DE3001887A1

DE3001887A1 - Pinking induced vibration sensor - with piezoceramic reed encased in epoxy! resin

Info

Publication number: DE3001887A1
Application number: DE19803001887
Authority: DE
Inventors: Rainer 7143 Vaihingen Bone; Bernward Dr.-Ing. 7140 Ludwigsburg Böning; Kristian 7151 Burgstetten Leo; Rudolf 7144 Asperg Nagel; Hans-Joachim 7050 Waiblingen Seidel
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1980-01-19
Filing date: 1980-01-19
Publication date: 1981-07-23

Abstract

Sensor, esp. for detecting the vibrations produced by the pinking of an internal combustion engine, consists of a vibrating reed, made of piezoceramic material, which is embedded in a block of epoxy resin. The hardness of the epoxy resin is chosen to suit the desired bandwidth of the vibrations. To obtain a large bandwidth, an epoxy resin with a hardness of 75-80 Shore A is chosen, and for a narrow bandwidth the hardness of 85-95 Shore D.

Description

Sensorsensor

Stand der Technik Die Erfindung geht aus von einem Sensor nach der Gattung des Hauptanspruches.PRIOR ART The invention is based on a sensor according to FIG Genre of the main claim.

Es ist bekannt, zum Erkennen des Klopfens von Brennkraftmaschinen Sensoren zu verwenden, die eine Eigenfrequenz derart. ufweisen, daß beim Auftreten von Klopfen in der Brennkraftmaschine der Sensor in Eigenschwingung versetzt wird. Ein derartiger Sensor ist beispielsweise in der DE-OS 28 01 969 beschrieben.It is known to detect knocking of internal combustion engines Use sensors that have a natural frequency like this. show that when occurring knocking in the internal combustion engine causes the sensor to vibrate naturally. Such a sensor is described in DE-OS 28 01 969, for example.

Bei den bekannten Sensoren besteht im allgemeinen das Problem, daß Bandbreite und Eigenfrequenz des Sensors r:t(h dein Einbau nicht mehr verändert werden können.In the known sensors there is generally the problem that Bandwidth and natural frequency of the sensor r: t (h your installation no longer changed can be.

Andererseits müssen für verschiedene Motortypen mit verschiedenen Klopfcharakteristiken auch unterschiedliche Sensoren bereitgehalten werden.On the other hand, for different types of engines with different Knock characteristics also different sensors are kept ready.

Vorteile der Erfindung Der erfindungsgemäße Sensor mit den kennzeichnenden Mer malen des Hauptanspruches hat demgegenüber den Vortci1, die Verwendung eines einheitlichen Schwingelementes bei Sensoren verschiedener Bandbreite und Eigenfrequenz 7li ermöglichen und außerdem die Abstimmung von Bandbr eit e und Eigenfrequenz auch nach Einbau des Sensors bewirken zu können.Advantages of the Invention The sensor according to the invention with the characterizing In contrast, the main claim has the advantage of using a uniform vibrating element for sensors with different bandwidths and natural frequencies 7li and also the coordination of band width and natural frequency to be able to effect after installing the sensor.

Zeichnung Ausführungsbeispiele von erfindungsgemäßen Sensoren sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 i einen er ersten Sensor mit einem Einspannkörper aus Epoxiharz; Fig.Drawings are exemplary embodiments of sensors according to the invention shown in the drawing and explained in more detail in the following description. The figures show: FIG. 1 i a first sensor with a clamping body made of epoxy resin; Fig.

einen zweiten Sensor mit gekehltem übergatirr vom Einspannkörper zum Schwingelement; Fig. 3 einen dritten Sensor iii aufgebrachten Massen; Fig. 4 einen vierten Sensor mit, jlt>(I das Schwingelement geschobenem Schlauchstück.a second sensor with grooved übergatirr from the clamping body to Vibrating element; 3 shows a third sensor iii applied masses; Fig. 4 a fourth sensor with, jlt> (I the vibrating element pushed tube piece.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele Während bei den bekannten Sensoren mit piezoelektrischem Schwingelement dieses Element im allgemeinen starr eingespannt ist und sich damit Bandbreite und Eingefrequenz des Schwingelementes ausschließlich aus dem Schwingelement selbst ergeben, ist bei dem in Fig. 1 dargestel l ten !\rrrifi1irungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Sensors ein Schwingelement 10 in einem Einspannkörper 11 aus Epoxiharz gehalten, wodurch die Elastizität der Befestigung des Sc elementes 10 die Schwingeigenschaften mit beeinflußt.Description of the exemplary embodiments While in the known sensors with a piezoelectric vibrating element, this element is generally rigidly clamped is and thus bandwidth and single frequency of the vibrating element exclusively from the vibrating element itself is shown in the example shown in FIG of a sensor according to the invention, an oscillating element 10 in a clamping body 11 Made of epoxy resin, which increases the elasticity of the attachment of the SC element 10 influences the vibration properties.

durch ist es möglich, eine. einfache Einstellung wilri.through it is possible to have a. easy setting wilri.

ten Bandbreite des Sensors dadurch zu erreichen, daß die Härte des Epoxidharzes entsprechend gewählt wird. So hat sich h zur Erzielung einer großen Bandbreite ein gefülltes flexibilisiertes Epoxidharz der Härte Shore A 75 bis 80 bewährt, während zur Erzielung einer kleinen Bandbreite ein hartes Epoxidharz der Härte Shore D 85 bis 95 verwenci ei: weiden kann. Selbstverständlich ist es auch möglich, austatt das Schwingelement 10 im Einspannkörper 11 zu vergießen, dieses mit Kunststoffen geeignete Härte zu umspritzen.th bandwidth of the sensor to achieve that the hardness of the epoxy resin is chosen accordingly. So h has to achieve a great Range of a filled, flexibilized epoxy resin of hardness Shore A 75 to 80 proven, while a hard epoxy resin to achieve a small bandwidth Hardness Shore D 85 to 95 can be used. Of course it is too possible to cast the vibrating element 10 in the clamping body 11 instead of this to encapsulate with plastics suitable hardness.

fri Fig. ? ist eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Sensors dargestellt. Bei dieser Ausführungsform wird rille V('r"lnderung der Bandbreite dadurch erzielt, daß der Übergang 12 des Einspannkörpers 11 zum Schwingelement kehlförmig ausgebildet ist. Diese andere Halterung im Einspannpunkt ce:; Schwingelementes 10 bewirkt eine Vergrößerung der Bandbreite, beispielsweise läßt sich auf diese Weise eine Vei'd oppe lung der Bandbreite realisieren.fri Fig.? is a further embodiment of an inventive Sensor shown. In this embodiment, groove V ('r "changes the bandwidth achieved in that the transition 12 of the clamping body 11 to the vibrating element is throat-shaped is trained. This other bracket in the clamping point ce :; Vibrating element 10 causes an increase in the bandwidth, for example, in this way realize a Vei'd oppe ment of the bandwidth.

Fiiie weitere Möglichkeit zur Beeinflussung der Schwingeigenschaften des Schwingelementes 10 ist in Fig. 3 dargestellt.Fiiie another possibility for influencing the oscillation properties of the oscillating element 10 is shown in FIG. 3.

I>ii£ii Aufbringen einer einzelnen Masse 13 am Einspannpunkt l)zw. einer einzelnen Masse 14 am freien Ende des Schwingelementes 10 werden Randbreite bzw. Eigenfrequenz des Schwingelementes 10 beeinflußt. So wird durch Aufbringen einer Masse 13 am Einspannpunkt ciie Bandbreite vergrößert, durch Aufbringen einer Masse 14 am freien Ende des Schwingelementes die Eigenfrequenz verringert. Es ist selbstverständlich auch möglich, anstatt Masse aufzubringen, diese vom Schwingelement wegzunehmen, jedoch bringt dies den Nachteil mii ich, daß die mechanische Stabilität des Schwingelementes 10 beeinflußt werden kann. Um zu einer Feinabstimmung des Sensors ztr gelangen, ist es vielmehr sinnvoll, zunächst eine genügend große Masse 13 bzw. 14 aufzubringen unr ejr1( 1< abstimmung dann in der Weise vorzunehmen, daß diese Massen 1 14 abgetragen werden, beispielsweise durch Abschleifen oder Verdampfen z.B. mit Laserstrahl. Als zweckmäßig hat (l. siel dabei erwiesen, zunächst durch Abtragen der Masse 13 d Bandbreite und alsdann durch Abtragen der Masse 14 die Eigenfrequenz einzustellen.I> ii £ ii application of a single mass 13 at the clamping point l) between. a single mass 14 at the free end of the oscillating element 10 are edge width or natural frequency of the vibrating element 10 is influenced. So is by applying a mass 13 at the clamping point ciie bandwidth increased by applying a Mass 14 at the free end of the vibrating element reduces the natural frequency. It is of course also possible, instead of applying mass, this from the vibrating element take away, but this has the disadvantage that the mechanical stability of the vibrating element 10 can be influenced. To fine-tune the sensor ztr, it makes more sense to start with a big enough Apply mass 13 or 14 unr ejr1 (1 <then vote in such a way that that these masses 1 14 are removed, for example by grinding or evaporation e.g. with a laser beam. It has proven to be expedient at first Remove the mass 13 d bandwidth and then by removing the mass 14 the natural frequency to adjust.

Eine weitere Möglichkeit zur Beeinflussung der Schwingungseigenschaften eines Sensor entsprechend der Erfindung ist i Fig. 4 dargestellt. Hierbei wird über da; Schwingelement ein Schlauchstück 15, vorzugdweise ein Schrumpfschlauch, schoben, wobei der Abstand x des Schlauchstück, 15 vom Einspannpunkt und die Länge y des Schlauchstücks 15 drirch die geforderte Bandbreite des Schwingelementes 10 bestimmt werden. Die Bandbreite wird dabei umso größer ,j(- kleiner der Abstand x und je größer die Länge y ist. Auch bei einem Sensor entsprechend Fig. 4 läßt sich selbstverständlich die Eigenfrequenz durch nachträgliches Aufbringen einer Masse 14, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist, einstellen.Another way of influencing the vibration properties a sensor according to the invention is shown in FIG. This is about there; The vibrating element pushed a piece of tubing 15, preferably a shrink tubing, where the distance x of the hose piece, 15 from the clamping point and the length y of the Hose section 15 drirch the required bandwidth of the vibrating element 10 is determined will. The bandwidth becomes larger, j (- smaller the distance x and je is greater than the length y. In the case of a sensor according to FIG. 4, it goes without saying that the natural frequency by subsequent application of a mass 14, as shown in Fig. 3 is shown.

Insgesamt können damit die Sensoren entsprechend den Fig. 1 bis 4 unter Verwendung eines einzigen Schwingelementes 10 für eine Vielzahl von Bandbreiten und Eigenfrequenzen, wie sie für verschiedene Motortypen erforderlic'h siird, ausgelegt werden. Außerdem ist bei den Sensoren entsprechend Fig. 3 und 4 ein nachträglicher Abgleich des eingebauten Sensors durch Aufbringen bzw. Verschieben von Massen am Schwingelement 10 möglich.Overall, the sensors according to FIGS. 1 to 4 can thus be used using a single oscillating element 10 for a variety of bandwidths and natural frequencies as they are required for different engine types will. In addition, in the case of the sensors according to FIGS. 3 and 4, there is a subsequent one Adjustment of the built-in sensor by applying or moving masses on the Oscillating element 10 possible.

Sensor Zusammenfassung Es wird ein Sensor, insbesondere zur Erfassung der beim Klopfen einer Brennkraftnaschine auftretenden Schwingungen vorgeschlagen, bei dem ein Schwingelement aus piezokeramischem Material in einem Einspannkörper aus Epoxiharz gehalten ist. Die Bandbreite und die Eigenfrequenz des Schwingelementes werden dabei in der Weise eingestellt, daß am Einspannpunkt bzw. am freien Ende des Schwingelementes zusätzliche Massen aufgebracht werden: Die Bandbreite des Sensors wird durch entsprechende Festlegung der Härte des Epoxiharzes bestimmt.Sensor summary There is a sensor, in particular for detection suggested the vibrations occurring when knocking an internal combustion engine, in which a vibrating element made of piezoceramic material in a clamping body is made of epoxy resin. The bandwidth and the natural frequency of the vibrating element are set in such a way that at the clamping point or at the free end the vibrating element additional masses are applied: The bandwidth of the sensor is determined by setting the hardness of the epoxy resin accordingly.

Claims

Claims 1. Sensor, in particular for detecting when knocking an internal combustion engine occurring vibrations with a vibrating element piezoceramic material, characterized in that the oscillating element (10) in a t.inspannkörper (11) made of epoxy resin is held, the hardness of the epoxy resin is determined depending on the desired bandwidth of the vibrating element.

2. Sensor according to claim 1, characterized marked, dnß to achieve a large range of a filled, flexible epoxy resin of hardness Shore A 75 to 80 is used.

3. Sensor according to claim 1, characterized in that perm achievement A very hard epoxy resin of hardness Shore D85 to 95 is used over a small range will.

4. Sensor according to one of claims 1 to 3, characterized in that that to increase the bandwidth of the transition (1>) of the clamping body (11) to Oscillating element (10) is throat-shaped.

5. Sensor, in particular for detecting the knocking of an internal combustion engine occurring vibrations with a vibrating element made of piezoceramic material, characterized in that for setting the bandwidth of the oscillating element (10) an additional mass (13) on the vibrating element (10) at the clamping point will.

6. Sensor, in particular for detecting the knocking of an internal combustion engine occurring vibrations with a vibrating element made of piezoceramic material, characterized in that for setting the frequency of the oscillating element (10) an additional mass (1l1) is applied to the vibrating element (10) at the free end will.

7. Sensor according to one of claims 5 or 6, characterized in that that the additional mass (13) is a deformable, retaining material, preferably Is epoxy, glue, or solder.

8. Sensor according to one of claims 5 to 7, characterized in that that first a sufficiently large mass is applied and then for fine-tuning this mass is cut off until the required bandwidth or frequency is reached, is preferably abraded or evaporated.

9. Sensor, in particular for detecting the knocking of an internal combustion engine occurring vibrations with, a vibrating element made of piezoceramic material, characterized in that for setting the bandwidth of the oscillating element (10) a hose piece (lr) is pushed onto the oscillating element (10), wherein the distance (x) of the hose section (15) from the clamping point and the Iäntr, ((y) des Hose piece (15) essentially through the required bandwidth of the vibrating element (10) can be determined.

10. Sensor according to claim 9, characterized in that ar is free At the end of the oscillating element (10) an additional mass (1) for setting the frequency angry wind.