DE19622651A1

DE19622651A1 - Zylinderdruck-Erfassungsvorrichtung

Info

Publication number: DE19622651A1
Application number: DE19622651A
Authority: DE
Inventors: Naoki Tomisawa
Original assignee: Unisia Jecs Corp
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1995-06-09
Filing date: 1996-06-05
Publication date: 1996-12-12
Anticipated expiration: 2016-06-06
Also published as: JP3809919B2; JPH0953483A; DE19622651B4

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Zylinder druck-Erfassungsvorrichtung zum Messen des Zylinderdrucks (Verbrennungsdrucks) in einem Verbrennungsmotor, um bei spielsweise eine Verbrennungsbegrenzungssteuerung oder eine Fehlzündungsdiagnose in einem Verbrennungsmotor aus zuführen.

Eine herkömmliche Zylinderdruck-Erfassungsvorrichtung ist beispielsweise aus der JP 3-18906-A (GM) bekannt.

Bei dieser Zylinderdruck-Erfassungsvorrichtung wird ein Motorzylinderdruck unter Verwendung eines Zylinderdruck sensors in Form einer Zündkerzen-Befestigungsscheibe erfaßt, wobei dieser Zylinderdrucksensor ein piezoelek trisches Element enthält.

Zwischen der Zündkerze und dem Zylinderdrucksensor ist eine aus einem Kupferwerkstoff hergestellte Dichtung angeordnet, wobei der Zylinderdrucksensor und die Dich tung zwischen die Zündkerze und den Zylinderkopf einge klemmt werden, wenn die Zündkerze eingeschraubt wird.

Wenn zum Zeitpunkt der Verbrennung im Zylinder ein Druck erzeugt wird, wird die Zündkerze aufgrund dieses Drucks leicht verschoben. Diese Verschiebung hat zum Ergebnis, daß sich die Druckkraft auf den Zylinderdrucksensor verändert. Der Zylinderdrucksensor erfaßt diese Druckän derung und gibt über eine Leitung an eine externe Meß schaltung ein Signal aus. Mit dieser herkömmlichen Zylin derdruck-Erfassungsvorrichtung werden die Verbrennungsbe dingungen im Motorzylinder überwacht.

Um bei einer solchen herkömmlichen Zylinderdruck-Erfas sungsvorrichtung den Zylinderdrucksensor und die hiervon wegführende Ausgangsleitung einzupassen, muß die Ausspa rung im Zylinderkopf für die Aufnahme der Zündkerze erweitert werden. Da sich jedoch die Aussparung für die Aufnahme der Zündkerze zwischen der Verbrennungskammer und dem Kühlungswassermantel befindet, ist der verfügbare Raum begrenzt, so daß die Ausbildung dieser Aussparung schwierig ist.

Da darüber hinaus die Verschiebung der Zündkerze nur klein ist, ist der Rauschabstand des Zylinderdrucksensors bei der Erfassung der Verschiebung gering. Da ferner der Zylinderdrucksensor durch ein Rauschen von der hohen Zündenergie der Zündkerze leicht beeinflußt wird, müssen der Zylinderdrucksensor und die Ausgangsleitung mit einer Abschirmung versehen sein, um dieses Problem zu beseiti gen.

Weiterhin wird die Zündkerze während der Motorwartung ersetzt. Wenn daher der Zylinderdrucksensor zwischen der Zündkerze und dem Zylinderkopf angeordnet ist, ist es schwierig, die anfängliche Einstellung (Einschraubkraft usw.) nach der Ersetzung der Zündkerze beizubehalten, da sie von der Wartungsperson abhängt. Mit anderen Worten, es ist schwierig, die Eigenschaften des ausgelieferten Zylinderdrucksensors zu gewährleisten.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die obigen Probleme zu beseitigen und eine Zylinderdruck- Erfassungsvorrichtung zu schaffen, die einfach eingebaut werden kann und die eine ausgezeichnete Rauschbeständig keitseigenschaft besitzt und wartungsfreundlich ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Zylinderdruck-Erfassungsvorrichtung, die die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale besitzt. Die abhängigen Ansprüche sind auf bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gerichtet.

Da bei einer solchen Konstruktion im Zylinderdrucksensor- Befestigungsbereich ein zusätzlicher Raum vorhanden ist, kann die Installation einfacher ausgeführt werden. Da darüber hinaus der Zylinderdrucksensor und sein Leitungs draht in einem Abstand von der Zündkerze angeordnet sind, welche eine starke Rauschquelle bildet, wird der Einfluß durch elektrisches Rauschen minimiert. Im Ergebnis kann der Zylinderdruck genau erfaßt werden, außerdem ist die Konstruktion des Zylinderdrucksensors vereinfacht.

Ferner wird die Kraftstoffeinspritzeinrichtung im Gegen satz zur Zündkerze vom Benutzer nicht verändert. Daher kann die anfänglich eingestellte Einschraubkraft selbst dann beibehalten werden, wenn die Motoreinheit ausgelie fert worden ist. Da ferner in der erfindungsgemäßen Zylinderdruck-Erfassungseinrichtung die Kraftstoffein spritzeinrichtung am Zylinderkopf mit einem vorgegebenen Drehmoment befestigt wird, wird der Zylinderdrucksensor unter einem vorgegebenen Druck gehalten. Die Konstruktion kann daher so sein, daß der Zylinderdruck auf der Grund lage einer leichten Verschiebung der Kraftstoffeinspritz einrichtung, die sich aus den Druckschwankungen im Zylinder ergibt, erfaßt wird.

Bei dieser Konstruktion ist der Zylinderdrucksensor nicht direkt den heißen Verbrennungsgasen unterworfen. Folg lich kann die Verschlechterung des Zylinderdrucksensors beispielsweise aufgrund von Korrosion minimal gehalten werden, so daß sich für den Zylinderdrucksensor eine hohe Lebensdauer ergibt.

Darüber hinaus kann bei der erfindungsgemäßen Zylinder druck-Erfassungseinrichtung die Konstruktion so sein, daß der Zylinderdrucksensor den Zylinderdruck direkt über einen mit dem Zylinderinnenraum in Verbindung stehenden Spalt erfaßt, der zwischen der Kraftstoffeinspritzein richtungs-Befestigungsöffnung und der Kraftstoffein spritzeinrichtung vorhanden ist.

Bei dieser Konstruktion erfaßt der Zylinderdrucksensor direkt die Druckschwankungen im Zylinder, so daß die Erfassungsgenauigkeit verbessert werden kann.

Ferner enthält eine grundlegende Konstruktion des Zylin derdrucksensors der Zylinderdruck-Erfassungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung vorzugsweise eine ring förmige, mittige Anschlußplatte, ein Paar von ringförmi gen piezoelektrischen Elementen auf beiden Seiten der mittigen Anschlußplatte sowie ringförmige Masseanschluß platten, die jeweils an den äußeren Seiten der entspre chenden piezoelektrischen Elemente angeordnet sind, wobei sämtliche dieser Platten und Elemente in einem aus Metall hergestellten hohlen, ringförmigen Gehäuse untergebracht sind, das als Befestigungsscheibe für die Kraftstoffein spritzeinrichtung ausgebildet ist, wobei zwischen dem Gehäuse und den inneren und äußeren Umfangsabschnitten der mittigen Anschlußplatte ein Isolierkörper vorgesehen ist.

Falls ein Zylinderdrucksensor mit dieser Konstruktion verwendet wird, kann ein hochempfindlicher Drucksensor, der ein piezoelektrisches Element verwendet, kompakt innerhalb der Kraftstoffeinspritzeinrichtungs-Befesti gungsscheibe zusammengefügt werden. Darüber hinaus kann ein solcher hochempfindlicher Drucksensor die Druck schwankungen im Zylinder mit guter Genauigkeit erfassen.

Ferner kann bei der erfindungsgemäßen Zylinderdruck- Erfassungsvorrichtung die Konstruktion so sein, daß der Zylinderdrucksensor einteilig im Gehäuse der Kraftstoff einspritzeinrichtung zusammengefügt ist.

Bei dieser Konstruktion wird die Handhabbarkeit wie etwa die Befestigung am Motor oder die Ersetzung verbessert. Darüber hinaus die Anzahl der Komponenten reduziert.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden deut lich beim Lesen der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, die auf die beigefügten Zeichnungen Bezug nimmt; es zeigen:

Fig. 1 eine Querschnittansicht eines Verbrennungsmotors, an dem eine Zylinderdruck-Erfassungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung befestigt ist;

Fig. 2 eine vergrößerte Querschnittansicht einer Kraft stoffeinspritzeinrichtung und eines Zylinder drucksensors gemäß einer ersten Ausführungsform;

Fig. 3 eine Darstellung zur Erläuterung eines Verfahrens zum Befestigen der Kraftstoffeinspritzeinrichtung und des Zylinderdrucksensors an einem Zylinder kopf;

Fig. 4 eine Querschnittansicht, die die genaue Konstruk tion des erfindungsgemäßen Zylinderdrucksensors veranschaulicht;

Fig. 5 eine Darstellung zur Erläuterung eines weiteren Verfahrens zum Befestigen der Kraftstoffein spritzeinrichtung und des Zylinderdrucksensors an einem Zylinderkopf; und

Fig. 6 eine vergrößerte Ansicht einer Kraftstoffein spritzeinrichtung und eines Zylinderdrucksensor gemäß einer zweiten Ausführungsform.

Fig. 1 ist eine Querschnittansicht, die ein Beispiel eines Verbrennungsmotors zeigt, an dem eine Zylinder druck-Erfassungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfin dung befestigt ist.

In dem in Fig. 1 gezeigten Verbrennungsmotor wird die über einen Ansaugkanal 2 in einen Zylinder 1 angesaugte Luft einer Kraftstoff-Direkteinspritzung von einer an einem Zylinderkopf 3 befestigten Kraftstoffeinspritzein richtung 4 unterworfen. Das sich ergebende Gemisch wird anschließend von einer Zündkerze 5 gezündet, die in einem mittigen Abschnitt des Zylinderkopfs 3 vorgesehen ist, wodurch eine Verbrennung/Explosion erzeugt wird.

Zwischen der Kraftstoffeinspritzeinrichtung 4 und der Sitzfläche einer Öffnung im Zylinderkopf 3, die die Kraftstoffeinspritzeinrichtung aufnimmt, ist ein Zylin derdrucksensor 6 in Form einer Befestigungsscheibe ange ordnet.

Die Stelle am Zylinderkopf 3, an der die Zündkerze 5 befestigt ist, ist vom Zylinder 1 (Verbrennungskammer) und einem (nicht gezeigten) Wasserkühlmantel umgeben. Daher ist es schwierig, einen Raum für die Aufnahme des Zylinderdrucksensors 6 vorzusehen. In der Nähe des Befe stigungsbereichs der Kraftstoffeinspritzeinrichtung 4 ist jedoch zusätzlicher Raum vorhanden, so daß der Vorgang der Befestigung des Zylinderdrucksensor 6 dort ver gleichsweise einfach ausgeführt werden kann.

Fig. 2 ist eine vergrößerte Querschnittansicht der Kraft stoffeinspritzeinrichtung und des Zylinderdrucksensors 6, anhand derer eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erläutert wird.

Die Kraftstoffeinspritzeinrichtung 4 enthält einen Düsen körper 12, der ein als Ventilkörper dienendes Nadelventil 11 gleitend hält, ein zylindrisches Gehäuse 13, der den Düsenkörper 12 an einer Spitze hält, sowie eine Solenoid spule 14, die im Gehäuse 13 gehalten wird, um das Nadel ventil 11 anzutreiben. Darüber hinaus ist mit der hinte ren Öffnung des Gehäuses 13 ein Kern 15 verbunden.

Die Kraftstoffeinspritzeinrichtung 4 weist am hinteren Ende des Kerns 15 einen Verbinder 16 auf, der mit einer Rohrleitung von einer Kraftstoffpumpe verbunden ist, über die die Kraftstoffzufuhr erfolgt. Das Nadelventil 11 wird im Düsenkörper 12 unter der im Kern 15 auftretenden magnetischen Anziehung entsprechend dem Ein/Aus-Schalten der Leistungszufuhr an die Solenoidspule 14 bewegt, wodurch das Ventil geöffnet und geschlossen wird und die Kraftstoffeinspritzung gesteuert wird.

In einer solchen Kraftstoffeinspritzeinrichtung 4 ist im Unterschied zu der Zündkerze 5, die ein starkes Rauschen aufgrund der Zündenergie erzeugt, der Einfluß des elek trischen Rauschens auf den Zylinderdrucksensor 6 und auf dessen Ausgangsleitung 17 minimal, obwohl ein schwaches Gegen-EMF-Rauschen von der Nadelventilantrieb-Solenoid spule 14 vorhanden ist. Wenn daher der Zylinderdrucksen sor 6 am Ort der Befestigungsscheibe der Kraftstoffein spritzeinrichtung 4 vorgesehen ist, ist es nicht notwen dig, spezielle Gegenmaßnahmen vorzunehmen, um das elek trische Rauschen zu beherrschen, so daß die Konstruktion vereinfacht werden kann.

Der Zylinderdrucksensor 6 ist als Befestigungsscheibe für die Kraftstoffeinspritzeinrichtung 4 ausgebildet. Wenn der Einspritzkanal 18, der an der Spitze der Kraftstoff einspritzeinrichtung 4 ausgebildet ist, in den Zylinder kopf 3 eingeschoben wird, ist der Zylinderdrucksensor 6 wie in Fig. 3 gezeigt zwischen der Kraftstoffeinspritz einrichtung 4 und der Sitzfläche der Öffnung im Zylinder kopf 3, die die Kraftstoffeinspritzeinrichtung 4 auf nimmt, angeordnet. Auf den Zylinderdrucksensor 6 wird ein vorgegebener Druck ausgeübt, wenn die Kraftstoff einspritzeinrichtung 4 mittels Gewinden, die an der inneren Umfangsfläche der Kraftstoffeinspritzeinrich tungs-Befestigungsöffnung im Zylinderkopf 3 und an der äußeren Umfangsfläche des Gehäuses 13 vorgesehen sind, mit einem vorgegebenen Drehmoment festgeschraubt wird.

In Fig. 4 ist eine beispielhafte, genaue Konstruktion des Zylinderdrucksensor 6 gezeigt. Bei dieser Konstruktion sind eine ringförmige mittige Anschlußplatte 22 (Leitungsplatte), ein Paar von ringförmigen piezoelektri schen Elementen 23 beiderseits der mittigen Anschluß platte 22 sowie ringförmige Masseanschlußplatten 24, die jeweils an den äußeren Seiten der entsprechenden piezo elektrischen Elemente 23 angeordnet sind, sämtlich in ein hohles, ringförmiges Gehäuse 21 eingeschoben, das aus Metall hergestellt ist und als Befestigungsscheibe für die Kraftstoffeinspritzeinrichtung 4 ausgebildet ist. Darüber hinaus ist zwischen der Innenfläche des Gehäuses 21 und dem inneren Umfangsbereich der mittigen Anschluß platte 22 ein ringförmiges Isolierrohr 25 angeordnet. In einen schmalen Spalt im Gehäuse 21 ist ein Dichtungsmit tel 26 wie etwa Silikonharz eingefüllt. Dieses Dichtungs mittel 26 dient als Isolierkörper zwischen dem Gehäuse 21 und dem äußeren Umfangsabschnitt der mittigen Anschluß platte 22. Das Bezugszeichen 27 bezeichnet ein Leitungs herausführungsrohr, das an einem Abschnitt des Gehäuses 21 befestigt ist. Die Ausgangsleitung 17 ist mit der mittigen Anschlußplatte 22 verbunden und wird über das Rohr 27 herausgeführt.

Der Zylinderdrucksensor 6 erfaßt die Druckschwankungen im Zylinder 1, die durch die Verbrennung/Explosion des Gemisches hervorgerufen werden, als leichte Verschiebun gen der Kraftstoffeinspritzeinrichtung 4. Genauer, wenn der Druck im Zylinder 1 ansteigt, wird die Kraftstoffein spritzeinrichtung 4 leicht in einer Richtung aus dem Zylinder 1 verschoben, wodurch der auf den Zylinderdruck sensor 6 im Zeitpunkt der Befestigung der Kraftstoffein spritzeinrichtung 4 ausgeübte Druck wenigstens teilweise entlastet wird. Der Zylinderdrucksensor 6 überträgt ein dem Druckschwankungsbetrag entsprechendes Signal über die Leitung 17 an eine (nicht gezeigte) externe Meßschaltung. Auf der Grundlage dieses Signals wird eine Verbrennungs begrenzungssteuerung oder eine Fehlzündungsdiagnose des Verbrennungsmotors ausgeführt. Da bei dieser Konstruktion der Zylinderdrucksensor 6 nicht direkt den Hochtempera tur-Verbrennungsgasen unterliegt, kann die Verschlechte rung aufgrund von Korrosion oder dergleichen minimal gehalten werden. Folglich kann ein stabiler Signalausgang erhalten werden.

Alternativ kann, wie in Fig. 5 gezeigt ist, zwischen der Kraftstoffeinspritzeinrichtungs-Befestigungsöffnung im Zylinderkopf 3 und dem an der Spitze der Kraftstoffein spritzeinrichtung 4 befindlichen Düsenkörper 12 ein mit dem Innenraum des Zylinders 1 in Verbindung stehender Spalt 30 vorgesehen sein, so daß der Druckanstieg im Zylinder 1 in einer Richtung wirkt, in der der Zylinder drucksensor 6 komprimiert wird. In diesem Fall zeigt das Ausgangssignal vom Zylinderdrucksensor 6, das bei Druck schwankungen im Zylinder 1 auftritt, Schwankungen in einer Richtung, die derjenigen im vorhergehenden Fall entgegengesetzt ist. Bei dieser Konstruktion erfaßt der Zylinderdrucksensor 6 den Druck im Zylinder 1 direkt, so daß eine höhere Erfassungsgenauigkeit möglich ist.

Nun wird eine zweite Ausführungsform der Zylinderdruck- Erfassungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben.

Fig. 6 ist eine vergrößerte Ansicht der Spitze der Kraft stoffeinspritzeinrichtung und des Zylinderdrucksensors. Der Zylinderdrucksensor 6 ist einteilig im Gehäuse 31 der Kraftstoffeinspritzeinrichtung 4 zusammengefügt. Bei dieser Konstruktion können die Vorgänge des Befestigens des Zylinderdrucksensors 6 am Zylinderkopf 3 sowie des Ersetzens des Zylinderdrucksensors 6 einfach ausgeführt werden. Darüber hinaus kann das Gehäuse für den Zylinder drucksensor 6 weggelassen werden, so daß die Anzahl der Komponenten reduziert wird.

In den obenbeschriebenen Ausführungsformen ist die Kraft stoffeinspritzeinrichtung direkt dem im Zylinder (Hauptverbrennungskammer) herrschenden Druck ausgesetzt. Die vorliegende Erfindung kann jedoch auch dann angewen det werden, wenn eine Nebenkammer vorgesehen ist und die Kraftstoffeinspritzeinrichtung dem darin herrschenden Druck ausgesetzt ist.

Claims

1. Zylinderdruck-Erfassungsvorrichtung in einem Verbrennungsmotor des Kraftstoff-Direkteinspritzungstyps, der mit einer dem Druck in einem Zylinder (1) ausgesetz ten Kraftstoffeinspritzeinrichtung (4) versehen ist, mit
einem Zylinderdrucksensor (6) für die Erfassung des Zylinderdrucks mittels wenigstens eines piezoelektri schen Elements (23)
dadurch gekennzeichnet, daß
der Zylinderdrucksensor (6) die Form einer Befe stigungsscheibe hat und zwischen der Kraftstoffeinspritz einrichtung (4) und der Sitzfläche einer Öffnung in einem Zylinderkopf (3), die die Kraftstoffeinspritzeinrichtung (4) aufnimmt, angeordnet ist.

2. Zylinderdruck-Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinderdrucksensor (6) den Zylinderdruck anhand leichter Verschiebungen der Kraftstoffeinspritz einrichtung (4) erfaßt, die sich aus Druckschwankungen im Zylinder (1) ergeben.

3. Zylinderdruck-Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinderdrucksensor (6) den Zylinderdruck direkt über einen schmalen Spalt (30) erfaßt, der mit dem Innenraum des Zylinders (1) in Verbindung steht und zwischen der Befestigungsöffnung der Kraftstoffeinspritz einrichtung (4) und der Kraftstoffeinspritzeinrichtung (4) vorgesehen ist.

4. Zylinderdruck-Erfassungsvorrichtung nach irgend einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß
der Zylinderdrucksensor (6) eine ringförmige, mittige Anschlußplatte (22), ein Paar von ringförmigen piezoelektrischen Elementen (23) beiderseits der mittigen Anschlußplatte 22 sowie ringförmige Masseanschlußplatten (24), die jeweils an den äußeren Seiten der entsprechen den piezoelektrischen Elemente (23) angeordnet sind, enthält, die sämtlich in ein hohles, ringförmiges Gehäuse (21) eingeschoben sind, das aus Metall hergestellt und als Befestigungsscheibe für die Kraftstoffeinspritzein richtung (4) geformt ist, und
zwischen dem Gehäuse (21) und den inneren und äußeren Umfangsabschnitten der mittigen Anschlußplatte (22) ein Isolierkörper (25) vorgesehen ist.

5. Zylinderdruck-Erfassungsvorrichtung nach irgend einem der Ansprüche von 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinderdrucksensor (6) im Gehäuse (31) der Kraftstoffeinspritzeinrichtung (4) zu einer einzigen Baueinheit zusammengefügt ist.