DE102006027710B4

DE102006027710B4 - Verfahren und Vorrichtung zur indirekten Messung eines Motorzylinderdrucks

Info

Publication number: DE102006027710B4
Application number: DE102006027710A
Authority: DE
Inventors: Roger B. Birmingham Krieger
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2005-06-17
Filing date: 2006-06-14
Publication date: 2010-10-07
Anticipated expiration: 2026-06-15
Also published as: US7117726B1; DE102006027710A1

Abstract

Vorrichtung zum Bestimmen des Drucks innerhalb des Brennraums eines Motors, wobei der Motor eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung (324) aufweist, die in einer Öffnung eines Zylinderkopfes (318) sitzt, um Kraftstoff in den Brennraum einzuspritzen, umfassend:
eine Klemmanordnung mit einer Klemme (342), die ein erstes Ende, das auf der Kraftstoffeinspritzeinrichtung (324) lagert und ein zweites Ende (348) aufweist, das auf dem Zylinderkopf (318) lagert, wobei die Klemme (342) die Kraftstoffeinspritzeinrichtung (324) an dem Zylinderkopf (318) befestigt und der Kraft widersteht, die durch den Druck innerhalb des Brennraums gegen die Kraftstoffeinspritzeinrichtung (324) ausgeübt wird;
und eine Kraftmesszelle (360), die zwischen dem zweiten Ende (348) der Klemme (342) und dem Zylinderkopf (318) angeordnet ist, um die Kraft zu erfassen, die auf die Klemmanordnung durch die Kraftstoffeinspritzeinrichtung (324) aufgebracht wird, und dadurch indirekt den Brennraumdruck zu bestimmen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Messen des Drucks innerhalb des Brennraums eines Motors.
Es ist wünschenswert, den Druck innerhalb des Brennraums eines Motors zu messen. Beispielsweise kann solch ein Druck als ein Eingang an Motorsteuerungssysteme wie z. B. ein Kraftstoffzuleitungssystem in einem Diesel- oder Benzinmotor verwendet werden. Der Brennraum ist jedoch für einen Drucksensor eine sehr raue Umgebung und es wäre wünschenswert, ein Verfahren und eine Vorrichtung für die indirekte Messung des Brennraumdrucks vorzusehen.
In DE 27 12 527 C2 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Prüfen und Überwachen von Brennkraftmaschinen offenbart, bei welchen eine Druckkraft gemessen wird, die infolge einer Verbrennung in einem Zylinder der Brennkraftmaschine auf eine Einspritzeinrichtung in dem Zylinder wirkt. Zur Messung werden piezoelektrische Druckwandler an der Einspritzeinrichtung, einer Kraftstoffzufuhrleitung oder einer Klammer angebracht, welche die Einspritzeinrichtung an dem Zylinder festhält.
US 5 712 424 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Zylinderdruckmessung, bei denen mit Gewinden versehene stiftförmige Befestigungselemente im Inneren einen Dehnungsmessstreifen aufweisen. Diese Befestigungselemente werden zur Befestigung einer Einspritzeinrichtung an einem Zylinderkopf und zur Erfassung eines gegen das Einspritzelement wirkenden Drucks verwendet.
In DE 198 03 470 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung der Gaskräfte im Brennraum einer Brennkraftmaschine offenbart, bei denen die Verwendung kapazitiver Dehnungssensoren an verschiedenen Stellen der Brennkraftmaschine vorgeschlagen wird.
US 5 697 345 offenbart einen Klemmlastverteiler für eine Einspritzeinrichtung.
In DE 42 06 592 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Leistungsmessung von Motoren offenbart. Hierzu werden Dehnungsmessstreifen an Zylinderdeckelbolzen von Motorzylindern angebracht und aus der gemessenen Dehnung der Brennraumdruck ermittelt.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur indirekten Messung eines Motorzylinderdrucks bereitzustellen, bei denen große Robustheit mit einfacher Montage kombiniert ist.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst.
Die vorliegende Erfindung wird aus der hierin nachfolgenden detaillierten Beschreibung verständlich. Es sollte einzusehen sein, dass die detaillierte Beschreibung und spezielle Beispiele, während sie die beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung angeben, nur Veranschaulichungszwecken dienen und den Umfang der Erfindung nicht einschränken sollen.
Die vorliegende Erfindung wird aus der detaillierten Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen besser verständlich, wobei:
1 eine schematische Darstellung eines Motor-Zylinderkopfes und einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung ist, und keine Ausführungsform der Erfindung zeigt;
2 eine schematische Darstellung eines Motor-Zylinderkopfes und einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung ist, und keine Ausführungsform der Erfindung zeigt;
3 eine schematische Darstellung eines Motor-Zylinderkopfes und einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung ist, und eine Ausführungsform der Erfindung zeigt;
4 eine schematische Darstellung eines Motor-Zylinderkopfes und einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung ist, und keine Ausführungsform der Erfindung zeigt;
5 eine schematische Darstellung eines Motor-Zylinderkopfes und einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung ist, und keine Ausführungsform der Erfindung zeigt.
Die nachfolgende Beschreibung der beispielhaften Ausführungsform/en ist lediglich beispielhaft und soll die Erfindung, ihre Anwendungen oder Verwendungen nicht einschränken.
Bezug nehmend auf 1, die keine Ausführungsform der Erfindung zeigt, ist ein Motor 10 zu sehen, der schematisch gezeigt ist. Der Motor 10 umfasst einen Motorblock 12 mit einer Bohrung 14, in der sich ein Kolben 16 hin- und herbewegt. Die Bohrung 14 ist an ihrer Oberseite durch einen Zylinderkopf 18 geschlossen, der mit dem Motorblock 12 und dem Kolben 16 dabei zusammenwirkt, einen Brennraum 22 zu definieren.
Eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung 24 sitzt in einer Bohrung oder Öffnung 26 in dem Zylinderkopf 18, um Kraftstoff in den Brennraum 22 einzuspritzen. Die Öffnung 26 ist eine abgestufte Bohrung mit einer Schulter 28, auf der eine entsprechende Schulter 32 des Kraftstoffeinspritzeinrichtungskörpers 34 sitzt, um so die Spitze 36 der Kraftstoffeinspritzeinrichtung 24 in Verbindung mit dem Brennraum 22 zu bilden.
Die Kraftstoffeinspritzeinrichtung 24 ist an dem Zylinderkopf 18 befestigt und in der Öffnung 26 durch eine Klemmanordnung, allgemein bei 40 bezeichnet, festgehalten. Wie in 1 zu sehen, umfasst die Klemmanordnung 40 eine Klemme 42 mit einem ersten Ende 44, das auf einer Schulter 46 des Kraftstoffeinspritzeinrichtungskörpers 34 ruht. Das zweite Ende 48 der Klemme 42 ruht auf einem Sockel 50, der in Position auf dem Zylinderkopf 18 gegossen ist. Eine Schraube 52 erstreckt sich durch ein Loch 54 zwischen den zwei Enden der Klemme und ist in den Zylinderkopf 18 eingeschraubt, so dass die Klemme 42 in Position gehalten ist und die Kraftstoffeinspritzeinrichtung 24 wiederum in ihrer eingebauten Position von 1 festhält. Die Kraftstoffeinspritzeinrichtung 24 kann für ein Service oder einen Austausch durch Entfernen der Schraube 52 und der Klemme 42 entfernt werden.
Es ist einzusehen, dass während eines Betriebs des Motors der Druck innerhalb des Brennraums 22 auf die Kraftstoffeinspritzeinrichtung 24 mit einer Kraft einwirkt, die in der Richtung wirkt, in der die Kraftstoffeinspritzeinrichtung 24 von dem Zylinderkopf 18 ausgestoßen wird. Die Klemmanordnung 40 wird durch eine Kraft belastet, die proportional zu dem Druck ist, der auf die Kraftstoffeinspritzeinrichtung 24 wirkt.
Wie in 1 zu sehen, ist zwischen dem ersten Ende 44 der Klemme 42 und der Schulter 46 des Kraftstoffeinspritzeinrichtungskörpers 34 ein Umformer 60 angeordnet. Der Umformer 60 ist eine Kraftmesszelle, z. B. eine piezoelektrische Vorrichtung, und kann in der Form einer Unterlegscheibe vorliegen, die die Kraftstoffeinspritzeinrichtung 24 umgibt. Ein Leitungsdraht oder -drähte 62 ist/sind mit einer Motorsteuerungseinheit 64 verbunden, die wiederum durch einen Draht 66 mit der Kraftstoffeinspritzeinrichtung 24 verbunden ist. Die Motorsteuerungseinheit 64 enthält Algorithmen, Kalibirertabellen und dergleichen, um den elektrischen Widerstand des Umformers 60 auszuwerten und den Druck in dem Brennraum zu bestimmen und dann Motorvariablen wie z. B. eine Zündverstellung, einen Kraftstoffbedarf etc. zu steuern.
2 zeigt keine Ausführungsform der Erfindung. In 2 ist eine Klemme 242 von einer Schraube 252 festgehalten, um eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung 224 fest- und niederzuhalten. 2 zeigt auch, dass ein Umformer 260 zwischen dem Kopf 270 der Schraube 252 und der Klemme 224 vorgesehen ist. Der Umformer 260 kann eine Kraftmesszelle in der Form einer Unterlegscheibe sein, die den Schaft 272 der Schraube umgibt und dadurch zwischen dem Kopf 270 der Schraube und dem Körper der Klemme 242 eingeschlossen ist. Ein Draht 262 erstreckt sich von dem Umformer 260 zu der Steuereinheit 264.
3 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung, in der eine Klemme 342 von einer Schraube 352 festgehalten ist, um eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung 324 fest- und niederzuhalten. Ein Umformer 360 ist zwischen dem zweiten Ende 348 der Klemme 342 und dem Sockel 350 des Motorzylinderkopfes 318 vorgesehen. Der Umformer 360 kann eine piezoelektrische oder eine andere kraftmesszellenartige Vorrichtung sein, die eine Änderung eines Widerstands erfährt, die proportional der darauf aufgebrach ten Kraft ist. Ein Draht 362 erstreckt sich von dem Umformer 360 zu der Steuereinheit 364.
4 zeigt keine Ausführungsform der Erfindung. In 4 ist eine Klemme 442 von einer Schraube 452 festgehalten, um eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung 424 fest- und niederzuhalten. Ein Umformer 460 in der Form eines Dehnungsmessstreifens ist an dem Körper der Klemme 442 befestigt. Der Dehnungsmessstreifen erfährt eine Änderung des Widerstands, die proportional der Dehnung ist, die die Klemme 442 erfährt, wenn die Klemme dem Brennraumdruck widersteht, der auf die Kraftstoffeinspritzeinrichtung 424 wirkt. Ein Draht 462 erstreckt sich von dem Umformer 460 zu der Steuereinheit 464.
5 zeigt keine Ausführungsform der Erfindung. In 5 ist eine Klemme 542 von einer Schraube 552 festgehalten, um eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung 524 fest- und niederzuhalten. Ein Umformer 560 in der Form eines Dehnungsmessstreifens ist an dem Schaft 572 der Schraube 562 befestigt. Der Dehnungsmessstreifen erfährt eine Änderung des Widerstands, die proportional dem Grad einer Dehnung ist, die die Klemme 542 erfährt, wenn die Klemme dem Brennraumdruck widersteht, der auf die Kraftstoffeinspritzeinrichtung 524 wirkt. Ein Draht 562 erstreckt sich von dem Umformer 560 zu der Steuereinheit 564.
Die vorhergehende Beschreibung der Erfindung ist lediglich beispielhaft und Änderungen innerhalb des Umfangs der beigefügten Ansprüche sollen daher innerhalb des Umfangs der Erfindung liegen. Beispielweise kann, obwohl die Beschreibung speziell Umformer erwähnt, die piezoelektrische Kraftmesszellen-Unterlegscheiben oder Dehnungsmessstreifen sind, eine andere bekannte Umformertechnologie mit der Kraftstoffeinspritzeinrichtungs-Klemmanordnung verbunden sein, um eine Dehnung zu erfassen, die die Klemmanordnung erfährt, und dadurch die Bestimmung des Brennraumdrucks zu ermöglichen, der wirksam ist, um die Kraftstoffeinspritzeinrichtung aus dem Zylinderkopf hinaus zu schieben.

Claims

Vorrichtung zum Bestimmen des Drucks innerhalb des Brennraums eines Motors, wobei der Motor eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung (324) aufweist, die in einer Öffnung eines Zylinderkopfes (318) sitzt, um Kraftstoff in den Brennraum einzuspritzen, umfassend: eine Klemmanordnung mit einer Klemme (342), die ein erstes Ende, das auf der Kraftstoffeinspritzeinrichtung (324) lagert und ein zweites Ende (348) aufweist, das auf dem Zylinderkopf (318) lagert, wobei die Klemme (342) die Kraftstoffeinspritzeinrichtung (324) an dem Zylinderkopf (318) befestigt und der Kraft widersteht, die durch den Druck innerhalb des Brennraums gegen die Kraftstoffeinspritzeinrichtung (324) ausgeübt wird; und eine Kraftmesszelle (360), die zwischen dem zweiten Ende (348) der Klemme (342) und dem Zylinderkopf (318) angeordnet ist, um die Kraft zu erfassen, die auf die Klemmanordnung durch die Kraftstoffeinspritzeinrichtung (324) aufgebracht wird, und dadurch indirekt den Brennraumdruck zu bestimmen.
Verfahren zum Messen des Drucks innerhalb des Brennraums eines Motors, der eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung (324) aufweist, die in einer Öffnung in einem Zylinderkopf sitzt (318), um die Kraftstoffeinspritzeinrichtung (324) in Verbindung mit dem Brennraum zu positionieren, umfassend die Schritte, dass: eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung (324) an dem Motor-Zylinderkopf (318) durch eine Klemmanordnung mit einer Klemme (342) befestigt wird, die ein erstes Ende, das auf der Kraftstoffeinspritzeinrichtung (324) lagert und ein zweites Ende (348), das auf dem Zylinderkopf (318) lagert, aufweist, so dass sie auf dem Zylinderkopf (318) sitzt und mit der Kraftstoffeinspritzeinrichtung (324) in Eingriff steht, um die Kraftstoffeinspritzeinrichtung (324) in der Öffnung gegen den Druck innerhalb des Brennraums festzuhalten, und die Klemmanordnung mit einer Kraftmesszelle (360), die zwischen dem zweiten Ende (348) der Klemme (342) und dem Zylinderkopf (318) angeordnet ist, verbunden wird, um die Kraft zu messen, die auf die Klemmanordnung durch die Kraftstoffeinspritzeinrichtung (324) aufgebracht wird, und dadurch indirekt den Brennraumdruck zu messen, der gegen die Kraftstoffeinspritzeinrichtung (324) wirkt.