DE2902305A1 - Sensor zur erfassung von klopfschwingungen - Google Patents

Sensor zur erfassung von klopfschwingungen

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    • G01H11/08Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by detecting changes in electric or magnetic properties by electric means using piezoelectric devices
    • GPHYSICS
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02B1/02Engines characterised by fuel-air mixture compression with positive ignition
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Description

8.1.1979 Bt/Hm
ROBERT BOSCH GMBH, 7OQO STUTTGART 1
Sensor zur Erfassung von Klopfschwingungen Stand der Teehnik
■Die Erfindung geht aus von einem Sensor nach der Gattung des Hauptanspruchs. Es ist bekannt, daß bei OttoMotoren unter bestimmten Arbeitsbedingungen ein sogenanntes Klopfen auftritt. Das sind gedämpfte tonfrequente Schwingungen des komprimierten Kraftstoff-Luft-Gemisches, die durch eine Stoßwelle ausgelöst werden. Während dieser Schwingungen ist der Wärmeübergang an Kolben- und Zylinderwänden der Brennkraftmaschine stark erhöht. Dies bedingt eine schädliche thermische Überlastung dieser Flächen, so daß das Klopfen zu vermeiden ist. Da es jedoch erwünscht ist, den bestehenden Spielraum der Betriebsweise möglichst
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weitgehend auszunützen, besteht Interesse an einem Sensor, der das Klopfen frühzeitig und sicher anzeigt. Bekannte Sensoren zu diesem Zweck sind piezoelektrische Druckindikatoren, die in eine besondere Bohrung im Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine eingeschraubt werden. Eine derartige Befestigungsart ist außerordentlich aufwendig und teuer. Außerdem sind piezoelektrische Drucksensoren in unerwünschter Weise stark temperaturabhängig. Auch ist der Sensor selbst relativ teuer.
Vorteile der Erfindung
Der erfindungsgemäße Sensor mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß er einfach und relativ preiswert zu produzieren ist. Für die zwei verwendeten Druckringe, die nahezu identisch sind, sind große Maßtoleranzen zulässig und die Oberflächengüte am Umfang kann sehr gering sein. Der Sensor ist einfach an der Brennkraftmaschine oder an Teilen, die mit der Brennkraftmaschine in Verbindung stehen, anzubringen und arbeitet im rauhen Betrieb eines Kraftfahrzeuges sicher und zuverlässig. Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen ist eine vorteilhafte Weiterbildung und Verbesserung des im Hauptanspruch angegebenen Sensors möglich. Besonders vorteilhaft ist, daß die Störspannungsempfindlichkeit infolge der niedrigen Impedanz des Gebers herabgesetzt wird.
Zeichnung
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Fig..1 und Fig. 2 in geschnittener
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Darstellung zwei Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Sensors.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In Fig. 1 ist ein Klopfsensor dargestellt, der als Unterlegscheibe ausgebildet ist". Diese Unterlegscheibe., wird unter den Kopf einer Schraube gelegt, die an der Brennkraftmaschine oder an Teilen, die mit der Brennkraftmaschine in Verbindung stehen, befestigt ist. Die Schraube kann z.B. die Zylinderkopfschraube sein.
Der erfindungsgemäße Klopfsensor weist zwei nahezu identische Druckringe auf, z.B. Scheiben aus Stahl oder aus einem anderen leitfähigen Material, zwischen die eine piezoelektrische Scheibe 2 gespannt ist. Die Druckringe und die piezoelektrische Scheibe 2 sind an ihren äußerem Umfang mit einer Vergußmasse 3 vergossen oder eingespritzt. Da die Schraube 4, unter die der Klopfsensor gelegt wird, vorwiegend auf Massepotential liegt, muß an dem inneren Umfang der piezoelektrischen Scheibe 2 eine Isolation 5 angebracht werden. Als Isolation 5 kann auch hier ein Harzverguß dienen. Als Vergußmasse kann z.B. Epoxydharz mit einer auf die Anforderungen abgestimmten Füllung verwendet werden. Für eine gute Haftung des Harzes an den Druckringen dürfen diese nur eine grob geschruppte Oberfläche haben. Die geforderte Maßhaltigkeit der Druckringe, die als Drehteile ausgebildet sein können, ist sehr. ., klein.
Für die Isolation 5 kann anstelle des Harzvergusses auch eine Pulverbeschichtung, eine Lackierung, Klebebänder, Schmelzkleber oder Papier angewandt werden. In Fig. 1 weist die piezoelektrische Scheibe 2 nur eine piezokera-
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mische Schicht auf. Sie ist an ihrer Ober- und Unterseite mit einer leitfähigen Schicht (z.B. Silber) zur Kontaktierung beschichtet. An die obere lötfähigje Schicht kann eine elektrische Leitung 6 zur Abnahme des elektrischen Signals angelötet werden. Diese Leitung 6 wird mitvergossen oder eingespritzt, so daß die Lötstelle weitgehend zugentlastet ist. Anstelle der.Leitung S kann auch eine Kontaktierungsscheibe mit Steckerfahne, wie sie in Pig» 2 gezeigt wird, 'verwendet werden. Dabei kann.: zur Verhinderung des AbschiittelHS des Anschlußkabels eine einfache Schraubverbindung vorgesehen werden. Außerdem kann die Kontaktierung durch einen speziell ausgebildeten oder im Handel erhältlichen Stecker erfolgen, der in die am äußeren Umfang verwendete Verguß- oder Spritzmasse 3 mit eingegessen oder verspritzt wird. Die Vergußmasse kann aber auch direkt in Form eines Steckers vergossen oder verspritzt werden.
Wenn die Druckringe aus leitfähigem Material sind, muß wie im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 zwischen den oberen Druckring und die piezoelektrische Scheibe 2 eine Isolierschicht 7 eingebracht werden. Dies geschieht vorteilhaft so, daß ein zunächst halb ausgehärtetes, imprägniertes Glasfasergewebe eingebracht wird, das dann unter Temperatur und Druck vor dem Vergießen des Sensors ausgehärtet wird. Diese Isolierschicht 7 ist sehr dünn und verändert auch unter hoher Belastung ihre Eigenschaften nicht. Für die Isolierschicht 7 kann auch Glimmer verwendet werden.
In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 weist die piezoelektrische Scheibe zwei piezokeramische Schichten auf, wobei die Polarität der Schichten abwechselnd angeordnet ist, so daß der erste elektrische Anschluß (an Masse) über die Druckringe 1 und der zweite elektrische Anschluß über die Kontaktierungsscheibe mit Steckerfahne 10 erfolgt. Es können noch weitere piezokeramische Schichten verwen-
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det werden, wobei die Oberflächen mit gleicher Polarität zweier benachbarter Schichten einander zugewandt sein
müssen.
Durch die Anordnung nach Fig. 2 fällt die Kondensatorbildung zwischen der piezoelektrischen Scheibe 2 und dem Druckring weg, so·daß ein Signal aus einer höheren Kapazität gewonnen wird. Außerdem kann die Isolierschicht 7 gegenüber Masse eingespart werden, da im Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 die MasseVerbindung erwünscht ist.
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8.1.1979 Bt/Hm
ROBERT BOSCH GMBH3 7OOO STUTTGART 1Zusammenfassung
Es wird ein Sensor zur Erfassung der beim Klopfen einer Brennkraftmaschine auftretenden tonfrequenten Schwingungen vorgeschlagen, der in Form einer Unterlegscheibe unter dem Schraubenkopf- z.B. einer Kopfschraube (4) anbringbar ist. Die Unterlegscheibe wird gebildet durch zwei Druckringe (1), zwischen denen eine piezoelektrische Scheibe (2) gesparint ist. Druckringe (1) und piezoelektrische Scheibe (2) sind an ihrem äußeren Umfang mit einem Harzverguß (3) versehen und der innere Umfang der piezoelektrischen Scheibe (2) ist durch eine Isolation (5) gegen die Schraube (4) isoliert. Die piezoelektrische Scheibe (2) kann auch aus mehreren piezokeramischen Schichten bestehen, wobei die Seiten zweier benachbarter Schichten mit gleicher Polarität einander zugewandt sein sollen.
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Claims (6)

8.1.1975 Bt/Hm ROBERT BOSCH GMBH3 7OOO STUTTGART 1 Ansprüche
1.) Sensor zur Erfassung der beim Klopfen einer Brennkraftmaschine auftretenden Schwingungen, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor als Unterlegscheibe für eine Schraube ausgebildet ist, die an der Brennkraftmaschine oder an Teilen, die mit der Brennkraftmaschine in Verbindung stehen, befestigt ist und daß eine piezoelektrische Scheibe (2) zwischen zwei Dfuckringen(1) angeordnet ist und mit ihnen am äußeren Umfang vergossen oder verspritzt ist.
2. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckringe (1) aus leitfähigem Material sind.
3· Sensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die piezoelektrische Scheibe (2) nur eine piezokeramische Schicht aufweist, die an ihrer Ober- und Unterseite mit einer Kontaktierungsschicht versehen ist, wobei eine der beiden Seiten durch eine Isolierschicht (7) von dem Druckring (1) getrennt ist.
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— Ο mm
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4. Sensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die piezoelektrische Scheibe (2) mindestens zwei
piezokeramische Schichten aufweist, wobei die Polarität der Schichten abwechselnd angeordnet ist.
5. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die piezoelektrische Scheibe (2) an ihrem inneren Umfang eine Isolation (5) gegen die Schraube (4) aufweist.
6. Sensor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolation (5) durch Harzverguß, Pulverbeschichtung, Lackierung, Klebebänder, Schmelzkleber oder Papier gebildet wird.
7· Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktierung der piezoelektrischen Scheibe (2) durch direktes Anlöten von elektrischen Leitungen (6), durch eine Steckerfahne oder durch einen Stecker erfolgt.
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