DE3006603C2

DE3006603C2 -

Info

Publication number: DE3006603C2
Application number: DE3006603A
Authority: DE
Inventors: Siegfried Dr.-Ing. 7141 Schwieberdingen De Rohde; Joerg Dipl.-Ing. 7130 Muehlacker De Bonitz; Robert Ing.(Grad.) 7141 Benningen De Entenmann; Rochus 7014 Kornwestheim De Knab; Herbert Dr.-Ing. 7000 Stuttgart De Schramm; Guenther Dr.-Ing. 7140 Ludwigsburg De Schmidt
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1980-02-22
Filing date: 1980-02-22
Publication date: 1987-12-03
Also published as: US4397176A; DE3006603A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Sensoranordnung zur Erfassung des Klopfens einer Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Es ist bekannt, daß bei Brennkraftmaschinen unter bestimmten Arbeits bedingungen das sogenannte Klopfen auftritt. Hierunter versteht man spontane, stoßwellenartige Verbrennungen, die mit starken Druckschwin gungen im Zylinderraum und mit hohen Temperaturen an den brennraumsei tigen Kolben-, Kolbenring- und Zylinderoberflächen einhergehen. Dies bedingt eine schädliche thermische Überlastung der Flächen und der Ma schine, so daß das Klopfen grundsätzlich zu vermeiden ist. Die durch das Klopfen hervorgerufenen Schäden sind vor allem auch Materialabtra gungen an Kolben-, Kolbenring- und Zylinderoberflächen bzw. der Zylin derkopfdichtung. Bei großer Häufung und Intensität führen diese Phäno mene schließlich zur Zerstörung des Motors.

In der Schrift DE-OS 28 01 969 ist eine Sensoranordnung beschrieben, die auf der Erfassung der mechanischen, beim Klopfen auftretenden ton frequenten Schwingungen beruht. Hierzu werden piezoelektrische Druck indikatoren verwendet, die in einer besonderen Bohrung im Zylinder kopf der Brennkraftmaschine eingeschraubt oder auf einem die Schwin gungen der Brennkraftmaschine übertragenden Teil aufgeschraubt sind. Die mechanische Erfassung der Klopfschwingungen hat jedoch den Nach teil, 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 elek trische Größe umgewandelt werden.

Ferner ist es aus der Druckschrift DE-OS 29 32 386 bekannt, ein tempe raturempfindliches Element in einer Bohrung in der Zylinderwand eines Motorzylinders anzuordnen. Dadurch ist es möglich, die Überhitzung des Motors zu überwachen. Auch bei dieser Anordnung können mechanische Einflüsse die Meßwerte verfälschen. Ferner ist im allgemeinen die Zy linderwand mit dem Kühlmittel des Motors in Berührung, so daß die ge messene Temperatur nicht der wirklichen Temperatur im Motorraum ent spricht. Dieser nichtlinear verlaufende Temperaturunterschied ist bei der Auswertung der Meßwerte noch zusätzlich zu berücksichtigen. Die Auswerteschaltung wird dadurch kompliziert, und Fehlmessungen sind nicht ausgeschlossen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Sensoranordnung zur Erfassung des Klopfens einer Brennkraftmaschine zu schaffen, die sich das Prinzip einer bekannten Sensoranordnung zunutze macht, jedoch mit weitaus geringerem Aufwand die wirkliche Temperatur im Zylinder einer Brennkraftmaschine bestimmt.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß das temperaturempfindliche Element auf einfache Weise relativ genau die im Zylinder herrschende Temperatur bestimmt. Außer der neuen Ausführung der Zylinderkopfdichtung sind keine weiteren konstruktiven Änderungen am Motorzylinder notwendig. Alle Motoren, auch bereits aus gelieferte, können auf einfache Weise nachgerüstet werden. Das Klopfen wird unmittelbar an den gefährdeten Stellen des Motors erfaßt und da mit eine Überhitzung des Motors sicher verhindert. Die Sensor anordnung ist frei von mechanischen Einflüssen und liefert unmittelbar ein elektrisches Signal, das ein Maß für das Vorliegen von Klopfen ist.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich in Verbindung mit den Unteransprüchen, aus der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele und aus den Zeichnungen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestell ten Ausführungsbeispiele erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Zylinderkopfdichtung mit temperaturempfindlichen Elementen,

Fig. 2 und 3 An bringungsarten von Thermoelementen in der Zylinderkopfdichtung,

Fig. 4 eine Zylinderkopfdichtung mit einem Widerstandsdraht,

Fig. 5 bis 7 Anbringungsarten des Widerstandsdrahts,

Fig. 8 eine Zylinderkopfdich tung mit einer Kapillare,

Fig. 9 eine Anbringungsart einer Kapillare in einer Zylinderkopfdichtung.

In Fig. 1 ist eine Zylinderkopfdichtung 10 dargestellt, die eine Öffnung 11 für den Brennraum der Brennkraft maschine aufweist. Die brennraumseitige Wandung der Zylinderkopfdichtung 10 ist mit 12 bezeichnet. In der Zylinderkopfdichtung 10 sind zwei temperaturempfind liche Elemente 131, 14 mit Zuleitungen 131, 132; 141, 142 angeordnet. Dabei ist das temperaturempfindliche Element 13 unmittelbar an der brennraumseitigen Wan dung 12 und das temperaturempfindliche Element 14 in der Nähe der brennraumseitigen Wandung 12 angeordnet. Ob das temperaturempfindliche Element erfindungsgemäß an oder nahe der brennraumseitigen Wandung 12 angeord net ist, hängt vom Wärmeübergangsverhalten der Zylinder kopfdichtung 10 sowie vom zu erwartenden Verschleiß an der brennraumseitigen Wandung 12 ab. Mit einer Anord 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; 141, 142 sind erfindungsgemäß gewellt angebracht, um eine mechanische Belastung der Zuleitungen bei thermischer Ausdehnung der Zylinderkopfdichtung 10 ge ring zu halten. Die Zuleitungen 131, 132; 141, 142 sind an in der Zeichnung nicht dargestellte elektronische Schalt mittel angeschlossen, die die angezeigten Temperaturwerte überwachen und insbesondere ein Überschreiten einer vorge gebenen Temperatur anzeigen.

In vorteilhafter Weise werden erfindungsgemäß als tempera turempfindliche Elemente Thermoelemente verwendet. Fig. 2 zeigt eine Zylinderkopfdichtung 10, die eine Metallfassung 15 aufweist, an deren Innenseite ein Thermoelement 16 an gebracht, 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, 17 sind wiederum gewellt durch die Zylinderkopfdichtung 10 geführt. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das als temperaturempfindliches Element verwendete Ther moelement in der Weise ausgebildet, daß die Metallfassung 15 einen Schenkel des Thermoelements bildet. Der andere Schenkel des Thermoelementes kann dann von der Metallarmie rung der Zylinderkopfdichtung 10 gebildet werden. Schließ lich können statt eines Thermoelementes 16, 17 selbst verständlich 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.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist in Fig. 4 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 Punktmes sungen 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 ent sprechend 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 Metall fassung 15 selbst anzuordnen, wobei eine Isolierung 19 zwischen dem Widerstandsdraht 18 und der Metallfassung 15 anzubringen ist. Welche der dargestellten Anbrin gungsarten verwendet wird, hängt von dem thermischen Über gangsverhalten der verwendeten Werkstoffe und dem mög lichen 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 An bringungsart für die Kapillare 20 ist in Fig. 9 darge stellt. Danach wird die Kapillare innerhalb der Metall fassung 15 der Zylinderkopfdichtung 10, ähnlich wie in Fig. 5 für den Widerstandsdraht 18 dargestellt, angeord net.

Aufgrund des Motorzyklus kann die zu messende Temperatur der brennraumseitigen Wandung 12 starken periodischen Schwankungen unterliegen. Um diese Schwankungen auszu gleichen ist erfindungsgemäß in den elektronischen Schalt mitteln, an die die temperaturempfindlichen Elemente ange schlossen sind, eine Ausblendstufe vorgesehen, die ihrer seits mit einem Motordrehzahl-Geber verbunden ist. Auf diese Weise ist es möglich, die periodischen Schwankungen im Takte des Motorzyklus auszublenden.

Claims

1. Sensoranordnung zur Erfassung des Klopfens einer Brennkraftmaschine mit wenigstens einem temperaturempfindlichen Element (13, 14) für wenigstens einen Zylinder der Brennkraftmaschine, das über Anschlüsse (131, 132; 141, 142) mit nachgeordneten elektronischen Schaltmitteln verbunden ist, die ein Überschreiten einer vorgegebenen Temperatur an zeigen, dadurch gekennzeichnet, daß das temperaturempfindliche Element (13, 14) in einer Zylinderkopfdichtung (10) der Brennkraftmaschine an geordnet ist.

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 oder an einer Metallfassung (15) der Zylin derkopfdichtung (10) angeordnet ist.

4. Sensoranordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Thermoelement (16, 17) mit der Metallfassung (15) verschweißt ist.

5. Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekenn zeichnet, daß das Thermoelement (17) in die Metallfassung (15) bündig mit der brennraumseitigen Wandung (12) eingebracht wird.

6. Sensoranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster Schenkel des Thermoelementes von der Metallfassung (15) der Zy linderkopfdichtung (10) gebildet wird.

7. Sensoranordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Schenkel des Thermoelementes durch die Metallarmierung der Zy linderkopfdichtung (10) gebildet wird.

8. Sensoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das temperaturempfindliche Element (13, 14) ein NTC- oder PTC-Widerstand ist.

9. Sensoranordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der NTC- oder PTC-Widerstand in oder an einer Metallfassung (15) der Zy linderkopfdichtung angeordnet ist.

10. Sensoranordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der NTC- oder PTC-Widerstand in die Metallfassung (15) bündig mt der brennraumseitigen Wandung (12) eingebracht wird.

11. Sensoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das temperaturempfindliche Element ein Widerstandsdraht (18) ist.

12. Sensoranordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstandsdraht (18) ringförmig um den Brennraum der Brennkraftma schine angeordnet ist.

13. Sensoranordnung nach Anspruch 11 und/oder 12, dadurch gekennzeich net, daß der Widerstandsdraht (18) in oder an einer Metallfassung (15) der Zylinderkopfdichtung (10) angeordnet ist.

14. Sensoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlüsse (131, 132; 141, 142; 161, 162; 171, 172; 181, 182) wellenförmig verlegt sind.

15. Sensoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das temperaturempfindliche Element eine ihr Volumen bei Temperaturvaria tion stark ändernde Flüssigkeit (21) ist.

16. Sensoranordnung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß ringförmig um den Brennraum der Brennkraftmaschine eine Kapillare (20) angeordnet ist, die die Flüssigkeit (21) enthält.

17. Sensoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronischen Schaltmittel eine Ausblendstufe aufweisen, die ein Motordrehzahlsignal empfängt und die vom Maschinen zyklus verursachten starken periodischen Temperaturschwankungen aus blendet.