DE3006603A1 - Sensoranordnung - Google Patents

Sensoranordnung

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Description

6.2.I98O Wt/Hm
ROBERT BOSCH GMBH, 7OOO STUTTGART 1
Sensoranordnung Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Sensoranordnung nach der Gattung des Hauptanspruches. Es bekannt, daß bei Brennkraftmaschinen unter bestimmten Arbeitsbedingungen das sogenannte Klopfen auftritt. Hierunter versteht man spontane, stoßwellenartige Verbrennungen, die mit starken Druckschwingungen im Zylinderraum und hohen Temperaturen an den brennraumseitigen Kolben- und Zylinderoberflächen einhergehen. Dies bedingt eine schädliche thermische Überlastung der Flächen, so daß das Klopfen grundsätzlich zu vermeiden ist. Die durch das Klopfen hervorgerufenen Schäden sind vor allem Materialabtragungen an Kolben-, Kolbenring- und Zylinderoberfläche bzw. der Zylinderkopfdichtung. Bei großer Häufung und Intensität führen diese Phänomene schließlich zur Zerstörung des.Motors.
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Da jedoch andererseits angestrebt wird, den bestehenden Arbeitsbereich der Brennkraftmaschine möglichst weitgehend auszunutzen besteht Interesse an einer Sensoranordnung, die das Klopfen frühzeitig und sicher anzeigt. Bekannte Sensoranordnungen zu diesem Zweck beruhen auf der Erfassung der mechanischen tonfrequenten Schwingungen, wie sie beim Klopfen auftreten und verwenden in der Regel piezoelektrische Druckindikatoren, die in einer besondere Bohrung im Zylinderkopf der Brennkraftmaschine eingeschraubt oder auf einem die Schwingungen der Brennkraftmaschine übertragenen Teil aufgeschraubt werden. Eine derartige Sensoranordnung ist beispielsweise in der DE-OS 28 Ol 969 beschrieben.
Die mechanische Erfassung der Klopfschwingungen hat jedoch den Nachteil, daß plötzliche Stöße auf das Fahrzeug mit erfaßt werden, so daß es zu Fehlanzeigen kommen kann. Außerdem muß die zu messende Größe, nämlich das Klopfen erst von einer mechanischen Größe in eine elektrische Größe umgewandelt werden.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Sensoranordnung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruches hat demgegenüber den Vorteil, das Klopfen unmittelbar an den gefährdeten Stellen des Motors, nämlich der Brennraumwandung zu erfassen und damit eine Überhitzung des Motors sicher zu verhindern. Die Sensoranordnung ist frei von mechanischen Einflüssen und liefert bei den meisten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen unmittelbar ein elektrisches Signal, das ein Maß für das Vorliegen von Klopfen ist. Außerdem kann die erfindungsgemäße Sensoranordnung in vorteil-
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hafter Weise dazu verwendet werden, die Temperatur des Motors überhaupt zu überwachen.
Zeichnung
Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 eine Zylinderkopfdichtung mit temperaturempfindlichen Elementen; Pig. 2 und 3 Anbringungsarten von Thermoelementen in der Zylinderkopfdichtung; Fig. h eine Zylinderkopfdichtung mit einem Widerstandsdraht; Fig. 5 bis 7 Anbringungsarten des Widerstandsdrahtes; Fig. 8 eine Zylinderkopfdichtung mit einer Kapillare; Fig. 9 eine Anbringungsart einer Kapillare in einer Zylinderkopfdichtung.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In Fig. 1 ist eine Zylinderkopfdichtung 10 dargestellt, die eine öffnung 11 für den Brennraum der Brennkraftmaschine aufweist. Die brennraumseitige Wandung der Zylinderkopfdichtung 10 ist mit 12 bezeichnet. In der Zylinderkopfdichtung 10 sind zwei temperaturempfindliche Elemente 13, 14 mit Zuleitungen 131, 132; 141, 142 angeordnet. Dabei ist das temperaturempfindliche Element 13 unmittelbar an der brennraumseitigen Wandung 12 und das temperaturempfindliche Element 1H in der Nähe der brennraumseitigen Wandung 12 angeordnet. Ob das temperaturempfindliche Element erfindungsgemäß an oder nahe der brennraumseitigen Wandung 12 angeordnet ist, hängt vom Wärmeübergangsverhalten der Zylinderkopfdichtung 10 sowie vom zu erwartenden Verschleiß an der brennraumseitigen Wandung 12 ab. Mit einer Anord-
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nung entsprechend Fig. 1, d.h. mit mehreren lokal verteilten temperaturempfindlichen Elementen ist es auch möglich, die räumliche Wärmeverteilung während des Klopfens zu erfassen. Die Zuleitungen 131, 132; l4l, 142 sind erfindungsgemäß gewellt angebracht, um eine mechanische Belastung der Zuleitungen bei thermischer Ausdehnung der Zylinderkopfdichtung 10 gering zu halten. Die Zuleitungen 131, 132; l4l, 142 sind an in der Zeichnung nicht dargestellte elektronische Schaltmittel angeschlossen, die die angezeigten Temperaturwerte überwachen und insbesondere ein überschreiten einer vorgegebenen Temperatur anzeigen.
In vorteilhafter Weise werden erfindungsgemäß als temperaturempfindliche Elemente Thermoelemente verwendet. Fig. 2 zeigt eine Zylinderkopfdichtung 10, die eine Metallfassung 15 aufweist, an deren Innenseite ein Thermoelement 16 angebracht, vorzugsweise verschweißt ist. In einer weiteren Ausführungsform entsprechend Fig. 3 ist ein Thermoelement 17 integraler Bestandteil der Metallfassung 15 derart, daß es bündig mit der brennraumseitigen Wandung 12 abschließt. Die Zuleitungen 161, 162; 171, 172 der Thermoelemente 16, sind wiederum gewellt durch die Zylinderkopfdichtung 10 geführt. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das als temperaturempfindliches Element verwendete Thermoelement in der Weise ausgebildet, daß die Metallfassung 15 einen Schenkel des Thermoelementes bildet. Der andere Schenkel des Thermoelementes kann dann von der- Metallarmierung der Zylinderkopfdichtung 10 gebildet werden. Schließlich können statt eines Thermoelementes 16, 17 selbstverständlich auch NTC/PTC-Widerstände verwendet werden, die entsprechend den Anbringungsarten nach den Fig. 2 und 3 an der Innenseite der Metallfassung 15 oder bündig mit deren brennraumseitiger Oberfläche 12 angebracht werden, können.
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Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist in Fig. dargestellt. Hierbei weist die Zylinderkopfdichtung 10 einen ringförmigen Widerstandsdraht 18 auf, der um die öffnung 11 für den Brennraum angeordnet ist, wobei wiederum wellenförmige Zuleitungen 181, 182 vorgesehen sind. Während mit den bisher beschriebenen Ausführungsformen Punktmessungen möglich waren, ermöglicht die Ausführungsform nach Fig. 4 eine integrale Messung des Temperaturverhaltens des Brennraums über den ganzen Umfang der brennraumseitigen Wandung 12.
Einige Anbringungsarten für den Widerstandsdraht 18 sind in den Fig. 5 bis 7 im einzelnen dargestellt. So ist es entsprechend Fig. 5 möglich, den Widerstandsdraht 18 an der Außenseite der Zylinderkopfdichtung 10, jedoch innerhalb der Metallfassung 15 anzubringen, entsprechend Fig. 6 kann der Widerstandsdraht 18 jedoch auch ganz innerhalb der Zylinderkopfdichtung 10 angeordnet sein. Schließlich ist es möglich, den Widerstandsdraht 18 in der Metallfassung 15 selbst anzuordnen, wobei eine Isolierung 19 zwischen dem Widerstandsdraht 18 und der Metallfassung 15 anzubringen ist. Welche der dargestellten Anbringungsarten verwendet wird, hängt von dem thermischen Übergangsverhalten der verwendeten Werkstoffe und dem möglichen Herstellungsaufwand ab.
Schließlich ist in Fig. 8 noch eine Ausführungsform der Erfindung dargestellt, bei der die Volumenänderung einer Flüssigkeit 21 bei Temperaturvariation ausgenutzt wird. Hierzu ist eine ringförmige Kapillare 20 um die Öffnung 11 für den Brennraum in der Zylinderkopfdichtung 10 angeordnet. Das Meßsignal kann hierbei am Ausgang 22 der Kapillare 20 abgenommen werden. Eine praktische Anbringungsart für die Kapillare 20-ist in Fig. 9 darge-
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stellt. Danach wird die Kapillare innerhalb der Metallfassung 15 der Zylinderkopfdichtung 1O3 ähnlich wie in Fig. 5 für den Widerstandsdraht 18 dargestellt, angeordnet.
Aufgrund des Motorzyklus kann die zu messende Temperatur der brennraumseitigen Wandung 12 starken periodischen Schwankungen unterliegen. Um diese Schwankungen auszugleichen ist erfindungsgemäß in den elektronischen Schaltmitteln, an die die temperaturempfindlichen Elemente angeschlossen sind, eine Ausblendstufe vorgesehen, die ihrerseits mit einem Motordrehzahl-Geber verbunden ist. Auf diese Weise ist es möglich, die periodischen Schwankungen im Takte des Motorzyklus auszublenden.
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Claims (1)

  1. 6.2.1980 Wt/Hm
    ROBERT BOSCH GMBH, 7OOO STUTTGART 1
    Ansprüche
    1.) Sensoranordnung zur Erfassung des Klopfens einer \J
    Brennkraftmaschine j dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein temperaturempfindliches Element (13, 1*0 mit Anschlüssen (131, 132; I1Il, 1*12) in der brennraumseitigen Wandung (12) wenigstens eines Zylinders der Brennkraftmaschine angeordnet ist und daß dem Element (13* I1O elektronische Schaltmittel nachgeordnet sind, die ein Überschreiten einer vorgegebenen Temperatur anzeigen.
    2. Sensoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das temperaturempfindliche Element (13, 14) ein Thermoelement (16, 17) ist.
    3. Sensoranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Thermoelement (16, 17) in einer Zylinderkopfdichtung (10) der Brennkraftmaschine angeordnet ist.
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    4. Sensoranordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Thermoelement (16, 17) in oder an einer Metallfassung (15) der Zylinderkopfdichtung (10) angeodnet ist.
    5. Sensoranordnung nach Anspruch 1I, dadurch gekennzeichnet, daß das Thermoelement (16, 17) mit der Metallfassung (15) verschweißt ist.
    6. Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Thermoelement (17) in die Metallfassung (15) bündig mit der brennraumseitigen Wandung (12) eingebracht wird.
    7. Sensoranordnung nach Anspruch 3S dadurch gekennzeichnet, daß ein Schenkel des Thermoelementes von der Metallfassung (15) der Zylinderkopfdichtung (10) gebildet wird.
    8. Sensoranordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Schenkel des Thermoelementes durch die Metallarmierung der Zylinderkopfdichtung (10) gebildet wird.
    9. Sensoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das thermoempfindliche Element (13, 14) ein NTC- oder PTC-Widerstand ist.
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    10. Sensoranordnung nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß der NTC- oder PTC-Widerstand in einer Zylinderkopfdichtung (10) der Brennkraftmaschine angeordnet ist.
    11. Sensoranordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der NTC- oder PTC-Widerstand in oder an einer Metallfassung (15) der Zylinderkopfdichtung angeordnet ist.
    12. Sensoranordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der NTC- oder PTC-Widerstand in die Metallfassung (15) bündig mit der brennraumseitigen Wandung (12) eingebracht wird.
    13. Sensoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das temperaturempfindliche Element ein Widerstandsdraht (18) ist.
    14. Sensoranordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstandsdraht (18) ringförmig um den Brennraum der Brennkraftmaschine angeordnet ist.
    15· Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstandsdraht (18) in einer Zylinderkopfdichtung (10) der Brennkraftmaschine angeordnet ist.
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    16. Sensoranordnung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstandsdraht (18) in oder an einer Metallfassung (15) der Zylinderkopfdichtung (lo) angeordnet ist.
    17· Sensoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlüsse (131, 132; 14, 142; l6l, 162.; 171, 172; l8l, 182) wellenförmig verlegt sind.
    18. Sensoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das temperaturempfindliche Element eine ihr Volumen bei Temperaturvariation stark änderende Flüssigkeit (21) ist.
    19· Sensoranordnung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß ringförmig um den Brennraum der Brennkraftmaschine eine Kapillare (20) angeordnet ist, die die Flüssigkeit (21) enthält.
    20. Sensoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronischen Schaltmittel eine Ausblendstufe aufweisen, die ein Motordrehzahlsignal empfängt und die vom Maschinenzyklus verursachten starken periodischen TemperaturSchwankungen ausblendet.
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