DE20321570U1

DE20321570U1 - Einrichtung zur Kompensation des Temperaturfehlers vom Hochtemperaturdrucksensor

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Publication number: DE20321570U1
Application number: DE20321570U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2003-06-21
Filing date: 2003-06-21
Publication date: 2008-07-31
Anticipated expiration: 2013-06-22
Also published as: DE10327996A1

Abstract

Die Einrichtung insbesondere zur Zylinderdruckmessung bei Motoren in der Kamera der Verbrennungsmotor während seiner Arbeit, bestehend aus Druckaufnehmer, dem Wandler-Verstärkers, dem Analogdigital-logischen Aussonderung Blocks, die Addiervorrichtung, dem Speicherblock und die Schalter, die für Messung und die Korrektion vorbestimmt ist, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Ziel der Vereinfachung der Konstruktion und der Erhöhung der Zuverlässigkeit des Druckaufnehmers an den Eingang des Wandler-Verstärkers 2 angeschlossen, an dessen Ausgang den Analogdigital-logischen Aussonderungsblock 3 und durch den Schalter 8 die Addiervorrichtung 5 und der Auspuffspannungs-Messblock 4 gleichzeitig angeschlossen sind,

Description

Die Erfindung betrifft einen Messwertaufnehmer zur Messung Physikalischer Werte z. B. des Drucks in einer Verbrennungskammer eines Motors unter Betrieb. Einrichtung zur Kompensation des Temperaturfehlersignals beim Messen.
Aus der DE3423711 ist ein Druckaufnehmer zur Messung in der heiser Medium mit ein Kompensationsverfahren des Temperaturfehlers durch ein Signal von einer piezoelektrischen Temperaturkompensationsmembrane bekannt, wobei diese unempfindliche zum Messwerte Membrane die identischen mit den Messelementen Temperaturcharakteristiken haben soll. Jedoch, infolge des unvermeidlichen Unterschiedes der genannten Charakteristiken, insbesondere bei Temperaturen über 400°C und bei einer – unterschiedlichen Lage von Mess- und Kompensationsmembrane ist es unmöglich, die volle Kompensation, des Temperaturfehlers zu erreichen. Außerdem sind die piezoelektrischen Drucksensoren für Temperaturen über 150°C sehr teuer.
Aus CH 517301 ist ein Druckaufnehmer bekannt, in dem das Gehäuse aus zwei Teilen besteht, die durch die wärmeisolierten Scheiben aufgeteilt sind. Jeder Teil ist mit den empfindlichen Membranen hergestellt. Der Druck wirkt auf die erste Membran und wird durch den Druck der Gase im Zylinder und durch die zwei Säulen zur zweiten empfindlichen Membran übertragen.
Nachteile dieses Systems:

– der Teil des Elements, in dem die erste empfindliche Membran gefestigt ist, einen zylindrischen röhrenförmigen Teil enthält. Es ist bekannt, dass sich dem Brennen des Brennstoffe von der Explosion die hohen Frequenzen im Signal des Drucks erscheinen, bis zu 100 kHz. Im zylindrischen Hohlraum bilden diese Frequenzen die stehenden Wellen, die die Form und den Wert des Signals des Drucks verzerren werden; außerdem sind alle Elemente dieses Systems der starken Vibration unterworfen und deshalb ist der Drucksensor, der aus zwei Teilen, die durch Gleisscheiben befestigt werden, gebildet ist, nicht betriebssicher.

Im Drucksensor nach der US4463274 , der eine piezoresistive Brückenschaltung einschließt, können ihre Versorgungsspannungen anhand von Thermistoren, Resistoren und Mikroprozessoren reguliert werden, um eine Nulldifferenz auf dem Ausgang des Sensors ohne Messsignal im ganzen Temperaturbereich zu erreichen. Der Aufnehmer hat niedrige Genauigkeit, ist sehr kompliziert und wegen der unterschiedenen Temperaturcharakteristiken von empfindlichen Elementen kann nicht eine volle Kompensation des Temperaturfehlers erreicht werden.
Im Patent US 4781059 beschreibt man die Methode und das Gerät für die Druckmessung in einem Zylinder des Verbrennungsmotors. Eine interessante Lösung ist vorgeschlagen: die Kompensierung der thermischen Messfehler durch ein optisches System. Das Gerät soll hohe Störfestigkeit besitzen.
In der Zeit zwischen Arbeitszyklen, d. h. zwischen Treibstoffexplosionen, wann der Druck nah zu Nullwert liegt, wird die Abweichung der Sensorausgangsspannung von der vorgegebenen Spannung gemessen und die Leuchtintensität der Leuchtdiode wird durch eine Blende so korrigiert, dass die Temperaturabweichung kompensiert wird. I. e. die thermischen Messfehler werden durch die Steuerung von Sensorelement-Empfindlichkeit eliminiert.
Das Gerät hat leider nicht nur Vorteile:

– Die Blende wird aus Silizium hergestellt. Silizium lässt das Infrarot durch, während der
– Lichtsensor (Photodiod) im Infrarot die höchste Empfindlichkeit hat. Deswegen kommt es bei
– der Explosion, während das Infrarot maximal intensiv ist, wieder zum thermischen Fehler, der
– durch die Blende nicht kompensiert wird, weil das infrarot im Null-Punkt minimal ist.
– In dem vibrierenden Motor funktioniert der Lichtleiter nicht lange, besonders wenn der Motor mehrere Zylinder haben.
– Das Gerät benötigt den zusätzlichen Sensor für den unteren Totpunkt.

Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Bildung des zuverlässigen Gerätes zur Messung des Drucks in einer Verbrennungskammer eines Motors mit der gleichzeitigen Kompensation des Temperaturfehlers des Sensors. Auf der 1 ist die Blockschema der angebotenen Einrichtung vorgestellt.
Die Einrichtung besteht aus:

1: Sensor/Druckaufnehmer
2: Wandler-Verstärker
3: A/D-logischen Aussonderungsblock
4: Auspuffspannungsmessblock
5: Addiervorrichtungen
6: Speicherblock
7: A/D Wandler
8: Schalter 1
9: Schalter 2

Der Druckaufnehmer 1 ist in der Verbrennungskammer gesetzt. Das empfindliche Element 1 des Druckaufnehmers liefert das Messsignal einem beliebigen Messschema. Es kann z. B. ein Brückenzweig der Wheatston-Brücke oder ein Element einer anderen Messvorrichtung sein. Die anderen Brückenelemente können sich im Wandler 2 befinden.
Der Wandler-Verstärker 2 dient dazu, dass bei der Einwirkung des Drucks auf das empfindliche Element 1 ändert sich das Messsignal, die Brücke wird nicht mehr ausgeglichen und liefert die Ausgangsspannung (s. 2a), die verstärkt wird und gleichzeitig im Analog-Digital-Wandler-Aussonderungsblock 3, wo Auspuffsphase t1 und Arbeitsphase t2 identifiziert werden. Durch den Schalter 8 wird das Signal in den Auspuffspannungs-Messblock 4 und in die Addiervorrichtung 5 geliefert.
Der Analog-Digital-Aussonderungsblock 3 sondert jeweilige maximale Druckwerte aus, findet den mittleren Punkt zwischen zwei Maxima und die Zeiträume bezüglich dieses Punktes: Auspuffphase t1 und Arbeitsphase t2.
Das ermöglicht den unteren Totpunkt ohne Nutzung des zusätzlichen Sensors zu finden. Der Speicher-Block 6 dient dazu, dass die Spannung, die während der Auspuffphase (t₁) gemessenen war, gespeichert wird (s. 2d), und während des Arbeitstakts t₂ vom Gesamtsignal Up_max abgezogen wird.
Der Analog-Digital-Wandler 7 stellt den Ausgangsignal zur Registrierung am Kurvenschreiber, Computer und/oder Display.
Der Schalter 8 zwischen dem Ausgang Verstärker-Wandler 2 und dem Eingang des Auspuffspannungsmessblocks 4 wird während der Auspuffphase t₁ geöffnet. Derselbe Schalter 8 öffnet sich während der Arbeitsphase t₂ zwischen Verstärker-Wandler 2 und der Addiervorrichtung 5.
Der Schalter 9 öffnet sich den Eingang der Addiervorrichtung 5 während der Arbeitsphase t₂, dazu Gesamtfehlersignal Ut₁ während des Arbeitstakts t₂ von Speicher-Block 6 an Subtraktionseingang des Addiervorrichtungsblocks 7 kommt.
Auf 2a ist das Zeitdiagramm des Arbeitszyklus vorgestellt.
Die Einrichtung arbeitet auf folgende Weise:
der Druckaufnehmer, der in der Verbrennungskammer eingestellt ist, bildet alle Veränderungen des Drucks ab.
Wie ein physikalischer Körper, der Druckaufnehmer ist auch Temperatureinwirkungen unterworfen und ändert seine Größe. Deshalb entsteht auf dem Sensor das konstante Signal des Fehlers, das von diesen Veränderungen herbeigerufen ist.
Die Kompensation des Temperaturfehlers geschieht auf folgende Weise: Fehlerspannung.
Während der Auspuffphase, wo in allen Verbrennungsmotoren Zylinderdruck dem Atmosphärendruck ungefähr gleich ist, in der Einrichtung wird die Fehlerspannung Ut₁ (2) von dem empfindlichen Element gemessen. In der Auspuffphase t1 der Druckaufnehmer und das empfindliches Element erreichen Temperaturen, die praktisch unverändert bleiben während der ganzen Messzeit. Es soll darauf geachtet werden, dass eine höhere Brenntemperatur nur auf die Membrane einwirkt, aber das Fühlelement von ihr durch Wärmeisolator getrennt bleibt und die durchschnittliche Temperatur des Zylinderkopfes hat. Damit wird erreicht, dass zu dem Zeitpunkt nimmt der Druckaufnehmer nur die Zylinderkopftemperatur auf. In dieser Zeit wird das empfindliche Element den Gesamtfehler gemessen, der durch die Temperaturdehnung von Aufnehmerbauelementen und DMS (Drahtdehnungsmessstreifen) entstanden ist.
Die Spannung, die während des Auspufftakts gemessen wird (s. 2b), wird durch Erwärmung des Druckaufnehmers herbeigerufen und durch den Speicher-Block 6 gespeichert (s. 2d), und während des Arbeitstakts t₂ vom Gesamtsignal Up_max in der Addiervorrichtung 5 abgezogen.
Dadurch wird die volle Kompensation des Gesamttemperaturfehlers erreicht.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 3423711 [0002]
- CH 517301 [0003]
- US 4463274 [0004]
- US 4781059 [0005]

Claims

Die Einrichtung insbesondere zur Zylinderdruckmessung bei Motoren in der Kamera der Verbrennungsmotor während seiner Arbeit, bestehend aus Druckaufnehmer, dem Wandler-Verstärkers, dem Analogdigital-logischen Aussonderung Blocks, die Addiervorrichtung, dem Speicherblock und die Schalter, die für Messung und die Korrektion vorbestimmt ist, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Ziel der Vereinfachung der Konstruktion und der Erhöhung der Zuverlässigkeit des Druckaufnehmers an den Eingang des Wandler-Verstärkers 2 angeschlossen, an dessen Ausgang den Analogdigital-logischen Aussonderungsblock 3 und durch den Schalter 8 die Addiervorrichtung 5 und der Auspuffspannungs-Messblock 4 gleichzeitig angeschlossen sind,
Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Aussonderungsblock 3 die maximalen Werte des Drucks und der mittlere Zeitpunkt zwischen zwei benachbarten maximalen Druckwerten bestimmt wird.
Einrichtung nach Anspruch 1, 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schalter 8 verbindet den Wandler-Verstärker 2 mit dem Auspuffspannungs-Messblock 4 auf die Dauer der Auspuffphase t1,
Einrichtung nach Anspruch 1, 2, 3 dadurch gekennzeichnet, dass der Auspuffspannungs-Messblock 4 verbindet mit dem Speicherblock 6 auf die Dauer der Auspuffphase t1,
Einrichtung nach Anspruch 1, 2, 3, 4 dadurch gekennzeichnet, dass auf die Dauer der Arbeitsphase t2 der Schalter 8 verbindet der Wandler-Verstärker 2 mit der Addiervorrichtung und der Schalter 9 verbindet der Speicher Block 6 mit dem Subtraktionseingang des Addiereinrichtungsblocks