DE102007003377A1

DE102007003377A1 - Zylinderdruckmesseinrichtung

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Publication number: DE102007003377A1
Application number: DE102007003377A
Authority: DE
Original assignee: MAN Diesel SE
Current assignee: MAN Energy Solutions SE
Priority date: 2007-01-23
Filing date: 2007-01-23
Publication date: 2008-07-31
Anticipated expiration: 2027-01-24
Also published as: JP2008180714A; DE102007003377B4; KR20080069520A; CN101231204B; FI121095B; FI20085033A; JP5383052B2; FI20085033A0; KR101335121B1; CN101231204A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Zylinderdruckmesseinrichtung für eine Brennkraftmaschine zur Messung eines in einem Brennraum eines Zylinders einer Brennkraftmaschine herrschenden Drucks außerhalb des Brennraums, mit einer in radialer Richtung und in axialer Richtung geteilten Traghülse (11), die über mindestens eine Befestigungseinrichtung (22) an einem Zuganker des Zylinders derart befestigbar ist, dass die Traghülse (11) den Zuganker teilweise umschließt, wobei mindestens zwei durch Teilung in radialer Richtung voneinander getrennten Abschnitten (14, 15) der Traghülse (11) Komponenten (18, 29, 19) eines kapazitiven Messsystems zugeordnet sind, sodass eine durch den zu messenden Zylinderdruck bewirkte Längenänderung des Zugankers eine axiale Verschiebung der durch Teilung in radialer Richtung voneinander getrennten Abschnitte (14, 15) und damit der Komponenten (18, 29, 19) des kapazitiven Messsystems bewirkt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Zylinderdruckmesseinrichtung für eine Brennkraftmaschine.
Zur Gewährleistung eines optimalen Betriebs einer Brennkraftmaschine, wie z. B. eines Großdieselmotors oder auch Gasmotors, ist es erforderlich, den in Zylindern der Brennkraftmaschine herrschenden Zylinderdruck messtechnisch zu erfassen und z. B. zur Regelung des Zündverhaltens der Brennkraftmaschine zu verwenden. Hierzu ist es notwendig, den in den Zylindern einer Brennkraftmaschine herrschenden Zylinderdruck permanent zu erfassen.
Aus der Praxis bekannte Zylinderdruckmesseinrichtungen erfassen den Zylinderdruck von Zylindern einer Brennkraftmaschine direkt bzw. innerhalb eines Brennraums der Zylinder. Derartige brennraumbündige Zylinderdruckmesseinrichtungen unterliegen einer hohen thermischen und mechanischen Belastung. Weiterhin sind dieselben Schädigungseinflüssen durch Ablagerungen von Verbrennungsrückständen ausgesetzt. Dies führt dazu, dass die aus der Praxis bekannten, brennraumbündigen Zylinderdruckmesseinrichtungen lediglich eine geringe Standzeit aufweisen und daher nicht geeignet sind, permanent über eine relativ lange Betriebsdauer zuverlässig den Zylinderdruck zu erfassen. Es besteht daher Bedarf an einer Zylinderdruckmesseinrichtung, mit Hilfe derer permanent der in Zylindern einer Brennkraftmaschine herrschende Zylinderdruck gemessen werden kann, die jedoch mit relativ geringen Kosten realisiert werden kann, ohne dass konstruktive Veränderungen an der Brennkraftmaschine als solcher erforderlich sind.
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung das Problem zugrunde, eine neuartige Zylinderdruckmesseinrichtung zu schaffen.
Dieses Problem wird durch eine Zylinderdruckmesseinrichtung nach Anspruch 1 gelöst. Die erfindungsgemäße Zylinderdruckmesseinrichtung weist eine in radialer Richtung und in axialer Richtung geteilte Traghülse auf, die über mindestens eine Befestigungseinrichtung an einem Zuganker des Zylinders derart befestigbar ist, dass die Traghülse den Zuganker teilweise umschließt, wobei mindestens zwei durch Teilung in radialer Richtung voneinander getrennten Abschnitten der Traghülse Komponenten eines kapazitiven Messsystems zugeordnet sind, sodass eine durch den zu messenden Zylinderdruck bewirkte Längenänderung des Zugankers eine axiale Verschiebung der durch Teilung in radialer Richtung voneinander getrennten Abschnitte und damit der Komponenten des kapazitiven Messsystems bewirkt.
Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Zylinderdruckmesseinrichtung wird der in Zylindern einer Brennkraftmaschine herrschende Zylinderdruck indirekt bzw. außerhalb des Brennraums der Zylinder erfasst. Hierzu wird eine dem Zylinderdruck proportionale Dehnung eines Zugankers des hinsichtlich seines Zylinderdrucks zu überwachenden Zylinders herangezogen. Da die erfindungsgemäße Zylinderdruckmesseinrichtung keine direkte Verbindung zum Brennraum des zu überwachenden Zylinders aufweist, unterliegt dieselbe auch keinen hohen thermischen und mechanischen Belastungen. Des Weiteren ist die Funktion der erfindungsgemäßen Zylinderdruckmesseinrichtung nicht durch Ablagerungen von Verbrennungsrückständen beeinträchtigt. Darüber hinaus sind an der Brennkraftmaschine keine konstruktiven Veränderungen erforderlich. Die erfindungsgemäße Zylinderdruckmesseinrichtung kann an einer Brennkraftmaschine einfach montiert und demontiert werden. Die erfindungsgemäße Zylinderdruckmesseinrichtung zeichnet sich durch relativ geringe Kosten sowie hohe Standzeiten aus. Bedingt dadurch, dass ein kapazitives Messsystem in der erfindungsgemäßen Zylinderdruckmesseinrichtung verwendet wird, wird ein kraftloses Messprinzip für den in einem Zylinder einer Brennkraftmaschine herrschenden Zylinderdruck etabliert, sodass keine Reibkorrosionsgefahr an dem Zuganker besteht, an welchem die erfindungsgemäße Zylinderdruckmesseinrichtung befestigt wird.
Auf Grund der geringen benötigten Flächenpressung zwischen Zylinderdruckmesseinrichtung und Zuganker kann die Zylinderdruckmesseinrichtung auf dem Korrosionsschutz des Zugankers montiert werden. Somit kann neben der Reibkorrosionsgefahr auch keine Korrosion auf Grund von Feuchtigkeitsansammlungen entstehen. Die erfindungsgemäße Zylinderdruckmesseinrichtung kann jederzeit am Zuganker montiert sowie von demselben demontiert werden. Bestehende Brennkraftmaschinen können einfach nachgerüstet werden.
Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:
1: eine erfindungsgemäße Zylinderdruckmesseinrichtung in perspektivischer Ansicht;
2: die erfindungsgemäße Zylinderdruckmesseinrichtung der 1 in Draufsicht;
3: einen Querschnitt durch die erfindungsgemäße Zylinderdruckmesseinrichtung entlang der Schnittrichtung III-III in 2;
4: die erfindungsgemäße Zylinderdruckmesseinrichtung der 1 in Seitenansicht;
5: einen Spannring einer Befestigungseinrichtung der erfindungsgemäßen Zylinderdruckmesseinrichtung;
6: einen Nutenstein der Befestigungseinrichtung der erfindungsgemäßen Zylinderdruckmesseinrichtung;
7: ein Klemmstück der Befestigungseinrichtung der erfindungsgemäßen Zylinderdruckmesseinrichtung;
8: eine Spannplatte der Befestigungseinrichtung der erfindungsgemäßen Zylinderdruckmesseinrichtung;
9: eine erste Komponente eines kapazitiven Messsystems der erfindungsgemäßen Zylinderdruckmesseinrichtung;
10: eine zweite Komponente eines kapazitiven Messsystems der erfindungsgemäßen Zylinderdruckmesseinrichtung; und
11: zwei Abschnitte einer Traghülse der erfindungsgemäßen Zylinderdruckmesseinrichtung.
1 bis 11 zeigen eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Zylinderdruckmesseinrichtung 10. So dient die Zylinderdruckmesseinrichtung 10 der indirekten Erfassung eines in einem Zylinder einer Brennkraftmaschine herrschenden Zylinderdrucks außerhalb eines Brennraums des Zylinders, wobei zur Zylinderdruckmessung eine proportionale Dehnung eines Zugankers des hinsichtlich seines Zylinderdrucks zu überwachenden Zylinders herangezogen wird.
Die erfindungsgemäße Zylinderdruckmesseinrichtung 10 verfügt über eine Traghülse 11, wobei die Traghülse 11 einerseits in axialer Richtung, also in Richtung des Pfeils 12, sowie andererseits in radialer Richtung, also in Richtung des Pfeils 13, geteilt ist. Vorzugsweise ist die Traghülse 11 durch die Teilung bzw. Trennung in radialer Richtung und in axialer Richtung in vier Abschnitte 14, 15, 16 und 17 geteilt. 11 zeigt zwei der vier Abschnitte der Traghülse 11.
Im Ausführungsbeispiel der 1 und 2 ist den beiden in radialer Richtung voneinander getrennten Abschnitten 14 und 15 der Traghülse 11 eine Komponente 18 bzw. 19 eines kapazitiven Messsystems zugeordnet. Bei der Komponente 18 (siehe auch 9) handelt es sich um einen sogenannten Sensorhalter zur Aufnahme eines kapazitiven Sensors 29. Bei der Komponente 19 (siehe auch 10) handelt es sich um ein sogenanntes Sensorgegenstück.
Die als Sensorhalter ausgebildete Komponente 18 des kapazitiven Messsystems nimmt den kapazitiven Sensor 29 auf, und zwar in einer Ausnehmung 31 (siehe 9). Der kapazitive Sensor 29 misst kapazitiv einen Abstand 21 von der als Sensorgegenstück ausgebildeten Komponente 19 des kapazitiven Messsystems.
Die Komponenten 18 und 19 des kapazitiven Messsystems sind nach 3 über Passstifte 20 mit dem jeweiligen Abschnitt 14 bzw. 15 der Traghülse 11 verbunden, wobei die Passstifte 20 eine Schrägstellung der Komponenten 18, 19 des kapazitiven Messsystems unterbinden.
Im Ausführungsbeispiel der 1 bis 3 ist die Lage der Abschnitte 14, 15, 16 und 17 der Traghülse 11 über ein ringartiges Element 30 definiert. Das ringartige Element 30 ist dabei gemäß 3 im Querschnitt H-förmig konturiert, wobei die Abschnitte 14, 15, 16 und 17 der Traghülse 11 in das Element 30 vorzugsweise über Nut-Feder-Verbindungen eingreifen. Die Abschnitte 14, 15, 16, 17 der Traghülse 11 sind demnach über das ringartige Element 30 zueinander ausgerichtet.
Ein vorzugsweise als Kunststoffplatte ausgebildetes Element 32 dient der Einstellung eines definierten Abstands 21 bzw. Spalts zwischen den Komponenten 18 und 19 des kapazitiven Messsystems und damit der Einstellung eines definierten Abstands 21 bzw. Spalts zwischen dem in der Komponente 18 aufgenommen Sensor 29 und der als Sensorgegenstück ausgebildeten Komponente 19.
Die erfindungsgemäße Zylinderdruckmesseinrichtung der 1 und 2 verfügt weiterhin über zwei Befestigungseinrichtungen 22, um die erfindungsgemäße Zylinderdruckmesseinrichtung 10 an einem Zuganker des Zylinders zu befestigen, und zwar derart, dass die Traghülse 11 den Zuganker teilweise umschließt bzw. umgibt. Beiden axialen Enden der Traghülse 11 ist dabei jeweils eine Befestigungseinrichtung 22 zugeordnet.
Jede der Befestigungseinrichtungen 22 umfasst einen U-förmigen Spannring 23 (siehe auch 5), einen Nutenstein 24 (siehe auch 6), ein Klemmstück 25 (siehe auch 7) sowie eine Spannplatte 26 (siehe auch 8). Jede Spannplatte 26 ist über Schrauben 27 mit dem entsprechenden Klemmstück 25 sowie Nutenstein 24 verschraubt, wodurch letztendlich die Spannringe 23 die Traghülse 11 gegen den entsprechenden Zuganker drücken bzw. pressen.
Durch die Verwendung der Spannringe 23 wird selbst bei beengten Platzverhältnissen eine Montage der Zylinderdruckmesseinrichtung 10 an einem Zuganker ermöglicht. Über das Anziehmoment der Schrauben 27 wird die Flächenpressung der Traghülse 11 mit dem Zuganker definiert.
Jeder der Abschnitte 14, 15, 16 und 17 der Traghülse 11 weist an einem äußeren Ende jeweils einen Vorsprung 28 auf, der in montiertem Zustand am Zuganker anliegt. Die Abmessungen der Vorsprünge 28, die an Innenflächen der Abschnitte 14, 15, 16 und 17 der Traghülse 11 ausgebildet sind, sowie das Anziehmoment der Schrauben 27 bestimmen die Flächenpressung zwischen der Traghülse 11 und dem Zuganker. Ein Innendurchmesser der an den Innenflächen der Abschnitte 14, 15, 16 und 17 ausgebildeten Vorsprünge 28 ist dabei an einen Außendurchmesser des Zugankers angepasst, an welchem die Zylinderdruckmesseinrichtung befestigt werden soll.
Wie bereits ausgeführt, ist die Traghülse 11 sowohl in axialer Richtunng als auch in radialer Richtung geteilt bzw. getrennt. Die Traghülse 11 stellt eine Leitstützstruktur bereit, auf welcher das kapazitive Messsystem bzw. der kapazitive Sensor montiert ist. Die axiale Teilung der Traghülse 11 ermöglicht dabei die Montage der erfindungsgemäßen Zylinderdruckmesseinrichtung bei montiertem bzw. eingebautem Zuganker. Die radiale Teilung der Traghülse 11 ist für die Etablierung der kraftlosen bzw. kraftfreien kapazitiven Messung erforderlich.
Bei einer Zugbelastung des Zugankers und damit der Traghülse 11 können die Abschnitt 14, 15, 16 und 17 der Traghülse 11 frei auseinander bewegt werden. Bei einer Druckbelastung, die unter Einfluss einer Wärmedehnung auftreten kann, ist lediglich die Kraft zu überwinden, die vom Element 30 aufgenommen wird. Durch den zu messenden Zylinderdruck bewirkte Längenänderungen des Zugankers resultieren demnach in einer axialen Verschiebung der durch Teilung in radialer Richtung voneinander getrennten Abschnitte, insbesondere der Abschnitte 14 und 15, welche die Komponenten 18, 29 und 19 des kapazitiven Messsystems tragen.
Eine derartige axiale Verschiebung verändert demnach den Abstand 21 zwischen dem kapazitiven Sensor 29 und der als Sensorgegenstück ausgebildeten Komponente 19 des kapazitiven Messsystemsund damit letztendlich das bereitgestellte Messsignal. Der kapazitive Sensor 29 wird mit einer nicht-dargestellten Abdichtung vor Verschmutzung geschützt.
Es ist möglich, bestehende Brennkraftmaschinen mit der erfindungsgemäßen Zylinderdruckmesseinrichtung nachzurüsten. Die Montage sowie Demontage der erfindungsgemäßen Zylinderdruckmesseinrichtung erfolgt am montierten Zuganker. Es sind keinerlei konstruktive Änderungen am Zuganker bzw. an der Brennkraftmaschine erforderlich.
Das Messprinzip ist kraftlos, es müssen demnach von der Verbindung zwischen dem Zuganker und der Zylinderdruckmesseinrichtung keine oder nur sehr geringe Kräfte übertragen werden. Es besteht daher keine Reibkorrosionsgefahr am Zuganker.

10: Zylinderdruckmesseinrichtung
11: Traghülse
12: Axialrichtung
13: Radialrichtung
14: Abschnitt
15: Abschnitt
16: Abschnitt
17: Abschnitt
18: Komponente
19: Komponente
20: Passstift
21: Abstand
22: Befestigungseinrichtung
23: Spannring
24: Nutenstein
25: Klemmstück
26: Spannplatte
27: Schraube
28: Vorsprung
29: kapazitiver Sensor
30: Element
31: Ausnehmung
32: Element

Claims

Zylinderdruckmesseinrichtung für eine Brennkraftmaschine, zur Messung eines in einem Brennraum eines Zylinders einer Brennkraftmaschine herrschenden Drucks außerhalb des Brennraums, mit einer in radialer Richtung und in axialer Richtung geteilten Traghülse (11), die über mindestens eine Befestigungseinrichtung (22) an einem Zuganker des Zylinders derart befestigbar ist, dass die Traghülse (11) den Zuganker teilweise umschließt, wobei mindestens zwei durch Teilung in radialer Richtung voneinander getrennten Abschnitten (14, 15) der Traghülse (11) Komponenten (18, 29, 19) eines kapazitiven Messsystems zugeordnet sind, sodass eine durch den zu messenden Zylinderdruck bewirkte Längenänderung des Zugankers eine axiale Verschiebung der durch Teilung in radialer Richtung voneinander getrennten Abschnitte (14, 15) und damit der Komponenten (18, 29, 19) des kapazitiven Messsystems bewirkt.
Zylinderdruckmesseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Traghülse (11) durch die Trennung in radialer Richtung und in axialer Richtung in vier Abschnitte (14, 15, 16, 17) geteilt ist.
Zylinderdruckmesseinrichtung nach Anspruche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschnitte (14, 15, 16, 17) der Traghülse (11) über ein ringartiges Element (30) zueinander ausgerichtet sind.
Zylinderdruckmesseinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschnitte (14, 15, 16, 17) der Traghülse (11) an ihren äußeren Enden jeweils einen, einer Innenfläche zugeordneten Vorsprung (28) aufweisen, der in am Zuganker montierten Zustand gegen eine Außenfläche des Zugankers drückt.
Zylinderdruckmesseinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass dieselbe über vorzugsweise zwei Befestigungseinrichtungen (22) an einem Zuganker des Zylinders befestigbar ist, wobei jede Befestigungseinrichtung (22) einen U-förmigen Spannring (23), einen Nutenstein (24), ein Klemmstück (25) und eine Spannplatte (26) umfasst, wobei jeder Spannring (23) an einem äußeren Ende Abschnitte der Traghülse (11) derart umschließt, dass eine über die jeweilige Spannplatte (26), das jeweilige Klemmstück (25) und den jeweiligen Nutenstein (24) auf den jeweiligen Spannring (23) ausgeübte Kraft die Abschnitte (14, 15, 16, 17) der Traghülse (11) gegen den Zuganker drückt.
Zylinderdruckmesseinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponenten (18, 29, 19) des kapazitiven Messsystems über Passstifte (20) mit den Abschnitten (14, 15) der Traghülse (11) verbunden sind.