DE3004232A1 - Sensor - Google Patents

Description

• Sensor
• Stand der Technik Die Erfindung geht aus von einem Sensor nach der Gattung des Hauptanspruches. Es ist bekannt, daß bei Verbrennung 5-motoren unter bestimmten Arbeitsbedingungen ein sogenanntes Klopfen auftritt. Hierunter versteht man 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 schadliche thermische Überlastung dieser Flächen, so daß das Klopfen grundsätzlich zu vermeiden ist. Da man jedoch bestrebt ist, den bestehenden Betriebsbereich der Brennkraftmaschine möglichst weitgehend auszunutzen, besteht ein Interesse an einem Sensor, der das Klopfen frühzeitig und sicher anzeigt. In der DE-OS 28 ol 969 ist beispielsweise ein derartiger Klopfsenscr beschrieben, der ein piezoelektrisches Element als Biegeschwinger enthält, das in einer Spannvorrichtung, die starr mit einem cie Klopfgeräusche übertragenen Teil der Brennkraftmaschine verbunden ist, eingespannt ist.
• Nachteil dieser bekannten Anordnung ist, daß die Eigenfrequenz des Biegeschwingers auf die Frequenz der Klopfgeräusche, also auf eine Frequenz im tonfrequenten Bereich, abgestinmt ist.
• In diesem Bereich tritt jedoch noch eine Vielzahl anderer Störgeräusche auf, die das Klopfsignal verfälschen können und unter Umständen eine Erkennung des Klopfen überhaupt nicht mehr ermöglichen.
• Vcrteile der Erfindung Der erfindungsgemäße Sensor mit den kennzeichnencen ^erkmalen des Hauptanspruches hat demgegenüber den Vorteil, eine sichere Klopferkennung dadurch zu bewirken, daß eine Frequenz ausgenutzt wird, die in einem Bereich liegt, n dem der SignaStörabstand ein Maximim hat.
• Beschreibung der Erfindung Die durch die plötzliche Selbstentzündung des Restgemisches vor der Flammenfront im Brennraum einer Brennkraftmaschine erzeugte Stoßwelle führt einmal zur Schwingungsanregung des Gemisches im Brennraum sie wird aber auch auf das Motorgehäuse uebertragen und kann dort an dessen Bestandteilen oder mechanisch angekoppelten Teilen die erscr.iedensten Resonanzschwingungen anregen. Mit den tonfrequenten Schwingungen des Gemisches, die üblicherweise zur Nachweis des Klopfens herangezogen werden, wird also nicht der primäre Elopfvorgang, sondern eine von den konstruktiven Gegebenheiten abhängige sekundäre Erscheinjing erfaßt. Hierbei handelt es sich der Frequenz nach zu urteilen um radiale Eigenschwingungen im Brennram. (Für eine Schwingung längs der Zylinderachse beträgt die Eigenfrequenz einer Luftsäule in der oberen Totpunktlage bei einer Temperatur von # 2000° C etwa 50 kHz).
• Erfindungsgemäß wird nun der Sensor zur Erfassung des Klopfens nicht auf die Frequenz der Klopfgeräusche, also im hörbaren Bereich, abgestimmt, sondern es wird zunächst das Frecuenzspektrum der an geeignet erscheiandffl Ankcpplungspukten im klopffreien Betrieb des Motors vorhandenen mechanischen Schwingungen aufgenommen (Störuntergrund bei der Erkennung der Stoßwelle) und mit dem durch die Stoßwelle veränderten Frequenzspektrum (Signal-Störuntergrund) verglichen. Die Resonanzfrequenz des Sensors wird alsdann In einen Bereich gelegt, in dem der Signal-Störabstand ein Maximum hat.
• Zur Erfassung der Klopfschwingungen können an sich bekannte Resonatoren verwendet werden, wobei sich bei tiefen Frequenzen Blegeschwinger und bei Frequenzen oberhalb 50 kHz Dehnungsschwinger anbieten. Als Dehnungsschwinger kann in vorteilhafter Weise ein einfacher oder ein aus zwei Teilen bestehender((tgegengesetzter Polarisation zusammengesetz jpiezokeramischer Ring verwendet werden, der vermittels einer Schraube an einem die Klopfschwingungen übertragenden Teil der Brennkraftmaschine befestigt ist.
• Sensor Zusammenfassung Es wird ein Sensor zur Erfassung der beim Klopfen einer Brennkraftmaschine auftretenden Stoßwelle vorgeschlagen, dessen Eigenfrequenz oberhalb der tonfrequenten Klopfgeräusche liegt. Zur Festlegung der Eigenfrequenz werden das Spektrum bei Normalbetrieb und das durch die Stoßwelle veränderte miteinander verglichen und die Eigenfrequenz in einen Bereich gelegt, in dem der Signal-Störabstand ein Maximum hat.

Claims (1)

1. Anspruch 1. Sensor zur Erfassung der bei Klopfen einer Brennkraftmaschine auftretenden Stoßwelle, dadurcn gekennzeichnet, daß der Sensor auf eine Frequenz abgestimmt ist, die weit oberhalb des tonfrequenten Klopfgeräusches in einem Frequenzbereich liegt, in dem der Signal-Störabstand ein Maximum hat.