DE3027254A1

DE3027254A1 - Sensor

Info

Publication number: DE3027254A1
Application number: DE19803027254
Authority: DE
Inventors: Jörg Dipl.-Ing. 7130 Mühlacker Bonitz; Robert 7141 Benningen Entenmann; Rochus 7014 Kornwestheim Knab; Siegfried Dr.-Ing. 7141 Schwieberdingen Rohde; Herbert Dr.-Ing. 7000 Stuttgart Schramm
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1980-07-18
Filing date: 1980-07-18
Publication date: 1982-03-04
Also published as: DE3027254C2; JPS644609B2; JPS5733329A

Description

Sensor
Stand der Technik Die Erfindung geht aus von einem Sensor nach der Gattung des Hauptanspruches.
Es ist bekannt, daß bei Otto-Motoren unter bestimmten Arbeitsbedingungen ein sogenanntes Klopfen auftritt. Hierunter versteht man tonfrequente Schwingungen des komprimierten Kraftstoff-Luft-Gemisc#es, die durch eine Stoßwelle ausgelöst werden. Während dieser Schwingungen ist der Wärmeübergang an Kolben- und Zylinderwänden der Brennkraftmaschine stark erhöht. Dies hat eine schädliche thermische Überlastung dieser Flächen zur Folge, so daß man bestrebt ist, das Klopfen grundsätzlich zu vermeiden.
Andererseits will man jedoch den bestehenden Arbeitsbereich des Antriebsmotors möglichst weitgehend ausnutzen, so daß Interesse an einem Sensor besteht, der das Klopfen fr#ühzeitig und sicher anzeigt.
Es sind bereits verschiedene Sensoren für diesen Anwendungszweck bekannt, die piezoelektrische Druckindikatoren aufweisen. Die piezoelektrischen Elemente sind dabei vorzugsweise scheibenförmig ausgebildet und an beiden Seiten kontaktiert, wobei die Anordnung des Elementes derart gewählt ist, daß vom Klopfen verursachte Schwingungen der Brennkraftmaschine auf das piezoelektrische Element übertragen werden.
Ein dem Klopfen entsprechendes Signal kann dann zwischen den Kontaktierungen des piezoelektrischen Elementes abgenommen werden.
Aus der US-PS 4 109 518 ist beispielsweise ein derartiger Sensor bekannt, der als Unterlegscheibe für eine Schraube ausgebildet ist, wobei die piezoelektrische Scheibe eine ringförmige Gestalt aufweist.
Nachteil dieser bekannten Sensoren ist, daß das piezoelektrische Element nach längerem Betrieb verhältnismäßig plötzlich depolarisiert wird. Der Grund hierfür liegt darin, daß scheibenförmige piezoelektrische Elemente unter anderem kapazitive Eigenschaften haben, wobei der Kondensator des Ersatzschaltbildes des piezoelektrischen Elementes bei längerem Betrieb langsam bis in den kV-Bereich hinein aufgeladen wird und sich schließlich plötzlich elektrisch depolarisiert.
Vorteile der Erfindung Der erfindungsgemäße Sensor mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruches hat demgegenüber den Vorteil, daß eine plötzliche Depolarisierung des piezoelektrischen Elementes vermieden wird und damit gleichmäßige Meßeigenschaften auch über länger Betriebszeiten gewährleistet sind.
Außerdem werden Meßwertverfälschungen, die durch starke kapazitive Aufladung des piezoelektrischen Elementes auftreten können, vermieden.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen des im Hauptanspruch angegebenen Sensors möglich.
So wird eine fertigungstechnisch besonders einfache erfindungsgemäße Wirkung dadurch erzielt, daß zum Ableiten der kapazitiven Aufladung ein Widerstandspapier verwendet wird, das um die piezoelektrische Scheibe herumgelegt wird. Die gleiche Wirkung ist in weiterer Ausgestaltung der Erfindung dadurch erzielbar, daß die bei den üblichen piezoelektrischen Klopfsensoren ohnehin verwendete Vergußmasse mit einer leitenden Füllung versehen wird, wodurch zusätzlich der Vorteil erzielt wird, daß fertigungstechnisch keine Änderungen gegenüber der Herstellung bekannter vergossener Klopfsensoren erforderlich sind.
Zeichnung Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer ersten Ausführungsform eines erfindunsgemäßen Sensors mit kreisförmigem piezoelektrischen Element; Fig. 2 eine Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Sensors.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele Bei dem in Figur 1 dargestellten Sensor ist mit 10 ein ringscheibenförmiges piezoelektrisches Element bezeichnet, das an seinen beiden Grenzflächen mit Kontaktierungen 11, 12 versehen ist. Die Kontaktierungen 11, 12 sind über den Umfang des piezoelektrischen Elementes hinausgeführt und mit Anschlußklemmen 13, 14 verbunden, an denen das zu messende Klopfsignal abnehmbar ist. Auf die Kontaktierungen 11, 12 sind Isolierungen 15, 16 aufgebracht. Erfindungsgemäß ist nun zwischen den Kontaktierungen 11, 12 ein Ableitwiderstand 17 geschaltet. Dieser Ableitwiderstand 17 bewirkt, das eine langsame Aufladung des durch das piezoelektrische Element 1 gebildeten Kondensators nicht auftreten kann. Andererseits ist der Ableitwiderstand 17 natürlich so dimensioniert, daß an den Klemmen 13, 14 ein ausreichendes Meßsignal abnehmbar ist. In dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Sensor als Unterlegscheibe für eine Schraube ausgebildet. Es versteht sich jedoch von selbst, daß die in Figur 1 dargestellte prinzipielle Anordnung auch bei anderen geometrischen Ausbildungen des piezoelektrischen Elementes 10 verwendbar ist, beispielsweise bei an einem Ende eingespannten rechteckförmigen Biegeschwingern oder bei an ihrem Umfang eingespannten kreisförmigen Schwingelementen.
Eine weitere Ausführungsmöglichkeit für den Ableitwiderstand ist in Figur 2 dargesetllt. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird ein Widerstandspapier 18 verwendet, das auf den Kontaktierungen 11, 12 aufliegt und um das piezoelektrische Element 10 herumgeführt ist. In diesem Falle stellt sich der elektrische Ausgleich über das Widerstandspapier 18 her.
Es ist bekannt, piezoelektrische Klopfsensoren in geschichteter Bauweise, wie sie in den Figuren 1 und 2 dargestellt ist, so herzustellen, daß auf die begrenzenden Isolierungen 15, 16 seismische Massen aufgebracht werden und die Gesamtanordnung nach Anschluß der Kontaktierungen 11 12 mi; einer ergußmasse umspritzt wird. In einer weiteren bezorzugten Ausführungsform der Erfindung ist daher vorgeseher, den erwünscht ten Ableitwiderstand dadurch herzustellen9 daß dieser ergußmasse eine leitende Füllung beigemischt Tird Dadurch erhält die ansonsten isolierende Verguftraa## endliche Leitfähigkeit und trägt zur Ableitung der Spannung bei, die sich in der oben beschriebenen Weise am piezoelektrischen Element 10 ausbilden kann.
Die oben im einzelnen beschriebenen Ausführungsbeispiele weisen zwei getrennte Kontaktierungen 11, 12 und eine zweipolige Herausführung des Meßsignales auf. Es versteht sich jedoch von selbst, daß der erfindungsgemäße Ableitwiderstand in einer der geschilderten Weisen auch bei solchen Sensoren verwendet werden kann, bei denen das piezoelektrische Element 10 nur auf einer Seite kontaktiert ist und auf der anderen Seite mit Masse in Verbindung steht.

Claims

Ansprüche 1. Sensor zur Erfassung der beim Klopfen einer Brennkraftmaschine auftretenden Schwingungen mit einem an zwei Seiten kontaktierten, vorzugsweise scheibenförmig ausgbildeten piezoelektrischen Element, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die Kontaktieru;lgen (11, 12) ein Ableitwiderstand (17) geschaltet ist.
2. Sensor-nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand als Widerstandspapier (18) ausgeführt ist, das auf den Kontaktierungen (11, 12) aufliegt und um das piezoelektrische Element (10) herumgeführt ist.
3. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das piezoelektrische Element (10) mit einer Vergußmasse umspritzt ist, der eine leitende Füllung beigemischt ist.