DE3429217A1 - Vorrichtung zum uebertragen von koerperschall einer brennkraftmaschine - Google Patents
Vorrichtung zum uebertragen von koerperschall einer brennkraftmaschineInfo
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- G01L23/22—Devices or apparatus for measuring or indicating or recording rapid changes, such as oscillations, in the pressure of steam, gas, or liquid; Indicators for determining work or energy of steam, internal-combustion, or other fluid-pressure engines from the condition of the working fluid for detecting or indicating knocks in internal-combustion engines; Units comprising pressure-sensitive members combined with ignitors for firing internal-combustion engines
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Description
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Vorrichtung zum Übertragen von Körperschall einer Brennkraftmaschine
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Übertragen von Körperschall, der durch Geräusche in einer Brennkraftmaschine
verursacht wird und durch einen außen an der Brennkraftmaschine angebrachten Sensor erfaßt.wird.
Eine solche Vorrichtung benötigt bei mehrzylindrigen Brennkraftmaschinen
für jeden Zylinder einen Sensor. Ist bei mehrzylindrigen Brennkraftmaschinen ein Sensor an der körperschalleitenden,
äußeren Wand befestigt, so ist es nur schwer möglich, eine Klopferscheinung in einem weit vom Sensor entfernt
liegenden Zylinder sicher zu erkennen. Eine gleichmäßig gute Erkennung für alle Zylinder ist nicht möglich, da
durch die unregelmäßige Struktur der Brennraumwand eine starke Verzerrung der Körperschallschwingungen auftritt.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, bei Verwendung eines einzigen Sensors, eine Vorrichtung zu schaffen, mit der eine für alle
Zylinder gleichmäßig gute, sichere Erkennung möglich ist, so daß aus dem Sensorsignal für alle Zylinder Rückschlüsse auf
Fehlfunktionen, z. B. durch Klopfen oder Ventilschäden, gezogen werden können.
Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1. Wenn an der Außenwand der Brennkraftmaschine
am Zylinderblock oder Zylinderkopf für jeden Zylinder ein KörperSchallübertragungsglied angebracht ist, und diese Übertragungsglieder
durch eine Brücke miteinander verbunden sind, auf der ein Sensor angebracht ist, wird die Körperschallübertragung
auf den Sensor unabhängig von der Struktur der Brennkraftmaschinenwand. Der vom Sensor erfaßte Körperschall liefert
ein signifikantes Bild des in die Brennkraftmaschinenwand von innen eindringenden Geräusches, beispielsweise eines
Geräusches, das bei klopfender Verbrennung in einem der Zylinder auftritt.
Zweckmäßigerweise werden für die Gestaltung der Körperschallübertragungsglieder
und der Brücke einfache geometrische Formen gewählt, deren Schwingungsübertragungsverhalten errechnet
werden kann. Bevorzugt werden als Körperschallübertragungsglieder Zapfen verwendet, die entweder an de^r Außenwand der
Brennkraftmaschine fest angebracht und über Rippen mit den Zylindern verbunden sind oder die in Zylinderwände eingeschraubt
sind und die Außenwand mit einer elastischen Abdichtung durchdringen. In beiden Fällen liegt auf den Stirnflächen
der Zapfen eine gerade Leiste rechteckigen oder runden Querschnitts auf,., die im Bereich zwischen den Auflagestellen
freie Biegeschwingungen ausführen kann. Mittig zur Leiste an einer freischwingenden Stelle großer Schwingungsamplituden
ist der Sensor befestigt, der in bekannter Weise so ausgebildet ist, daß er auf Beschleunigungen an der Anbaustelle der Leiste
reagiert. Bei Brennkraftmaschine mit ungerader Zylinderzahl ist vorgesehen, parallel zur Leiste auf Distanzstücken eine
zweite Leiste anzuordnen, auf der der Sensor befestigt ist.
Weiterhin kann auch für Brennkraftmaschinen mit geraden oder
ungeraden Zylinderzahlen eine parallel zur Verbindungslinie der Körperschallübertragungsglieder über Distanzstücke befestigte
Leiste vorgesehen sein, auf der der Sensor angebracht ist.
Die Wirksamkeit der Körperschallübertragung läßt sich noch verbessern, indem die Übertragungsvorrichtung durch geeignete
Werkstoffauswahl in Festlegung ihrer Abmessungen abgestimmt wird, daß ihre Eigenfrequenz an der Einbaustelle des Sensors
bei punktueller Anregung durch die Körperschallübertragungsglieder etwa gleich ist wie die Frequenz des zu übertragenden
Körperschalls, wobei durch Resonanz eine maximale Schwingungs-
amplitude auftritt. Anstelle der Resonanzabstimmung kann auch eine unterkritische Anregung treten, bei der die Eigenfrequenz
der Übertragungsvorrichtung höher liegt als die für die Geräuscherkennung wesentliche KörperschalIfrequenz.
Einige Ausführungsformen der Erfindung und konstruktive Details dazu sind in der Zeichnung dargestellt und werden
nachfolgend erläutert.
Es zeigt
Fig. 1 wassergekühlte Brennkraftmaschine.^· mit Körperschall-Übertragungsvorrichtung,
Fig. 2 Draufsicht auf eine erste Ausführungsform der Übertragungsvorrichtung
nach Fig. 1,,
Fig. 3 Draufsicht auf eine zweite Ausführungsform der Übertragungsvorrichtung
nach Fig. 1,
Fig. 4 Draufsicht auf eine dritte Ausführungsform der Übertragungsvorrichtung
nach Fig. 1,
Fig. 5 Einzelheit A,
Fig. 6 Einzelheit B, Alternativausführung zu A,
Fig. 7 luftgekühlte Brennkraftmaschine mit Körperschallübertragungsvorrichtung,
Fig. 8 Einzelheit C, Vormontage des Sensors, Fig. 9 Einzelheit D, wie C, jedoch nach Fertigmontage,
Fig. 10 Einzelheit E,
Fig. 11 Draufsicht auf eine erste Ausführungsform der
Übertragungsvorrichtung nach Fig. 7,
Fig. 12 Draufsicht auf eine zweite Ausführungsform der Übertragungsvorrichtung nach Fig. 7,
Fig. 13 Draufsicht auf eine dritte Ausführungsform der
Übertragungsvorrichtung nach Fig. 7,
Fig. 14 Einzelheit F.
Die vier Zylinder 1 einer wassergekühlten Brennkraftmaschine
sind mit der Außenwand 2 durch Rippen 3 verbunden, in deren Verlängerung außen an der Außenwand 2 vier Zapfen 4 ange-
Y 77
gössen sind, auf deren im Durchmesser verkleinerten Absätzen
41 eine gerade, im Querschnitt rechteckige Leiste 5 aufgesteckt
und festgeschraubt ist. Mittig zur Längserstreckung der Leiste 5 ist ein Sensor 6 befestigt, der zur Klopferkennung
dient.
In einer ersten Ausführungsform nach Fig. 2 ist der Sensor 6 unmittelbar auf der Leiste 5 mittig zu ihrer Längen- und
Breitenersteckung befestigt. In einer zweiten Ausführungsform gemäß Fig. 3 ist parallel zur Leiste 5 einevzweite Leiste 7
verlegt, die über drei Stege 8 mit der ersten Leiste 5 verbunden ist. Der Sensor 6 ist an der zweiten Leiste 7 im Bereich
des mittigen Steges befestigt. Nach Fig. 3 sind an der Leiste 5 vier Stege 9 angebracht, deren Bohrungen 10 die Ansätze
41 der Zapfen 4 durchgreifen. Mittig zwischen den mittleren
Stegen 9 ist der Sensor 6 befestigt.
Anstelle der in Fig. 5 größer dargestellten, angegossenen Zapfen 4 können auch Zapfen 11 treten, die in die Wände der
Zylinder 1 von außen eingeschraubt sind. Um die Zapfen abgedichtet und zugleich körperschallentkoppelt durch die Außenwand
2 durchführen zu können, sind in die Außenwand Gewindebuchsen 12 geschraubt, auf denen Muttern 13 festgeschraubt
sind. In die Muttern 13 sind O-Ringe 14 eingelegt, die die
Zapfen 11 umgreifen.
Bei einer luftgekühlten Brennkraftmaschine, wie sie in Fig. 7
schematisch dargestellt ist, sind die drei Zylinder 15 freistehend angeordnet. Außen an den Zylinderwänden 16 sind
Zapfen 17 angegossen oder angeschweißt. Auf den Zapfen 17
liegt die Leiste 5 auf und ist so befestigt, daß eine unterschiedliche thermische Ausdehnung der Brennkraftmaschine und
der Leiste ausgeglichen werden kann. Um das zu erreichen, ist die Leiste 5 lediglich auf den mittleren Zapfen 17 festgeschraubt.
Zur Verbindung mit den beiden äußeren Zapfen
Y 77
weisen diese kugelige Ausdrehungen 18 auf, in die Zwischenstücke
19 mit verbreiterter Berührungsfläche eingreifen, auf
denen die Leiste 5 aufliegt und kraftschlüssig festgehalten
ist. Um die Anpreßkraft einstellen zu können ■, ist an der Schraubverbindung des mittleren Zapfens 17 ein Spalt a vorgesehen,
der so groß bemessen ist, daß nach dem Festschrauben der Kraftschluß mit den äußeren Zylindern ausreicht, um eine
einwandfreie Körperschallübertragung sicherzustellen. Um ein seitliches Abrutschen der Leiste 5 zu verhindern, sind ihre
Enden zylindrisch ausgeführt und liegen in entsprechenden Ausdrehungen der Zwischenstücke 19.
Anstelle dieser kraftschlüssigen Kugelverbindung kann auch eine Federverbindung gewählt werden, wie sie'in Fig. 13 und
14 dargestellt ist. Hierbei ist an der Leiste 5 ein mittiger Steg 20 fest angebracht, in dessen Bereich der Sensor 6 angeschraubt
ist. Die beiden äußeren Stege 21 weisen rechteckige Aussparungen 22 auf, in denen die Leiste 5 formschlüssig
und verschieblich gehalten ist. Der Kraftschluß wird hier durch eine gebogene Blattfeder 23 hergestellt, die
in eine Nut 24 der Leiste 5 eingelegt ist und diese gegenüber den Stegen 21 verspannt.
Die Variationen der Übertragungsvorrichtung nach Fig. 11 und
Fig. 12 sind ähnlich gestaltet wie die nach Fig. 2 und Fig. 3,
wobei im einen Fall der Sensor 6 unmittelbar auf der Leiste festgeschraubt ist, im anderen Fall nach Fig. 12 der Sensor
auf einer zweiten Leiste 7 befestigt ist, die zur ersten Leiste 5 parallel liegt und über zwei Stege mit ihr verbunden
ist.
Bei Motoren mit zwei Zylinderreihen ist vorgesehen, je eine Brücke pro Zylinderreihe anzubringen und beide Brücken über
eine weitere Brücke miteinander zu verbinden. Auf der Verbindungsbrücke ist der Sensor befestigt.
Claims (6)
- PatentansprücheVorrichtung zum übertragen von Körperschall, der durch Geräusche in einer Mehrzylinder-Brennkraftmaschine verursacht wird,, auf einen außerhalb der Brennkraftmaschine angeordneten Sensor, insbesondere zur Klopferkennung, dadurchgekennzeichnet, daß an der Außenwand (2) der- Brennkraftmaschine für jeden Zylinder (1, 15) ein Körpersehallübertragungsglied (4, 11.) angebracht .ist, und daß die Körperschallübertragungsglieder (4, 11) durch eine Brücke (5) miteinander verbunden sind, auf der der Sensor '(6) befestigt ist.
- 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an der Außenwand (2) der Brennkraftmaschine im Bereich der Zylinder (1, 15) radiale Zapfen (4, 11) angebracht sind, auf denen stirnseitig eine Leiste (5) befestigt ist.
- 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Leiste (5) über Stege (8) eine zweite, parallele Leiste (7) verbunden ist, auf der der Sensor mittig zur Längserstreckung der Zylinderreihe befestigt ist.
- 4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ihre Eigenfrequenz an der Einbaustelle des Sensors (6) größer oder gleich der punktuell an den Körperschallübertragungsgliedern in sie eingeleiteten Körperschall-Schwingfrequenz sein kann.Y 77
- 5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, insbesondere für wassergekühlte Brennkraftmaschinen, dadurch gekennzeichnet, daß mittig zu jedem Zylinder (1) an der Außenwand (2) der Brennkraftmaschine Zapfen (4) angegossen sind, die mit der sie verbindenden Leiste (5) ein einstückiges Gußteil bilden.
- 6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiste (5) an der·" Außenwand (2) der Brennkraftmaschine angegossen ist. «
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