DE19726830A1

DE19726830A1 - Device and method for controlling and monitoring an internal combustion engine by detecting the cylinder head screw load

Info

Publication number: DE19726830A1
Application number: DE1997126830
Authority: DE
Inventors: Lester L Peters; Thomas L Szarvas; Yul J Tarr; Laszlo D Tikk
Original assignee: Cummins Engine Co Inc
Current assignee: Cummins Inc
Priority date: 1996-06-24
Filing date: 1997-06-24
Publication date: 1998-04-16
Also published as: JPH1077878A; GB2314882A; GB9712840D0

Description

Die Erfindung betrifft die Steuerung und Überwachung von Brenn kraftmaschinen, insbesondere eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Steuern und Überwachen einer Brennkraftmaschine mittels Er fassen der Zylinderkopfschraubenbelastung.The invention relates to the control and monitoring of burning Engines, in particular a device and a method to control and monitor an internal combustion engine using Er grasp the cylinder head screw load.

Für Ingenieure ist es schon seit langem wünschenswert, Zugriff auf Informationen bezüglich des in einem Zylinder einer Brenn kraftmaschine herrschenden Drucks zum Zwecke der vorbeugenden Fehlersuche und -beseitigung und zur Motorsteuerung zu haben. Bei den meisten früheren Versuchen zur Informationsgewinnung sind piezoelektrische Sensoren und Dehnungsmeßstreifen verwen det worden, die mit dem Zylinderinnenraum physikalisch in Ver bindung standen, um den Druck direkt zu messen. Aufgrund von Verkokung und Korrosionsproblemen ist es jedoch nicht möglich gewesen, einen Sensor zu konzipieren, der in der Lage ist, zu verlässig und mit der notwendigen Genauigkeit über die Be triebslebensdauer von mehreren tausend Stunden im Innenraum des Brennraums zu funktionieren, wie dies erforderlich wäre, um die Daten in einer Motorsteuerung zu verwenden. Folglich sind im Stand der Technik intermittierende Überwachungssysteme konzi piert worden, deren Drucksensoren in regelmäßigen Abständen mit dem Zylinderinneren mittels eines manuell oder autoinatisch be tätigten Ventils verbunden werden können. Obwohl ein solches Überwachungssystem sehr nützliche Informationen während der vorbeugenden Fehlersuche und -beseitigung liefern kann, eignet es sich aufgrund der diskontinuierlichen Beschaffung der Daten nicht zur Verwendung in einer Motorsteuerung.For engineers it has long been desirable to have access for information regarding that in a cylinder of a focal engine prevailing pressure for the purpose of preventive Troubleshoot and remedy and have engine control. Most previous attempts to gather information Piezoelectric sensors and strain gauges are used det, the physically with the cylinder interior in Ver bond to measure the pressure directly. Owing to Coking and corrosion problems are not possible been able to design a sensor that is able to reliable and with the necessary accuracy over the loading drive life of several thousand hours in the interior of the Combustion chamber to function as would be required to Use data in a motor controller. Consequently, in State of the art intermittent surveillance systems conc piert, whose pressure sensors at regular intervals the cylinder interior by means of a manual or automatic actuated valve can be connected. Although such Monitoring system very useful information during the can provide preventive troubleshooting it is due to the discontinuous acquisition of the data not for use in a motor controller.

Dem Stand der Technik entsprechend hat es auch Versuche gege ben, den Zylinderdruck indirekt durch Messen der Kräfte zu be stimmen, die in einem einzelnen Zylinderkopfdeckel aufgrund der Druckänderungen im Zylinder erzeugt werden. So offenbart bei spielsweise das U.S.-Patent Nr. 5,179,857 eine flache Scheibe mit darin befindlichen piezoelektrischen Sensoren, die akti viert werden, um die zwischen einem Zylinderdeckelbolzen und einer Mutter zum Sichern des Zylinderdeckels am Bolzen erzeugte Kraft zu erfassen. Wegen der Größe dieser Scheiben und der Not wendigkeit, die übertragenen Kraftsignale von benachbarten Zylindern zu minimieren, wird die Verwendung solcher Scheiben nur für extrem große Motoren mit individuellen Zylinderköpfen und -deckeln für jeden Zylinder (z. B. Schiffsdieselmotoren) empfohlen.According to the state of the art, there have also been attempts ben, the cylinder pressure indirectly by measuring the forces agree that in a single cylinder head cover due to the Pressure changes are generated in the cylinder. So revealed at for example, U.S. Patent No. 5,179,857 a flat disc with piezoelectric sensors inside, which act fourth to be between a cylinder cover bolt and a nut for securing the cylinder cover to the bolt Force to grasp. Because of the size of these disks and the need maneuverability, the transmitted force signals from neighboring To minimize cylinders, the use of such washers only for extremely large engines with individual cylinder heads and covers for each cylinder (e.g. marine diesel engines) recommended.

Dem Stand der Technik fehlt deshalb immer noch eine Einrichtung zum indirekten Messen der Zylinderdrücke in einer Brennkraftma schine mit Zylinderköpfen und Zylinderkopfdeckeln für mehrere Zylinder, um Daten zu liefern, die ständig zum Steuern der Be triebsparameter des Motors verwendet werden können. Die vorlie gende Erfindung ist darauf gerichtet, diesen Bedarf zu befrie digen.The prior art is therefore still lacking a facility for indirect measurement of cylinder pressures in an internal combustion engine machine with cylinder heads and cylinder head covers for several Cylinders to provide data that is constantly used to control the loading drive parameters of the motor can be used. The present The present invention is aimed at satisfying this need dig.

Die Erfindung ist die Verwendung einer vorzugsweise einzigen Zylinderkopfschraube mit Dehnungsmesser bzw. Dehnungsmeß-Zylin derkopfschraube oder dergleichen zum Messen der Zylinderver brennungsdrücke in mehreren Zylindern einer Brennkraftmaschine. Die Dehnungsmeß-Zylinderkopfschraube dient als eine der Schrau ben, die den Zylinderkopf für mehrere Zylinder an dem Motor block befestigt. Da der Zylinderkopf mehrere Zylinder ab schließt, werden die in jedem Zylinder herrschenden Verbren nungsdrücke durch den Kopf an die Dehnungsmeß-Zylinderkopf schraube übertragen, wenn jeder Zylinder zündet. Derartige Drücke verursachen eine Dehnung der Schraube, die gemessen wer den kann. Bei Kraftstoffeinspritz-Steuerungssystemen, die die Fähigkeit besitzen, die Kraftstoffzumessung oder den Zeitpunkt der Kraftstoffeinspritzung elektronisch zu steuern, bieten die von erfindungsgemäßen Dehnungsmeß-Zylinderkopfschrauben erfaß ten Informationen hinsichtlich des Zylinderdrucks die Möglich keit, das Kraftstoffeinspritzverhalten automatisch zu überwa chen und zu kalibrieren. Diese Informationen können dazu heran gezogen werden, bei zunehmendem Verschleiß des Motors die Kraftstoffeinspritzparameter über die Zeit zu kalibrieren, und auch zum Ausgleichen der Abweichungen zwischen den einzelnen Motoren, die unterschiedliche Zumessungen und Zeiten der erst maligen Kraftstoffeinspritzung aufgrund der Abweichungen von Fertigungstoleranzen der Motoren erforderlich machen.The invention is preferably one Cylinder head screw with strain gauge or strain gauge cylinder der head screw or the like for measuring the cylinder ver combustion pressures in several cylinders of an internal combustion engine. The strain gauge cylinder head screw serves as one of the screws ben, the cylinder head for multiple cylinders on the engine block attached. Because the cylinder head off several cylinders closes, the combustion prevailing in each cylinder pressure through the head to the strain gauge cylinder head transfer screw when each cylinder fires. Such Pressures cause the screw to stretch, which is measured that can. For fuel injection control systems that Have the ability to measure fuel or timing electronically control the fuel injection detected by strain gauges according to the invention information about the cylinder pressure ability to automatically monitor fuel injection behavior and calibrate. This information can be used be pulled with increasing engine wear Calibrate fuel injection parameters over time, and also to compensate for the differences between the individual Engines that have different metering and times of the first times fuel injection due to the deviations from Make manufacturing tolerances of the motors necessary.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung wird eine Brennkraft maschine offenbart, die folgendes umfaßt: einen Motorblock mit mindestens einer ersten Gruppe von Zylindern (einer ersten Zy lindergruppe) zum Verbrennen eines Kraftstoffs; ein Kraftstoff system für die geregelte Zufuhr des Kraftstoffs an die erste Gruppe von Zylindern; einen Zylinderkopf für die Abdeckung min destens dieser ersten Gruppe von Zylindern, wenn er am Motor block befestigt ist, und mehrere Befestigungsmittel zur Befe stigung des Zylinderkopfes am Motorblock, von denen mindestens eines einen Dehnungsmesser enthält, der zum Messen der Dehnung in diesem Befestigungsmittel dient, die durch die in der ersten Zylindergruppe hervorgerufenen Drücke über den Zylinderkopf übertragen wird, wobei dieses mindestens eine Befestigungsmit tel zur Datenübertragung an das Kraftstoffsystem so angeschlos sen ist, daß dieses die Zufuhr des Kraftstoffs an die Gruppe von Zylindern mindestens teilweise auf der Grundlage der durch das mindestens eine Befestigungsmittel erfaßten Dehnungsinfor mationen steuert. Das Befestigungsmittel zur Dehnungsmessung ist vorzugsweise eine Dehnungsmeß-Zylinderkopfschraube.In one embodiment of the invention, an internal combustion engine disclosed machine comprising: an engine block with at least a first group of cylinders (a first Zy lindergruppe) for burning a fuel; a fuel system for the controlled supply of fuel to the first Group of cylinders; a cylinder head for the cover min least this first group of cylinders when he is on the engine block is fastened, and several fasteners for fastening the cylinder head on the engine block, of which at least one contains a strain gauge that is used to measure the strain in this fastener is used by those in the first Cylinder group caused pressures over the cylinder head is transmitted, this at least one fastening mit tel for data transmission to the fuel system sen is that this is the supply of fuel to the group of cylinders based at least in part on by the strain information recorded at least one fastener mations controls. The fastener for strain measurement is preferably a strain gauge cylinder head screw.

Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird ein Kraftstoffsystem zur Verwendung für eine Brennkraftmaschine offenbart, bei dem das Kraftstoffsystem folgendes umfaßt: ein Kraftstoffeinspritzsystem für die geregelte Zufuhr des Kraft stoffs an die Brennkraftmaschine, ein Befestigungsmittel zum Befestigen eines Zylinderkopfes für mehrere Zylinder an der Brennkraftmaschine, das einen Dehnungsmesser enthält, der zum Messen dessen Dehnung dient, die durch die Drücke in den Zylin dern hervorgerufen wird, die durch den Zylinderkopf an das Be festigungsmittel übertragen werden, wobei dieses zur Datenüber tragung an das Kraftstoffsystem so angeschlossen ist, daß letz teres die Zufuhr des Kraftstoffs an die Brennkraftmaschine min destens teilweise auf der Grundlage der durch das Befestigungs mittel erfaßten Dehnungsinformationen steuert. In a further embodiment of the invention, a Fuel system for use in an internal combustion engine in which the fuel system comprises: a Fuel injection system for the controlled supply of power to the internal combustion engine, a fastener for Attach a cylinder head for several cylinders to the Internal combustion engine that includes a strain gauge that is used for Measure its elongation by the pressures in the cylinder is caused by the cylinder head to the loading Fasteners are transmitted, this for data transfer is connected to the fuel system so that the last teres the supply of fuel to the internal combustion engine min at least in part on the basis of through the attachment controls stretch information recorded.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist ein Verfahren zum Regeln der Kraftstoffzumessung in einer Brennkraftmaschine, das folgende Schritte umfaßt: (a) Messen einer Dehnung, die in einem Befestigungsmittel eines Zylinderkopfes für mehrere Zylinder durch Drücke in einer ersten Gruppe von Zylindern der Brennkraftmaschine hervorgerufen wird; (b) Bestimmen ausgewähl ter Verbrennungsdaten zumindest teilweise auf der Grundlage der in Schritt (a) gemessenen Dehnung für jeden Zylinder der ersten Gruppe von Zylindern (ersten Zylindergruppe); (c) Vergleichen der bestimmten Verbrennungsdaten mit vorbestimmten gewünschten Verbrennungsdaten; und (d) Regeln der Kraftstoffzumessung an die Zylinder zumindest teilweise auf der Grundlage des Ver gleichs von Schritt (c) für jeden Zylinder der ersten Gruppe von Zylindern.Another embodiment of the invention is a method for regulating the fuel metering in an internal combustion engine, comprising the steps of: (a) measuring an elongation in one fastener of a cylinder head for several Cylinders by pressures in a first group of cylinders Internal combustion engine is caused; (b) Select selected combustion data based at least in part on the elongation measured in step (a) for each cylinder of the first Group of cylinders (first cylinder group); (c) Compare the determined combustion data with predetermined desired ones Combustion data; and (d) regulate fuel metering the cylinders based at least in part on ver likewise from step (c) for each cylinder of the first group of cylinders.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind anhand einer Zeichnung näher erläutert, in der zeigt:Embodiments of the invention are based on a drawing explained in more detail, in which shows:

Fig. 1 eine Seitenansicht im Aufriß eines ersten Ausführungs beispiels einer Dehnungsmeß-Zylinderkopfschraube, deren Deh nungsmeßschaltung außerhalb der Schraube angeordnet ist. Fig. 1 is a side view in elevation of a first embodiment example of a strain gauge cylinder head screw, the strain measurement circuit is arranged outside the screw.

Fig. 2 ein Schaltschema der Dehnungsmeßschaltung der Schrauben gemäß Fig. 1 und 3. Fig. 2 is a circuit diagram of the strain gauge of the screw according to FIG. 1 and 3.

Fig. 3 eine Seitenansicht im Aufriß eines zweiten Ausführungs beispiels der Dehnungsmeß-Zylinderkopfschraube, bei der die Dehnungsmeßschaltung von Fig. 2 integriert ist. Fig. 3 is a side view in elevation of a second embodiment example of the strain gauge cylinder head screw, in which the strain gauge circuit of Fig. 2 is integrated.

Fig. 4 eine Seitenansicht im Aufriß eines dritten Ausführungs beispiels einer Dehnungsmeß-Zylinderkopfschraube. Fig. 4 is a side view in elevation of a third embodiment example of a strain gauge cylinder head screw.

Fig. 5 ein Schaltschema der Dehnungsmeßschaltung der Schraube gemäß Fig. 4. Fig. 5 is a circuit diagram of the strain gauge of the screw of FIG. 4.

Fig. 6 eine schematische Draufsicht eines Zylinderkopfdeckels für mehrere Zylinder einer Brennkraftmaschine. Fig. 6 is a schematic plan view of a cylinder head cover for several cylinders of an internal combustion engine.

Fig. 7 eine Darstellung der Sensorspannung über der Zeit, in der die Ausgänge eines direkten Gebers des Zylinderdrucks, der erfindungsgemäßen Dehnungsmeß-Zylinderkopfschraube und der Weg des Kipphebels der Kraftstoffeinspritzung verglichen werden. Fig. 7 is a representation of the sensor voltage over time, in which the outputs of a direct sensor of the cylinder pressure, the strain gauge cylinder head screw according to the invention and the path of the rocker arm of the fuel injection are compared.

Fig. 8 eine Darstellung des Zylinderdrucks über der Zeit, in der ein direkter Geber des Zylinderdrucks und eine erfindungs gemäße Dehnungsmeß-Zylinderkopfschraube in einer bei 600 U/min und unter Vollast arbeitenden Brennkraftmaschine verglichen werden. Fig. 8 is a representation of the cylinder pressure over time, in which a direct sensor of the cylinder pressure and an inventive strain gauge cylinder head screw are compared in an internal combustion engine working at 600 rpm and under full load.

Fig. 9 eine Darstellung des Zylinderdrucks über der Zeit, in der ein direkter Geber des Zylinderdrucks und eine erfindungs gemäße Dehnungsmeß-Zylinderkopfschraube in einer bei 1000 U/min und unter Vollast arbeitenden Brennkraftmaschine verglichen werden. Fig. 9 is a representation of the cylinder pressure over time, in which a direct sensor of the cylinder pressure and an inventive strain gauge cylinder head screw are compared in an internal combustion engine operating at 1000 rpm and under full load.

Fig. 10 eine Darstellung des Zylinderdrucks über der Zeit, in der ein direkter Geber des Zylinderdrucks und eine erfindungs gemäße Dehnungsmeßschraube in einer bei 1500 U/min und unter Vollast arbeitenden Brennkraftmaschine verglichen werden. Fig. 10 is a representation of the cylinder pressure over time, in which a direct sensor of the cylinder pressure and a strain gauge according to the Invention are compared in an internal combustion engine working at 1500 rpm and under full load.

Fig. 11 eine Darstellung des Zylinderdrucks über der Zeit, in der ein direkter Geber des Zylinderdrucks und eine erfindungs gemäße Dehnungsmeß-Zylinderkopfschraube in einer bei 1800 U/min und unter Vollast arbeitenden Brennkraftmaschine verglichen werden und Fig. 11 is a representation of the cylinder pressure over time, in which a direct sensor of the cylinder pressure and an inventive strain gauge cylinder head screw are compared in an internal combustion engine working at 1800 rpm and under full load and

Fig. 12 eine Darstellung der Sensorspannung über der Zeit, in der ein direkter Geber des Zylinderdrucks und eine erfindungs gemäße Dehnungsmeß-Zylinderkopfschraube verglichen werden, wo bei die Erfassung der Drücke mehrerer Zylinder unter Verwendung einer einzigen Zylinderkopfschraube dargestellt ist. Fig. 12 is a representation of the sensor voltage over time in which a direct sensor of the cylinder pressure and a strain gauge according to the Invention are compared, where is shown in the detection of the pressures of several cylinders using a single cylinder head screw.

Zum besseren Verständnis der Grundlagen der Erfindung wird nun mehr auf das in den Zeichnungen dargestellte Ausführungsbei spiel verwiesen, für dessen Beschreibung die entsprechende Fachterminologie verwendet wird. For a better understanding of the basics of the invention more on the embodiment shown in the drawings game, for the description of which the corresponding Technical terminology is used.

Die Verwendung elektronischer Motorsteuerungsmodule (engine control modules - ECMs) zur Regelung mit geschlossenem Regel kreis gestattet eine präzise Regelung des Motorbetriebs auf der Grundlage der Rückmeldung verschiedener Sensoren im Motor, die Daten hinsichtlich des aktuellen Betriebszustands des Motors liefern. Es wurde festgestellt, daß es für ein Motorsteuerungs-System mit der Fähigkeit, die Kraftstoffzumessung und/oder den Zeitpunkt der Kraftstoffeinspritzung elektronisch zu regeln, wünschenswert wäre, Informationen hinsichtlich des Zylinder drucks heranzuziehen, um die zwischen einzelnen Motoren auf tretenden Leistungsunterschiede auszugleichen sowie die Kraft stoffeinspritzung des Motors kontinuierlich zu optimieren, da der Motor über seine Betriebslebensdauer Verschleiß unterliegt. Da keine dem Stand der Technik entsprechenden Sensoren verfüg bar waren, um diese Informationen bereitzustellen, wurden die erfindungsgemäßen Dehnungsmeßschrauben für den Zylinderkopf entwickelt.The use of electronic engine control modules (engine control modules - ECMs) for closed-loop control circuit allows precise control of engine operation on the Basis of the feedback of various sensors in the engine, the Data regarding the current operating state of the engine deliver. It has been found that it is for an engine control system with the ability to measure fuel and / or To regulate the time of fuel injection electronically, would be desirable information regarding the cylinder pressure to pull up between the individual motors equalize occurring performance differences as well as the strength continuously optimize the fuel injection of the engine, because the engine is subject to wear over its operating life. Since no state of the art sensors are available to provide this information, the Strain gauges according to the invention for the cylinder head developed.

Fig. 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsge mäßen Dehnungsmeß-Zylinderkopfschraube, die allgemein mit 10 gekennzeichnet ist. Die Zylinderkopfschraube 10 wurde zur Be festigung des Zylinderkopfdeckels an den Zylinderkopf eines Cummins M11 Sechzyinder-Dieselmotors (Cummins Engine Company, Inc., Columbus, IN) ausgebildet und dimensioniert. Größe und Form der Zylinderkopfschraube sind jedoch für die Erfindung nicht kritisch. Die Schraube 10 ist in ihrem Inneren mit Deh nungsmeßsensoren 12 und 14 versehen, die mittels eines Drahtes 16 mit einer externen Vollbrücken-Dehnungsmeßschaltung verbun den sind. Die Vollbrücken-Dehnungsmeßschaltung ist in Fig. 2 dargestellt. Die Dehnungsmeßsensoren 12 und 14 sind als Teil eines Stiftes oder Steckers ausgebildet, der in ein längeres Loch im Kopf der Schraube 10 gepreßt wird. Fig. 1 shows a first embodiment of a strain gauge according to the invention, which is generally identified by 10 . The cylinder head screw 10 was designed and dimensioned for fastening the cylinder head cover to the cylinder head of a Cummins M11 six-cylinder diesel engine (Cummins Engine Company, Inc., Columbus, IN). However, the size and shape of the cylinder head screw are not critical to the invention. The screw 10 is provided in its interior with strain measurement sensors 12 and 14 , which are connected by means of a wire 16 to an external full-bridge strain measurement circuit. The full bridge strain gauge circuit is shown in FIG. 2. The strain gauges 12 and 14 are formed as part of a pin or plug which is pressed into a longer hole in the head of the screw 10 .

Fig. 3 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel einer Dehnungsmeß-Zylinderkopfschraube 50. Die Schraube 50 ist in ihrem Inneren mit einer kompletten Dehnungsmeßschaltung 20 versehen, die in einem in den Kopf der Schraube 50 gebohrten Loch von 2 mm Durchmesser und 5 mm Tiefe eingeklebt und abgedichtet angeord net ist. Am Kopf der Schraube sind Anschlüsse 52 vorgesehen, um die Dehnungsmeßschaltung mit externen Schaltungen, beispiels weise dem Motorsteuerungsmodul (ECM) zu verbinden. Fig. 3 shows a second embodiment of a strain gauge cylinder head screw 50. The screw 50 is provided in its interior with a complete strain gauge circuit 20 , which is glued and sealed in a hole drilled in the head of the screw 50 of 2 mm in diameter and 5 mm in depth. At the head of the screw, connections 52 are provided in order to connect the strain gauge circuit to external circuits, for example the engine control module (ECM).

Fig. 4 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungs gemäßen Dehnungsmeß-Zylinderkopfschraube 60. Die Schraube 60 ist in ihrem Inneren mit einer kompletten Dehnungsmeßschaltung versehen, die in kleinen axialen in den Kopf der Schraube ge bohrten Löchern eingeklebt und abgedichtet angeordnet ist. Bei der internen Dehnungsmeßschaltung der Schraube 60 handelt es sich um eine Viertelbrückenschaltung 70, wie sie in Fig. 5 dar gestellt ist. Die Schraube 60 enthält einen Schraubanschluß 62, der in Schraubeingriff mit einem passenden Befestigungsmittel auf dem Kopf der Schraube 60 steht, um eine mehradrige Leitung 64 mit der internen Dehnungsmeßschaltung zu verbinden. Die mehradrige Leitung 64 kann dann mit einer externen Schaltung, beispielsweise dem Motor-ECM verbunden werden. Fig. 4 shows a third embodiment of an inventive strain gauge cylinder head screw 60th The screw 60 is provided in its interior with a complete strain measurement circuit, which is glued and sealed in small axial holes drilled in the head of the screw. The internal strain measurement circuit of the screw 60 is a quarter bridge circuit 70 , as shown in FIG. 5. The screw 60 includes a screw connector 62 which is screw-engaged with a suitable fastener on the head of the screw 60 to connect a multi-core lead 64 to the internal strain gauge circuit. The multi-core line 64 can then be connected to an external circuit, for example the motor ECM.

Fig. 6 ist eine schematische Darstellung eines Zylinderkopfes für einen Cummins M11 Sechszylinder-Dieselmotor. Die Positionen der Zylinder sind mit 1 bis 6 numeriert. Die Positionen sämt licher Zylinderkopfschrauben sind durch die kleinen Kreise in der Figur gekennzeichnet. Für den Fachmann versteht es sich von selbst, daß der Zylinderkopf 80 von Fig. 6 ein einziges, ein stückiges Teil ist und als ein einziger Kopf zum Abdecken meh rerer Zylinder ausgeführt ist, speziell als ein Kopf für sechs getrennte Zylinder. Des weiteren versteht es sich für den Fach mann von selbst, daß die Erfindung gleichermaßen auf eine Brennkraftmaschine mit einer kleineren oder größeren Gruppe von Zylindern als die des Sechszylindermotors anwendbar ist, der als beispielhafte Ausführungsform dient. Fig. 6 is a schematic representation of a cylinder head for a Cummins M11 six-cylinder diesel engine. The positions of the cylinders are numbered 1 to 6. The positions of all cylinder head screws are indicated by the small circles in the figure. It will be understood by those skilled in the art that the cylinder head 80 of FIG. 6 is a single, one-piece part and is designed as a single head for covering several cylinders, especially as a head for six separate cylinders. Furthermore, it goes without saying for the skilled man that the invention is equally applicable to an internal combustion engine with a smaller or larger group of cylinders than that of the six-cylinder engine, which serves as an exemplary embodiment.

Sämtliche im folgenden dargestellten experimentelle Daten wur den mit einer Zylinderkopfschraube 10 gemäß Fig. 1 gewonnen, die sich an der in Fig. 6 mit 82 gekennzeichneten Position be fand, die bei diesem Cummins-Motormodell allgemein als Position Nr. 4 bezeichnet wird. Die mit der Schraube 50 des zweiten Aus führungsbeispiels und der Schraube 60 des dritten Ausführungs beispiels der Erfindung gewonnenen Daten entsprachen den Ergeb nissen anhand der Schraube 10.All experimental data shown below were obtained with a cylinder head screw 10 according to FIG. 1, which was found at the position marked 82 in FIG. 6, which is generally referred to as position No. 4 in this Cummins engine model. The data obtained with the screw 50 of the second exemplary embodiment and the screw 60 of the third exemplary embodiment of the invention corresponded to the results using the screw 10 .

Fig. 7 zeigt eine Darstellung eines Verbrennungsvorgangs im Zylinder Nr. 1, der auf verschiedene Weise verfolgt wurde. Die Kurve 90 wurde durch einen herkömmlichen Sensor an einem Kipp hebel der Kraftstoffeinspritzung erzeugt. Die Kurve 92 stammt von einem dem Stand der Technik entsprechenden Geber für den Zylinderdruck, der im Zylinder des Motors eingebaut war. Die Kurve 94 ergab sich bei Verwendung der erfindungsgemäßen Zylin derkopfschraube 10. Die Daten in Fig. 7 wurden bei einer Motor drehzahl von 1200 U/min und einem nicht belasteten Motor er faßt. Wie zu ersehen ist, wird eine gute Übereinstimmung beim Messen des Beginns der Verbrennung im Zylinder erzielt, wenn die Daten 94 der Zylinderkopfschraube mit den Daten 92 des Ge bers für den Zylinderdruck und der Kurve 90 für den Kipphebel verglichen werden. Da der Druck im Zylinder mit dem Verbren nungsvorgang zusammenhängt, kann er deshalb genau mittels der erfindungsgemäßen Zylinderkopfschrauben mit Dehnungsmesser er faßt werden. Diese Verbrennungsdaten können mit vorbestimmten gewünschten Verbrennungsdaten verglichen werden, um zu bestim men, ob die Kraftstoffzumessung zum Zylinder zum Erzielen einer optimalen Leistung eingeregelt werden soll. Da zahlreiche Mo torkraftstoffeinspritz-Steuerungssysteme wie z. B. das Cummins TP Kraftstoffeinspritz-Steuerungssystem die Fähigkeit haben, die Zumessung des eingespritzten Kraftstoffes oder den Zeit punkt elektronisch zu steuern, bieten die Informationen bezüg lich des Zylinderdrucks, die von den Zylinderkopfschrauben mit Dehnungsmesser erfaßt werden, die Möglichkeit, das Kraftstoff einspritzverhalten automatisch zu überwachen und zu kalibrie ren. Diese Informationen können dazu herangezogen werden, bei zunehmendem Verschleiß des Motors die Kraftstoffeinspritzpara meter über die Zeit zu kalibrieren, und auch zum Ausgleichen der Abweichungen zwischen einzelnen Motoren, die unterschied liche Kraftstoffzumessungen und Zeiten der erstmaligen Kraft stoffeinspritzung aufgrund der Abweichungen der Fertigungstole ranzen der Motoren erforderlich machen. FIG. 7 shows an illustration of a combustion process in cylinder No. 1 that was followed in various ways. The curve 90 was generated by a conventional sensor on a rocker arm of the fuel injection. Curve 92 originates from a state-of-the-art cylinder pressure sensor installed in the engine cylinder. The curve 94 resulted when using the Zylin derkopfscrew 10th The data in Fig. 7 were recorded at an engine speed of 1200 rpm and an unloaded engine. As can be seen, a good match in measuring the start of combustion in the cylinder is achieved when comparing the cylinder head bolt data 94 with the cylinder pressure data 92 and the rocker arm curve 90 . Since the pressure in the cylinder is related to the combustion process, it can therefore be grasped precisely by means of the cylinder head screws according to the invention with a strain gauge. This combustion data can be compared to predetermined desired combustion data to determine whether the fuel metering to the cylinder should be adjusted to achieve optimal performance. Since numerous engine fuel injection control systems such. B. the Cummins TP fuel injection control system have the ability to electronically control the metering of the injected fuel or the point in time, the information regarding the cylinder pressure, which is detected by the cylinder head bolts with a strain gauge, offers the possibility of automatically adjusting the fuel injection behavior monitor and calibrate. This information can be used to calibrate the fuel injection parameters over time as the engine wears out, and also to compensate for the deviations between individual engines, the different fuel metering and times of the first fuel injection due to the deviations the manufacturing poles of the engines.

Fig. 8 zeigt die hervorragende Übereinstimmung zwischen dem dem Stand der Technik entsprechenden Geber für den Zylinderinnen druck (durchgezogene Kurve) und der Druckanzeige der Zylinder kopfschraube 10 mit Dehnungsmesser (gestrichelte Kurve). Es ist zu beachten, daß im Graphen der Fig. 8 beide Gebermeßwerte in den Zylinderdruck (psi) umgewandelt worden sind. Die Daten in Fig. 8 betreffen einen Cummins M11 Sechszylinder-Dieselmotor, der mit 600 U/min unter Vollast läuft. Entsprechende Daten sind in Fig. 9 für den mit 1000 U/min, in Fig. 10 für den mit 1500 U/min und in Fig. 11 für den mit 1800 U/min laufenden Motor aufgetragen. Für den Fachmann ist ersichtlich, daß die erfin dungsgemäße Zylinderkopfschraube mit Dehnungsmesser Meßwerte des Zylinderdrucks liefert, die eine sehr gute Übereinstimmung mit den Meßwerten des dem Stand der Technik entsprechenden Druckgebers für den Zylinderinnendruck zeigen. Fig. 8 shows the excellent correspondence between the state-of-the-art sensor for the cylinder pressure (solid curve) and the pressure display of the cylinder head screw 10 with an extensometer (dashed curve). It should be noted that in the graph of Fig. 8 both transmitter readings have been converted to cylinder pressure (psi). The data in Fig. 8 relate to a Cummins M11 six-cylinder diesel engine that runs at 600 rpm under full load. Corresponding data are presented in Fig. 9 for the 1000 U / min in Fig. 10 applied to the at 1500 U / min, and in Fig. 11 for the 1800 U / min running engine. It is apparent to the person skilled in the art that the cylinder head screw according to the invention with a strain gauge supplies measured values of the cylinder pressure which show a very good agreement with the measured values of the pressure sensor corresponding to the prior art for the internal cylinder pressure.

Nunmehr sei auf Fig. 12 eingegangen, die eine Darstellung des Ausgangssignals 100 eines dem Stand der Technik entsprechenden Gebers des Zylinderinnendrucks und des Ausgangssignals 102 der erfindungsgemäßen Zylinderkopfschraube 10 mit Dehnungsmesser darstellt. Der dem Stand der Technik entsprechende Geber für den Zylinderinnendruck ist im Zylinder Nr. 1 eines Cummins M11 Sechszylinder-Dieselmotors angeordnet, und während der Verbren nung im Zylinder Nr. 1 ist eine hervorragende Übereinstimmung zwischen dem Ausgang dieses dem Stand der Technik entsprechen den Gebers und der erfindungsgemäßen Zylinderkopfschraube 10 zu erkennen. Für den Fachmann ist es jedoch offensichtlich, daß die erfindungsgemäße Zylinderkopfschraube 10 Druckinformationen (und damit Informationen bezüglich der in dem Zylinder statt findenden Verbrennung) für jeden der sechs Zylinder des Motors und nicht für nur einen einzigen Zylinder liefert. Die zum Er zeugen der in Fig. 12 wiedergegebenen Informationen verwendete Zylinderkopfschraube 10 befand sich in Position Nr. 82 des in Fig. 6 dargestellten Zylinderkopfdeckels 80. Obwohl sich die erfindungsgemäße Zylinderkopfschraube 10 am äußersten Ende des Zylinderkopfdeckels 80 neben dem Zylinder Nr. 1 befindet, ist sie in der Lage, die durch die Verbrennung in jedem der anderen fünf Zylinder verursachten Druckerhöhungen zu erfassen. Die er findungsgemäßen Zylinderkopfschrauben mit Dehnungsmesser bieten also den Vorteil, daß jede Zylinderkopfschraube mit Dehnungs messer eingesetzt werden kann, um Informationen hinsichtlich des Zylinderdrucks für eine Gruppe von Zylindern zu liefern. Ein Motor-ECM kann deshalb mit einer einzigen Zylinderkopf schraube mit Dehnungsmesser gemäß der vorliegenden Erfindung verbunden werden und Verbrennungsinformationen über jeden der Zylinder des Motors erhalten.Referring now to FIG. 12 received, which is a representation of the output signal 100 of a prior art transducer of the in-cylinder pressure and the output signal 102 of the cylinder head bolt 10 of the invention with strain gauges. The prior art sensor for the internal cylinder pressure is arranged in the No. 1 cylinder of a Cummins M11 six-cylinder diesel engine, and during combustion in the No. 1 cylinder there is an excellent match between the output of this prior art and the sensors correspond to recognize the cylinder head screw 10 according to the invention. However, it is obvious to a person skilled in the art that the cylinder head screw 10 according to the invention provides pressure information (and thus information relating to the combustion taking place in the cylinder) for each of the six cylinders of the engine and not for only one cylinder. The cylinder head screw 10 used to testify the information reproduced in FIG. 12 was in position No. 82 of the cylinder head cover 80 shown in FIG. 6. Although the cylinder head screw 10 according to the invention is located at the extreme end of the cylinder head cover 80 next to the No. 1 cylinder, it is able to detect the pressure increases caused by the combustion in each of the other five cylinders. He inventive cylinder head bolts with strain gauges therefore offer the advantage that each cylinder head bolt with strain gauges can be used to provide information regarding the cylinder pressure for a group of cylinders. An engine ECM can therefore be connected to a single cylinder head bolt with strain gauge in accordance with the present invention and receive combustion information about each of the cylinders of the engine.

Weitere Konfigurationen sind ebenfalls möglich. So würde bei spielsweise eine in Position 84 (siehe Fig. 6) angeordnete er findungsgemäße Zylinderkopfschraube mit Dehnungsmesser Informa tionen über den Zylinderdruck jedes Zylinders des Motors lie fern, und ihre Anordnung in Position 84 würde den Abstand zwi schen den einzelnen Zylindern und der Zylinderkopfschraube mit Dehnungsmesser minimieren. Weitere Kombinationen sind ebenfalls möglich. So kann es beispielsweise wünschenswert sein, jeweils eine Zylinderkopfschraube in den Positionen 84, 86 und 88 anzu bringen. Die Zylinderkopfschraube in Position 88 würde genaue Informationen über die Zylinder 1 und 2 liefern, während die Zylinderkopfschraube in Position 84 Informationen über die Zylinder 3 und 4 und die Zylinderkopfschraube in Position 86 Informationen über die Zylinder 5 und 6 liefern würde. Auf diese Weise können von den Zylinderkopfschrauben mit Dehnungs messer immer noch Informationen über mehrere Zylinder hinsicht lich des Zylinderdrucks geliefert werden, jedoch wird der Ab stand zwischen einer Zylinderkopfschraube mit Dehnungsmesser und dem gemessenen Zylinder minimiert.Other configurations are also possible. For example, one in position 84 (see FIG. 6) arranged inventive cylinder head screw with a strain gauge would provide information about the cylinder pressure of each cylinder of the engine, and their arrangement in position 84 would include the distance between the individual cylinders and the cylinder head screw Minimize strain gauges. Other combinations are also possible. For example, it may be desirable to place one cylinder head screw in each of the positions 84 , 86 and 88 . The cylinder head screw in position 88 would provide accurate information about cylinders 1 and 2, while the cylinder head screw in position 84 would provide information about cylinders 3 and 4 and the cylinder head screw at position 86 would provide information about cylinders 5 and 6. In this way, information about several cylinders regarding the cylinder pressure can still be provided by the cylinder head bolts with a strain gauge, but the distance between a cylinder head bolt with a strain gauge and the measured cylinder is minimized.

Als eine weitere Möglichkeit ist es manchmal wünschenswert, die Kraftstoffeinspritzung der Zylinder gruppenweise einzuregeln. So ist es z. B. bei manchen Kraftstoffeinspritzsystemen wie dem in U.S.-Patent Nr. 5,441,027 offenbarten wünschenswert, die vorderen und hinteren Betätigungselemente unabhängig nachzu stellen oder einer Diagnose zu unterziehen. Die vorderen Betä tigungselemente würden also nachgestellt, um die Zylinder 1, 2 und 3 einzuregeln, die hinteren Betätigungselemente würden zum Einregeln der Zylinder 4, 5 und 6 nachgestellt. In diesem Fall kann es wünschenswert sein, die Zylinderkopfschrauben mit Deh nungsmesser in den Positionen 82 und 89 anzuordnen. Die Zylin derkopfschraube in Position 82 würde dann Informationen über die vordere Zylindergruppe liefern, während die Zylinderkopf schraube in Position 89 Informationen über die hintere Zylin dergruppe liefern würde.As a further possibility, it is sometimes desirable to regulate the fuel injection of the cylinders in groups. So it is z. For example, in some fuel injection systems, such as that disclosed in U.S. Patent No. 5,441,027, it is desirable to independently adjust or diagnose the front and rear actuators. The front actuation elements would thus be adjusted to adjust cylinders 1, 2 and 3, the rear actuators would be adjusted to adjust cylinders 4, 5 and 6. In this case it may be desirable to position the cylinder head bolts with strain gauges in positions 82 and 89 . The cylinder head screw in position 82 would then provide information about the front cylinder group, while the cylinder head screw in position 89 would provide information about the rear cylinder group.

In Anbetracht der obigen Beschreibung ist es für den Fachmann offensichtlich, daß eine Zylinderkopfschraube mit Dehnungsmes ser gemäß der vorliegenden Erfindung zusammen mit einem Zylin derkopfdeckel verwendet werden kann, der eine Gruppe von Zylin dern eines Motors abdeckt, um Informationen über den Verbren nungsdruck in einer Gruppe von Zylindern zu liefern. Diese In formationen können von dem Motor-ECM auf Echtzeitbasis genutzt werden, um die Parameter der elektronischen Kraftstoffeinsprit zung des Motors auf optimale Leistung und/oder Kraftstoffspar samkeit einzuregeln. Des weiteren können die von solchen Zylin derkopfschrauben mit Dehnungsmesser gelieferten Informationen zu Zwecken der Wartungsdiagnose und der Fehlersuche und -besei tigung verwendet werden, um dem Mechaniker ein genaues Bild der Zylinderkopfdrücke während des Motorbetriebs zu geben.In view of the above description, it is for the skilled person obvious that a cylinder head screw with strain gauges water according to the present invention together with a cylin the head cover can be used by a group of Zylin of an engine to provide information about the burn supply pressure in a group of cylinders. This In Formations can be used by the engine ECM on a real-time basis be the parameters of electronic fuel injection engine for optimum performance and / or fuel economy regulate ease. Furthermore, those of such Zylin der head screws with strain gauge information supplied for the purpose of maintenance diagnosis and troubleshooting and troubleshooting used to give the mechanic an accurate picture of the To give cylinder head pressures during engine operation.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es beispielsweise auch möglich, die Dehnung der Zylinderkopfschrauben auf jede dem Stand der Technik bekannte Weise zu messen, etwa durch Aufbrin gen einer dünnen akustoelektrischen Beschichtung auf den Kopf der Schraube oder durch Übertragen eines Ultraschallsignals durch die Schraube und Bestimmen der Dehnung der Schraube aus der Änderung des reflektierten Signals. Außerdem ist es im Rah men der vorliegenden Erfindung auch denkbar, andere Mittel als Schrauben zum Koppeln des Zylinderkopfes mit dem Motorblock zu verwenden, beispielsweise Muttern oder eine Mutter/Scheiben kombination, die an integral mit dem Motorblock ausgeformten Schrauben angebracht ist. Jede beliebige Verbindungsmethode kann verwendet werden, vorausgesetzt, der Befestigungsmittel ist in der Lage, die durch die Zylinderdrücke hervorgerufene Dehnung zu erfassen.It is also within the scope of the present invention, for example possible to stretch the cylinder head bolts on each of the State of the art known way to measure, for example by Aufbrin against a thin acoustoelectric coating on the head the screw or by transmitting an ultrasonic signal through the screw and determining the elongation of the screw the change in the reflected signal. It is also in the frame men of the present invention also conceivable other means than Screws to couple the cylinder head to the engine block use, for example nuts or a nut / washers combination formed on integral with the engine block Screws is attached. Any connection method can be used provided the fastener is able to deal with the cylinder pressures To detect elongation.

Claims

1. Internal combustion engine with:
an engine block having at least a first group of cylinders for burning a fuel;
a fuel system for the controlled supply of the fuel to the first group of cylinders;
a cylinder head ( 80 ) for completing at least the first group of cylinders when attached to the engine block, and
a group of fasteners which serve to fasten the cylinder head ( 80 ) to the engine block, at least one of which contains a strain gauge which serves to measure the strain therein, caused by the pressures transmitted via the cylinder head ( 80 ) in the first Group of cylinders is caused, and is connected to the fuel system for data transmission, so that the supply of fuel to the first group of cylinders is regulated at least in part on the basis of the expansion information detected by the at least one fastening means.

2. Internal combustion engine according to claim 1, wherein the at least one fastening means is a screw ( 10 , 50 , 60 ) with a strain gauge installed in its interior.

3. Internal combustion engine according to claim 2, wherein the expansion knife contains a full-bridge strain gauge circuit.

4. Internal combustion engine according to claim 1, wherein the force fuel system is a fuel injection system.

5. Internal combustion engine according to claim 4, wherein the force fuel injection system the fuel metering to the first Group of cylinders based at least in part on the by the at least one fastener detected Deh electronically.

6. Internal combustion engine according to claim 4, wherein the force fuel injection system the time of injection for the first Group of cylinders based at least in part on the stretch detected by the at least one fastener electronically sets information.

7. Internal combustion engine according to claim 1, wherein the engine block has a second group of cylinders in its entirety, which is larger than the first group.

8. A fuel system for use with an internal combustion engine, comprising the following parts:
a fuel injection system for the controlled supply of fuel to the internal combustion engine, and fastening means for fastening a cylinder head ( 80 ) for a plurality of cylinders to the internal combustion engine, at least one of which contains a strain gauge which serves to measure the strain caused by the pressures in one Group of cylinders is caused, which are transmitted from the group of cylinders through the cylinder head ( 80 ) for several cylinders to the fastening means;
in which the fastening means is connected to the fuel system for data transmission, so that the latter adjusts the supply of fuel to the internal combustion engine at least in part on the basis of the expansion information detected by the fastening means.

9. Fuel system according to claim 8, in which the fastening means is a screw ( 10 , 50 , 60 ) with a strain gauge built into its interior.

10. The fuel system of claim 9, wherein the strain gauge ser contains a full-bridge strain gauge circuit.

11. The fuel system of claim 8, wherein the fuel injection system the fuel metering for injection of the engine based at least in part the strain information detected by the fastener sets.

12. The fuel system of claim 8, wherein the fuel injection system the time of fuel injection into the Internal combustion engine based at least in part on the strain information detected by the fastener sets.

13. A method for controlling fuel metering in an internal combustion engine, comprising the following steps:

a) measuring a strain that will cause in a fastener for a cylinder head for multiple cylinders by pressures in a first group of cylinders of the internal combustion engine;
b) determining selected combustion data based at least in part on the elongation measured in step (a) for each cylinder of the first group of cylinders;
c) comparing the determined combustion data with predetermined desired combustion data; and
d) regulating the fueling to the cylinders based at least in part on the comparison of step (c) for each cylinder of the first group of cylinders.

14. The method according to claim 13, wherein for step (a) a cylinder head screw ( 10 , 50 , 60 ) is used, which has a strain gauge installed in its interior.

15. The method of claim 14, wherein the strain gauge contains a full bridge strain gauge circuit.

16. The method of claim 13, wherein step (b) loading agree the cylinder pressure over time for each cylinder includes the first group of cylinders.

17. The method of claim 13, wherein step (d) the on regulate fuel metering for injection for everyone Cylinder of the first group of cylinders comprises.

18. The method of claim 13, wherein step (d) the on regulate the time of injection for each cylinder includes the first group of cylinders.

19. The method of claim 13, wherein the internal combustion engine contains in its entirety a second group of cylinders, which is larger than the first group.