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Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit wenigstens einem einen Brennraum aufweisenden Zylinder, der durch einen Zylinderkopf verschlossen ist und mit zumindest einem Drucksensor, der wenigstens teilweise in den Brennraum hineinragt und den dort herrschenden Druck, der in einer Steuereinheit der Generierung spezieller Betriebsparameter zugrunde gelegt wird, erfasst.
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Die heutzutage in Kraftfahrzeugen zum Einsatz kommenden Brennkraftmaschinen, insbesondere Dieselverbrennungsmotoren, sind üblicherweise mit einem Drucksensor ausgerüstet, um den Verbrennungsdruck des Verbrennungsgases in jeder der Brennkammern des Verbrennungsmotors zu erfassen. Oftmals werden derartige Drucksensoren in andere, im Bereich des Zylinderkopfs vorgesehene Bauteile, wie z. B. Glühkerzen, Zylinderkopfdichtung oder Zylinderkopfschraube integriert. Weitere bekannte technische Lösungen zur Messung des Zylinderinnendrucks sehen Dehnmessstreifen an der Zylinderkopfwand vor.
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In diesem Zusammenhang ist aus der
DE 196 80 912 T1 ein Drucksensor zum Detektieren des Zylinderinnendrucks eines Dieselmotors bekannt, der in eine Glühkerze integriert ist. Der Drucksensor ist zwischen einem Zylinderdruck-Aufnahmeglied der Glühkerze und einem Fixierglied zum Fixieren des Zylinderdruck-Aufnahmeglieds am Körper der Glühkerze angeordnet. Jeder Zylinder des Verbrennungsmotors verfügt über einen separaten Drucksensor, die somit unabhängig von einander den Innendruck der einzelnen Zylinder detektieren.
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Des Weiteren ist aus der
DE 10 2008 043 822 A1 ein Drucksensor für einen Verbrennungsmotor bekannt, der in einem gemeinsamen Gehäuse mit einer Glühkerze in einen Einbauschacht eines Zylinders eingesetzt wird. Das hülsenartige Gehäuse, das die Sensoreinheit sowie die Energieversorgungseinheit der Glühkerze zumindest teilweise umgibt, verfügt über ein geeignetes Dichtelement, das gewährleisten soll, dass kein Brenngas in das Gehäuse oder die Umgebung gelangt.
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Wesentlich an den aus dem Stand der Technik bekannten technischen Lösungen ist, dass die in Verbrennungsmotoren, insbesondere im Zylinderraum vorgesehenen Drucksensoren regelmäßig in Kombination mit weiteren Bauteilen, insbesondere mit Glühkerzen, in den Zylinderkopf eingebaut werden. Nachteilig hieran ist zum einen, dass die Druckerfassung mittels des Drucksensors durch den Betrieb des an gleicher Stelle befindlichen weiteren Bauteils beeinflusst wird. Zum anderen besteht ein weiterer erheblicher Nachteil darin, dass im Schadensfall die in Form eines gemeinsamen Bauteils eingebauten Einzelkomponenten nur zusammen ausgetauscht werden können.
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Ausgehend von den aus dem Stand der Technik bekannten Drucksensoren liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein System zur Druckerfassung im Brennraum von Brennkraftmaschinen, insbesondere von Dieselverbrennungsmotoren, derart weiterzubilden, dass eine hochgenaue, störungsfreie Messung des Innendrucks im Brennraum bei gleichzeitig vergleichsweise einfacher Gestaltung der Drucksensoreinbaus möglich ist. Außerdem soll durch die anzugebende technische Lösung sichergestellt werden, dass im Schadensfall des Drucksensors dieser auf einfache Weise und unter möglichst geringem kostenmäßigen Aufwand austauschbar ist.
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Die vorstehende Aufgabe wird mit einem Drucksensor einer Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche und werden in der folgenden Beschreibung unter teilweiser Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert.
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Erfindungsgemäß ist eine Brennkraftmaschine mit wenigstens einem einen Brennraum aufweisenden Zylinder, der durch einen Zylinderkopf begrenzt ist und zumindest mit einer Drucksensoreinheit, die in den Brennraum hineinragt und den dort herrschenden Druck, welcher in einer Steuereinheit zur Generierung spezieller Betriebsparameter verwendet wird, erfasst derart weitergebildet worden, dass der Zylinderkopf einen Sensorschacht zur ausschließlichen Aufnahme einer Drucksensoreinheit aufweist, wobei der im Sensorschacht befindliche Drucksensor mittelbar oder unmittelbar mit dem Zylinderkopf verbunden ist.
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Wesentlich an der erfindungsgemäßen technischen Lösung ist, dass je Brennraum einer Brennkraftmaschine, vorzugsweise eines Dieselverbrennungsmotors, ein separater Drucksensor in einem Sensorschacht vorgesehen ist. Um eine entsprechende Anordnung des Drucksensors im Bereich des Zylinderkopfes zu ermöglichen, wird die Geometrie des Zylinderkopfes auf geeignete Weise angepasst. Insbesondere sind im Vergleich zu den bekannten Zylinderköpfen geometrische Veränderungen in Bezug auf den Ölraum, den Wasserraum sowie den Brennraum erforderlich. Die Anordnung bzw. räumliche Gestaltung der zuvor genannten Räume, wird derart angepasst, dass die Integration eines Drucksensors je Zylinder zur Verbrennungsregelung einerseits funktionssicher ist und andererseits eine leichte Zugänglichkeit des Drucksensors ermöglicht. Im Übrigen ist darunter, dass ausschließlich eine Drucksensoreinheit im Sensorschacht angeordnet ist, zu verstehen, dass nur der Drucksensor sowie für den Betrieb des Drucksensors erforderliche Bauteile in dem Sensorschacht vorgesehen sind. Andere Komponenten, wie beispielsweise eine Glühkerze, werden im Sensorschacht nicht angeordnet.
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In einer geeigneten Ausführungsform der Erfindung werden die um den Kalottenbrennraum angeordneten Wasserräume, die durch Bohrungen auf der Unterseite des Zylinderkopfes mit dem Wassermantel des Zylinderkurbelgehäuses verbunden sind, durch Aussparungen für den Sensorschacht unterbrochen. Oberhalb der Wasserräume sind Hohlräume für den Ölkreislauf vorgesehen, in dem die Ventilsteuerung angeordnet ist. Auch diese Hohlräume werden derart gestaltet, dass Raum für den Sensorschacht im Zylinderkopf verbleibt.
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Auf bevorzugte Weise werden ferner die zwischen den Einlass- und Auslassventilen angeordneten Injektortröge derart ausgeführt, dass ausreichend Raum für die Einbringung einer weiteren Bohrung, vorzugsweise seitlich neben den Einlass- und Auslassventilen, vorhanden ist, um so je Zylinder einen Sensorschacht für die Aufnahme eines Drucksensors bereitzustellen. Die entsprechenden Vorgaben hinsichtlich einer geeigneten Geometrie werden bereits während des Gießprozesses berücksichtigt.
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Vorteilhaft an der erfindungsgemäßen Lösung ist weiterhin, dass die Art des Drucksensors nahezu frei wählbar ist, da die Gestaltung des Sensors und dessen Einbau unabhängig von anderen Komponenten, beispielsweise unabhängig von der Gestaltung einer Glühkerze, erfolgt. Auf diese Weise können sowohl Systemkosten als auch die im Reparaturfall anfallenden Reparaturkosten minimiert werden. Durch den störungsfreien, funktionssicheren Betrieb der Drucksensoren je Brennraum werden ferner Kraftstoffersparnisse und Emissionsverbesserungen erzielt.
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In einer speziellen Ausführungsform verfügt der Sensorschacht über geeignete Befestigungsmittel, an denen der Drucksensor befestigbar ist. Derartige Befestigungsmittel, vorzugsweise ein Gewinde, können wahlweise direkt in den Zylinderkopf eingebracht werden oder aber durch zusätzliche, geeignete Komponenten, wie beispielsweise spezielle Gehäusebauteile bereitgestellt werden. In diesem Zusammenhang ist es denkbar, dass der erfindungsgemäß ausgeführte Drucksensor zumindest teilweise in einem Sensorgehäuse angeordnet ist, das wiederum im Sensorschacht befestigt ist.
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Eine besondere Weiterbildung der Erfindung sieht ferner vor, dass je Brennraum eines Zylinders ein separater Drucksensor vorgesehen ist, der jeweils neben einer Nockenwelle und seitlich zwischen Einlass- und Auslassventil angeordnet ist. Verfügt die mit einem erfindungsgemäß angeordneten Drucksensor ausgerüstete Brennkraftmaschine über zwei Nockenwellen, so ist der Drucksensor vorzugsweise im Bereich zwischen diesen Nockenwellen angeordnet.
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Um einen besonders zuverlässigen und störungsfreien Betrieb des Drucksensors zu gewährleisten, ist vorzugsweise vorgesehen, dass der Drucksensor nicht von einem Kühlmittel, wie beispielsweise Kühlwasser, umströmt wird.
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Im Folgenden wird die Erfindung ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand spezieller Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert. Dabei zeigen:
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1 Zylinderkopf mit Drucksensoren;
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2 Schnittansicht durch einen Zylinderkopf mit Drucksensor;
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3 Schnittansicht eines Zylinderkopfes mit Drucksensor und Darstellung der geeigneten Geometrie sowie
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4 Ansicht aus dem Brennraum auf die im Zylinderkopf vorgesehene Bohrung für den Sensorschacht.
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1 zeigt den Zylinderkopf 1 eines Verbrennungsmotors in zusammengebautem Zustand. Im oberen Bereich neben der Nockenwelle 5 sind die Anschlüsse der Drucksensoren 2 bzw. die Sensorstecker 7 dargestellt.
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In Ergänzung zu 1 zeigt 2 eine Schnittansicht durch den Zylinderkopf mit einem erfindungsgemäß ausgeführten Drucksensor 2. Der Drucksensor 2 ist, ohne dass sich hier ein weiteres Bauteil befindet, in einem Sensorschacht 3 angeordnet, der den Zylinderkopf 1 durchdringt. Der Drucksensor ragt hierbei in den Brennraum 4 und erfasst den Innendruck des Zylinders. Der derart erfasste Druck wird über eine entsprechende Datenleitung an eine Motorsteuereinheit übertragen, in der auf der Grundlage des erfassten Brennraumdrucks spezielle Betriebsparameter des Verbrennungsmotors generiert werden. Die Sensoreinheit ist in ein Sensorgehäuse eingebracht, das im Sensorschacht des Zylinderkopfes lösbar befestigt ist. Auf diese Weise kann im Falle eines Sensordefektes bzw. einer entsprechenden Reparatur das Sensorgehäuse mit dem Drucksensor 2 vergleichsweise einfach dem Sensorschacht entnommen und ausgetauscht werden.
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3 zeigt nochmals die Schnittansicht durch den Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine, hier eines Dieselverbrennungsmotors, mit Drucksensor, wobei die Anpassung der Geometrie der Wasser-, Öl- und Brennräume (8, 9, 4) an den vorhandenen Sensorschacht 3 hervorgehoben wird. Im oberen Bereich des Zylinderkopfes 1 zwischen den Einlass- und Auslassventilen 6 ist die Gussform und somit letztendlich der Injektortrog 10 an den benötigten Bauraum für den Sensorschacht 3 mit Drucksensor 2 angepasst worden. Ebenso ist im darunter liegenden Bereich der Ölraum 9 für den Ölkreislauf, in dem die Ventilsteuerung angeordnet ist, an den veränderten Platzbedarf aufgrund des nunmehr vorgesehenen Sensorschachts 3, der ausschließlich einen Drucksensor 2 aufnimmt, angepasst worden. Im unteren Bereich des Zylinderkopfes ist darüber hinaus der Wasserraum 8, der über entsprechende Bohrungen mit den Wasserkanälen des Zylinderkurbelgehäuses fluiddicht verbunden ist, derart ausgeführt, dass geeignete Unterbrechungen bzw. Wände für den Sensorschacht 3 vorgesehen sind. Der Drucksensor 2 selbst wird nicht von Kühlflüssigkeit umströmt. Auf diese Weise wird eine funktionssichere und störungsfreie Erfassung von Druckwerten realisiert.
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Am Ende des Sensorschachts 3, das an den Brennraum 4 grenzt, ragt der Drucksensor 2 in den Brennraum 4 des Zylinders hinein, um den dort herrschenden Druck erfassen zu können. In diesem Zusammenhang sind geeignete Dichtmittel vorgesehen, um ein Austreten von Brenngasen aus dem Brennraum in den Sensorschacht 3, das Sensorgehäuse und/oder die Umgebung zuverlässig zu verhindern. Der Sensorschacht 3 wird im Inneren derart bearbeitet, dass er für die Aufnahme eines Drucksensors 2 geeignet ist. Die Bearbeitungsschritte ähneln hierbei denen bei der Herstellung einer Glühkerzenbohrung.
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4 zeigt eine Ansicht auf die Öffnungen für die Einlass- sowie die Auslassventile 6 aus Richtung des Brennraumes 4. Seitlich nach außen versetzt zwischen den Öffnungen für Einlass- sowie Auslassventil 6 ist eine Bohrung innerhalb des Zylinderkopfes 1 vorgesehen, die zumindest einen Teil des Sensorschachtes 3 bildet. Die Bohrung wird derart dimensioniert, dass ein Sensorgehäuse mit Drucksensor 2 problemlos hineinpasst und befestigt werden kann.
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Durch das Vorsehen je eines Drucksensors 2 je Zylinder eines Verbrennungsmotors, der darüber hinaus in einem ausschließlich für den Drucksensor 2 vorgesehenen Sensorschacht 3 befestigt ist, wird eine hochgenaue Druckerfassung des Innendrucks eines Brennraums ermöglicht. Im Vergleich zu kombinierten Lösungen, beispielsweise aus Glühkerze und Drucksensor, werden die Systemkosten verringert. Darüber hinaus ist ein Drucksensor 2, der sich in einem separaten Sensorschacht 3 befindet, im Bedarfsfall, insbesondere bei einem Sensorschaden, leicht auszuwechseln. Die erfindungsgemäße Anordnung eines Drucksensors 2 im Bereich des Zylinderkopfes stellt somit insgesamt eine technische Lösung dar, die sich mit vergleichsweise einfachen Mitteln realisieren lässt und gleichzeitig zu Kraftstoffeinsparungen und einer Verringerung der Emissionen eines Verbrennungsmotors führt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Zylinderkopf
- 2
- Drucksensoreinheit
- 3
- Sensorschacht
- 4
- Brennraum
- 5
- Nockenwelle
- 6
- Ventile
- 7
- Sensorstecker
- 8
- Wasserraum
- 9
- Ölraum
- 10
- Injektortrog
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19680912 T1 [0003]
- DE 102008043822 A1 [0004]
