DE4104179A1 - Sensor zur messung hochfrequenter koerperschallwellen in verbrennungsmotoren, insbesondere otto-motoren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Sensor zur Messung hochfrequenter Körperschallwellen (Klopfsignale) in Verbrennungsmotoren, insbe­ sondere Otto-Motoren, wobei dieser Sensor im wesentlichen aus einem in einem Gehäuse eingebrachten piezoelektrischen Dicken­ schwinger mit Kabelanschluß sowie einer Bohrung im Gehäuse zur Einführung einer Befestigungsschraube besteht.

Bekannt ist gemäß DE-OS 30 04 232 ein piezoelektrischer Sensor, welcher auf Frequenzen oberhalb 50 kHz abgestimmt ist, um ein möglichst günstiges Signal/Rausch-Verhältnis zu erreichen. Durch diese Sensorkonstruktion (piezokeramische Ringe) ist jedoch der Frequenzbereich eingeschränkt. Diese Sensorkonstruktion zeichnet sich in negativer Hinsicht insbesondere dadurch aus, daß sie groß­ flächig an den Motor ankoppelt, wobei es durch diese Großflächig­ keit bei bestimmten Wellenmoden zur Signalauslöschung im Sensor kommen kann, weil ihn positive und negative Halbwellen gleichzei­ tig erreichen.

Des weiteren ist gemäß DE-OS 36 20 733 ein Klopfsensor bekannt, welcher den magnetostriktiven Effekt ausnutzt. Die sehr klein­ flächige Einleitung des Schalls in einem dünnen Nickeldraht er­ möglicht den Nachweis auch sehr hoher Klopffrequenzen. Seine konstruktive Auslegung, die aus physikalischen Erfordernis­ sen resultiert, begrenzt jedoch seinen Einsatz am Verbrennungsmo­ tor wesentlich, d. h., genannter Sensor setzt einen besonderen konstruktiven Eingriff am Verbrennungsmotor voraus.

Aufgabe der Erfindung ist es, hochfrequente Körperschallsignale im Ultraschallbereich und damit im Bereich geringer Untergrund­ störgeräusche, d. h., nur Oberflächen- und keine Biegewellen zu messen.

Es soll dieser unerwünschte Klopfzustand von Verbrennungsmotoren, insbesondere Otto-Motoren nachgewiesen werden. Dabei ist nicht auf die Messung der durch Rest-Selbstzündung im Brennraum verursachten und auf die Zylinderwand übertragenen Gasdruckschwingungen mit durch Gasparameter und die aktuelle Brennraumgeometrie bestimmten relativ niederfrequenten Eigenresonanzen (< 50 kHz) gezielt. Vielmehr sollen hochfrequente Körperschallsignale, wie bereits genannt, nachgewiesen werden, die ihre Ursache in einer nicht­ sinusförmigen Stoßwelle und deren Ausbreitung im Brennraum und somit in das Motorengehäuse haben.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß sich das Sensorgehäuse auf drei kurzen Beinen kleinflächigen Querschnit­ tes abstützt, die außerhalb der Gehäuseachse, welche als Zentral­ bohrung zur Aufnahme der Befestigungsschraube ausgebildet ist, aus dem Gehäuseboden ragen, wobei mindestens ein Bein zur Auf­ nahme des Sensors und somit zur Schalleinleitung in den Sensor dient, daß diese Schalleinleitungsstelle vorwiegend punktförmig, vorzugsweise 2-4 mm, max. 7 mm im Durchmesser je nach Werk­ stoff-Zusammensetzung des Motorgehäuses und der sich daraus er­ gebenden Oberflächenwellenlängen mißt, ausgebildet ist. Dabei sind an einem Bein ein oder mehrere piezoelektrische Elemente befestigt.

Zur Bedämpfung von Resonanzschwingungen des sensitiven Elementes ist ein Dämpfungskörper angebracht.

Darüber hinaus kann das Sensorgehäuse als Sechskantschraube mit integriertem Kabel ausgeführt sein.

Die Ladung wird am sensitiven Element symmetrisch abgegriffen.

Durch Integration eines Widerstandes ist dem Sensor ein Hochpaß- Verhalten aufgeprägt. Mittels diesem Widerstand ist die Möglich­ keit gegeben den energieintensiven unteren Frequenzbereich weg­ zufiltern.

Die Erfindung soll an Hand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden.

Es zeigt

Fig. 1 Eine bodenseitige Ansicht des den Sensor umgebenden Gehäuses,

Fig. 2 Seitenansicht gemäß Fig. 1 mit einem Teilausschnitt.

Aus Fig. 1 ist ersichtlich die Bodenseite des Sensorgehäuses 1, die dazugehörigen drei Stützbeine bzw. -füße 4; 5, der Kabel­ anschluß 2 sowie die Gehäuseachse, die zur Zentralbohrung 3 zur Aufnahme einer Maschinenschraube aufgebohrt ist. Mit Hilfe dieser Maschinenschraube ist das Sensorgehäuse 1 und somit das sensi­ tive Element am Gehäuse des Verbrennungsmotors zu befestigen.

Fig. 2 zeigt vorrangig den Teilausschnitt des Gehäuses 1. Da­ raus ist ersichtlich der Stützfuß 5 mit dem integriert das im Gehäuse 1 eingebettete als piezoelektrisch ausgelegte sensitive Element 6, welches mit dem Stützfuß 5 fest verbunden ist, wobei dieser gleichzeitig der Schalleinleitung dient. Dieses piezo­ elektrische Element 6 gibt über Ladungsfahnen 7 eine Ladung ab. Des weiteren ist dieses Element 6 im Gehäuse 1 von einem Dämp­ fungskörper 8 umgeben. Dieser als Schalleinleitungsstelle die­ nende Stützfuß 5 ist vorwiegend punktförmig bemessen, wobei die Größe der punktförmigen Fläche abhängig ist von der Oberflächen­ wellenlänge des jeweiligen Motorgehäuse-Werkstoffes, z. B. Alu, GG u. a. Dabei ergibt sich bei einer Wellenlänge ein Durch­ messer vorzugsweise von 2-4 mm, jedoch nur max. 7 mm. Damit sind hochfrequente Klopfsignale von bis 100 kHz und darüber max. 750 kHz erkenn- und meßbar.

Bezugszeichenaufstellung

1 Sensorgehäuse
2 Kabelanschluß
3 Zentralbohrung
4 Stützfüße
5 Stützfüße
6 sensitives Element
7 Kontaktfahne
8 Dämpfungskörper
9 Gehäuseboden

Claims (5)

1. Sensor zur Messung hochfrequenter Körperschallwellen (Klopf­ signale) in Verbrennungsmotoren, insbesondere Otto-Motoren, wobei dieser Sensor im wesentlichen aus einem in einem Gehäu­ se eingebrachten piezoelektrischen Dickenschwinger mit Kabel­ anschluß sowie einer Bohrung im Gehäuse zur Einführung einer Befestigungsschraube besteht, gekennzeichnet dadurch, daß sich das Sensorgehäuse (1) auf drei kurzen, aus dem Gehäuseboden (9) ragenden Füßen (4; 5) kleinflächigen Querschnittes außerhalb der zur Aufnahme einer Befestigungsschraube als Zentralbohrung (3) ausgebildeten Gehäuseachse abstützt, wobei nur ein Bein (5) zur Körperschalleinleitung und Weitergabe zum sensitiven Element (6) dient, daß diese Schalleinleitungsstelle (5) vor­ wiegend punktförmig, je nach Werkstoff-Zusammensetzung des Mo­ torengehäuses und der sich daraus ergebenden Oberflächenwellen­ längen, vorzugsweise 2-4 mm, max. 7 mm im Durchmesser mißt, ausgebildet ist.

2. Sensor zur Messung hochfrequenter Körperschallwellen (Klopf­ signale) in Verbrennungsmotoren, insbesondere Otto-Motoren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß das sensitive Ele­ ment (6) zur Bedämpfung von Resonanzschwingungen in einem Dämpfungskörper (8) angeordnet ist.

3. Sensor zur Messung hochfrequenter Körperschallwellen (Klopf­ signale) in Verbrennungsmotoren, insbesondere Otto-Motoren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß an einem Bein (5) ein oder mehrere piezoelektrische Elemente (6) angeordnet sind.

4. Sensor zur Messung hochfrequenter Körperschallwellen (Klopf­ signale) in Verbrennungsmotoren, insbesondere Otto-Motoren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Sensor von einem zweiten nicht dargestellten Gehäuse umgeben ist, das als Sechskantschraube mit integriertem Kabel ausgebildet ist.

5. Sensor zur Messung hochfrequenter Körperschallwellen (Klopf­ signale) in Verbrennungsmotoren, insbesondere Otto-Motoren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß mittels eines Widerstandes der energieintensive untere Frequenzbereich weg­ zufiltern ist.