmotor angeordnet ist, um die vom Drucksensor gelieferten Messwerte einer Temperaturkompensation zu unterziehen, wobei der Drucksensor als Dünnschichtsensor mit einer amorphen Kohlenwasserstoffschicht ausgebildet ist.
- Ebenso wird die Aufgabe gemäß dem Verfahren des Anspruchs 13 dadurch gelöst, wobei die vom Drucksensor gelieferten Messwerte einer Temperaturkom pensation unterzogen werden. Die Temperatur für die Temperaturkompensation am/im Verbrennungsmotor wird ermittelt, wobei als Drucksensor ein Dünnschichtsensor mit einer amorphen Kohlenwasserstoffschicht verwendet 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. Der Drucksensor ist als Dünnschichtsensor mit einer amorphen Kohlenwasserstoffschicht ausgebildet. Diese Sensoren ändern bei Beaufschlagung mit einem Druck ihren elektrischen Widerstand.
- Die vom Dünnschichtsensor 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 Dünnschichtsensor gelieferten und einer Temperaturkompensation unterzogenen 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 Dünnschichtsensor 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. Der Dünnschichtsensor ist im Bereich einer Dichtsicke der Zylinderkopfdichtung angeordnet.
- Der Dünnschichtsensor kann insbesondere in die Zylinderkopfdichtung integriert sein. Die Zylinderkopfdichtung kann aber auch selbst als Dünnschichtsensor ausgebildet sein.
- Anstelle einer Dichtsicke kann der Dünnschichtsensor an einer für ihn in die Zylinderkopfdichtung ausgebildeten Sicke oder zusätzlichen Sicke, die als Sensor sicke 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 Dünnschichtsensors zwischen dem Zylinderkopf und dem Kurbelgehäuse kann er zwischen einer Zündkerze und dem Zylinderkopf oder dem Kurbelgehäuse angeordnet sein. Vorzugsweise ist der Dünnschichtsensor in die Unterleg- und/oder Dichtscheibe der Zündkerze integriert oder die Unterleg- und/oder Dichtscheibe ist als Dünnschichtsensor ausgebildet.
- Besonders vorteilhaft ist es, für jeden Zylinder einen Dünnschicht- und einen Temperatursensor vorzusehen.
- 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 Zylinderkopf1 , in den eine Zündkerze2 geschraubt ist, und dem Kurbelgehäuse3 liegt eine schematisch dargestellte Zylinderkopfdichtung4 mit einer Dichtsicke5 , in die ein Drucksensor6 integriert ist. Der Zylinderkopf1 und das Kurbelgehäuse3 werden wie üblich mittels einer Befestigungsvorrichtung, z. B. einer Schraubverbindung15 , gegen einander mit einem Pressdruck gepresst. Der elektrische Widerstand des Drucksensors6 wird mittels eines Messgerätes7 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 Drucksensor6 infolge der Befestigungsvorrichtung15 beaufschlagt ist, entgegen. Der vom Drucksensor6 gemessene Druck gibt daher spiegelbildähnlich den Verlauf des Zylinderdrucks wieder, denn ein Anstieg des Zylinderdrucks bewirkt 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 Drucksensors6 ein Temperatursensor8 angeordnet, dessen Messwerte der Korrektur der vom Drucksensor6 gelieferten Messwerte dienen. - Die
3 zeigt einen Ausschnitt einer Zylinderkopfdichtung4 mit einer Dichtsicke5 , an welcher der Drucksensor6 angeordnet ist. - In der
4 ist ebenfalls ein Ausschnitt einer Zylinderkopfdichtung4 mit einer Dichtsicke5 und einer zusätzlichen Sicke gezeigt, die als Sensorsicke9 bezeichnet wird, weil dort der Drucksensor6 angeordnet oder integriert ist. Der Erhebungswinkel der Sensorsicke9 ist flacher gewählt als der der Dichtsicke5 , damit eine geringere Federsteifigkeit erzeugt wird, um die Dichtwirkung der Zylinderkopfdichtung4 nicht zu beeinträchtigen. - In der
2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung abgebildet. Eine Zündkerze2 ist in einen Zylinderkopf1 oder ein Kurbelgehäuse3 geschraubt. Der Drucksensor6 ist an der Unterleg- und/oder Dichtscheibe10 der Zündkerze2 angeordnet oder dort integriert. Alternativ hierzu kann die Unterleg- und/oder die Dichtscheibe10 als Drucksensor6 ausgebildet sein. Ebenso wie bei dem in der1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist es sinnvoll, zur Temperaturkompensation der vom Drucksensor6 gelieferten Messwerte einen Temperatursensor8 möglichst in der Nähe des Drucksensors6 anzuordnen. Mittels der vom Tempe ratursensor8 gelieferten Temperaturmesswerte werden die vom Drucksensor6 erzeugten Druckmesswerte korrigiert. - In der
5 ist der Schichtaufbau eines als Dünnschichtsensor ausgebildeten Drucksensors6 dargestellt. - An eine tribologische Schicht
11 schließt sich eine Isolationsschicht12 an, gefolgt von einer Sensorschicht13 , auf die eine weitere Isolationsschicht12 folgt, die mit einer Bauteiloberfläche14 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 (13)
- 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, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Temperatursensor (8 ) im/am Verbrennungsmotor angeordnet ist, um die vom Drucksensor (6 ) gelieferten Messwerte einer Temperaturkompensation zu unterziehen, und dass der Drucksensor (6 ) als Dünnschichtsensor mit einer amorphen Kohlenwasserstoffschicht ausgebildet ist. - 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 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 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. - 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, dadurch gekennzeichnet, dass die vom Drucksensor (6 ) gelieferten Messwerte einer Temperaturkompensation unterzogen werden, wobei die Temperatur für die Temperaturkompensation am/im Verbrennungsmotor ermittelt wird, und dass als Drucksensor (6 ) ein Dünnschichtsensor mit einer amorphen Kohlenwasserstoffschicht verwendet wird.
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