DE2802679A1

DE2802679A1 - Sensor fuer schwingungen

Info

Publication number: DE2802679A1
Application number: DE19782802679
Authority: DE
Inventors: Herbert Schramm
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1978-01-21
Filing date: 1978-01-21
Publication date: 1979-07-26
Also published as: IT1110114B; IT7919478A0

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Sensor nach der Gattung des Hauptanspruches. Es ist bekannt, daß bei Otto-Motoren unter bestimmten Lastzuständen und Endgaszusammensetzungen ein sog. Klopfen auftritt. Das sind gedämpfte tonfrequente Schwingungen des komprimierten Dampf-Luft-Gemisches, die durch eine Stoßwelle ausgelöst werden. Während dieser Schwingungen ist der Wärmeübergang an Kolben und Zylinderwand der Brennkraftmaschine stark erhöht. Dies bedingt eine schädliche thermische Überlastung dieser Flächen, so daß das Kopfen grundsätzlich zu vermeiden ist. Da es jedoch erwünscht ist, den bestehenden Spielraum der Betriebsweise möglichst weitgehend auszunützen, besteht Interesse an eine Sensor, der das Kopfen frühzeitig und sicher anzeigt.
Bekannte Sensoren zu diesem Zweck sind piezo:lektrische Druckindikatoren, die in eine besondere Bohrung im Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine eingeschraubt werden. Eine derartige Befestigungsart ist außerordentlich aufwendig und teuer.
Vorveile der Erfit.dung Der erfindungsgemäße Sensor mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruches hat den Vorteil, daß er relativ preiswert und einfach herzustellen ist, und ohne weiteres an der Brennkraftmaschine anzubringen ist und auch im rauhen Betrieb eines Kraftfahrzeuges sicher und zuverlässig arbeitet.
Zeichnung Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen: Fig. 1 bis 3 verschiedene Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Klopfsensors.
Beschreibung der Erfindung In Fig. 1 ist ein Klopfsensor dargestellt, der eine einteilige ringförmige Scheibe 1 aus magnetoelastischem Material, z.B.
einer Fe-i-Legierung aufweist. Durch diese ringförmige Scheibe ist eine Zylinderkopfschraube 2 hindurchgesteckt und mit dieser am Zylinderkopf 3 einer Brennkraftmaschine befestigt. Die ringförmige Scheibe 1 trägt auf ihrer äußeren Mantelfläche eine Spule Lt, die von einer Vergußmasse 5 umgeben ist.
Die Wirkungsweise des Drucksensors ist folgende: Druckschwingungen im Zylinder einer Brennkraftmaschine, üblicherweise als Klopfen bezeichnet, erzeugen durch die Kraftübertragung der Zylinderkopfsenraube 2 in der ringförmigen Scheibe 1 Spannungsschwingungen, die i'r.rerseits Permeabilitätsschwingungen im Material hervorru ren. Diese Permeabilltätsänderungen können über die dadurch entstandenen Induktivitätsänderungen der Spule 4 erfaßt werden, wobei die Spule 4 ständig mit einem konstanten Strom er zwei Zuleitungen 6 und 7 gespeist wird.
Aus den Induktivi äesänderungen läßt sich ein Meßsignal gewinnen das die KlopfEchwingu,en im 7Zylinder der Brennkb ftmaschine charakterisiert. Dazu kann eine einfache an sich bekannte elektronische Schaltung mit einem Hochpaß-Filter verwendet werden. Da mit dem beschriebenen Sensor nur eine einfache Ja-Nein-Aussage über das Klopfen gewonnen werden soll, sind die Abhängigkeiten der Permeabilität von der Temperatur, dem Speisestrom für die Spule 4 und der Frequenz des Klopfsignales zu vernachlässigen.
In Fig. 2 ist die ringförmige Scheibe 1 mit einem Hohlraum versehen, in den ein zu der Scheibe konzentrischer Ring 8 aus magnetoelastischem Material eingelegt ist. Konzentrisch zu dem Ring 8 ist in dem Innenraum der Scheibe 1 die Spule Lt angeordnet.
Durch Druckschwingungen im Zylinder der Brennkraftmaschine ausgelöst, ergeben sich Spannungss~hwingungen in der Zylinderkopfschraube, die über die ringförmige Scheibe 1 auf den Ring 8 aus magnetoelastischem Material übertragen werden. Dies hat Permeabilitätsänderungen in dem Ring 8 zur Folge, welche wiederum Induktivitätsänderungen der Spule 4 hervorrufen.
Diese Induktivitätsänderungen können in an sich bekannter Weise elektrisch ausgewertet werden und bilden ein Signal, das das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein von Klopfschwingungen kennzeichnet.
In Fig. 3 ist ein Klopfsensor dargestellt, der ähnlich wie der Sensor nach Fig. 2 aufgebaut ist. Die ringförmige Scheibe 1 welche unter die Zylinderkopfschraube 2 gelegt ist, weist einen Hohlraum auf, in dem ein piezokeramisches Element 9 konzen-.trisch zu der Scheibe 1 angeordnet ist. Druckschwingungen im Zylinder der Brennkraftmaschine ergeben Spannungsschw: gungen in der Zylinderkopf.echraube 2, die über die ringförmige Scheibe 1 auf das piezokeramische Element 9 übertragen werden und dort eine Ladungsschwingung hervorrufen. Diese Ladungsschwingung wird gemessen und elektrisch ausgewertet und liefert eine Aussage darüber, ob ein Klopfen vorhanden ist oder nicht. Aus dem SigI lasten sich außerdem Aussagen über die ElopSinttnsität und die Klopthäufigkeit gewinnen. Das Signal wird durch zwei nicht dargestellte elektrische Anschlußdrähte von den elektrischen Kontakten des piezokeramischen Elementes 9 abgenommen.
In den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen ist die Anordnung der ringförmigen Scheibe unterhalb des Schraubenkopfes einer Zylinderkopfschraube dargestellt. Die ringförmige Scheibe mit der Spule 4 bzw. dem piezokeramischen Element 9 kann aber auch beispielsweise unter einer Zündkerze angeordnet werden und mit dieser am Motorblock befestigt werden.
Eine Verstärkung der Meßsignale ist im allgemeinen nicht notwenig Die Signale können zur Ermittlung weiterer Motorsignale insbesondere eines Lastsignales ausgewertet werden. Bringt man einen der beschriebenen Sensoren unter einer Zylinderkopfschraube an, so kann man mit einem Sensor Klopfschwingungen in zwei Zylindern der Brennkraftmaschine erfassen.
Die in den Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 und 3 gezeigten elektrischen Bauteile, die Spule Lt einschließlich des Ringes 8 und das piezokeramische Element 9 werden zweckmäßigerweise mit einer Vergußmasse 10 abgedeckt und damit vor Verschmutzung geschützt.

Claims

Ansprüche Sensor zur Erfassung der beim Klopfen einer Brennkraftmaschine auftretenden Schwingungen, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor eine einteilige ringförmige Scheibe (1) zum Unterlegen unter eine Zylinderkopfschraube (2) oder Zündkerze aufweist, daß die Scheibe (1) eine Spule (4) oder eine Piezokeramik trägt und in dieser - ausgelöst durch Druckschwankungen in einem Zylinder der Brennkraftmaschine - ein elektrisches Signal hervorruft.
2. Sensor nach Anspruch 1, dadurch g:ennzeichnet, ;S;ß die die Spule tragende Scheibe (1) wenigstens teilweise aus magnetoelastischem Material besteht und über Permeabilitätsänderungen - welche durch die Druckschwankungen-im Zylinder der Brennkraftmaschine hervorgerufen werden, die Induktivität der Spule (4) ändert.
3. Sensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule (4) auf die äußere Mantelfläche der Scheibe (1) gewickelt ist.
4. Sensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmige Scheibe (1) hohl ist, wobei in dem Hohlraum die Spule (4) angeordnet ist.
5. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmige Scheibe (1) einen Hohlraum aufweist, in dem ein Ring (8) aus magnetoelastischem Material konzentrisch zu der Scheibe (1) eingelegt ist, wobei dem Ring (8) die konzentrische Spule (4) derart zugeordnet ist, daß der magnetische Kreis geschlossen ist.
6. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, d die ringförmige Scheibe (1) einen Hohlraum aufweist, in dem ein piezokeramisches Element (9) konzentrisch eingelegt ist.
7. Seriscr nafh einem der Ansprüche 1 bis , dadurch gekennzeichnet, daß die Spule (4) oder das piezokeramische Element (9) und/oder der in den Hohlraum der Scheibe (1) eingelegte Ring (8) von einer Vergußmasse (10 bzw. 3) umschlossen sind.