DE4104179C2

DE4104179C2 -

Info

Publication number: DE4104179C2
Application number: DE19914104179
Authority: DE
Inventors: Klaus-Jochen Dipl.-Ing. O-8051 Dresden De Froehlich; Klaus Dr.-Ing. O-9200 Freiberg De Matthees; Rolf Dipl.-Ing. O-9154 Niederdorf De Placzek; Eckhard Dr.-Ing. O-8020 Dresden De Pridoehl; Hans O-9048 Chemnitz De Schoene
Original assignee: Iav Motor Ingenieurgesellschaft fur Aggregatetechnik und Verkehrsfahrzeuge O-9048 Chemnitz De GmbH
Current assignee: Iav Motor Ingenieurgesellschaft fur Aggregatetechnik und Verkehrsfahrzeuge O-9048 Chemnitz De GmbH
Priority date: 1991-02-12
Filing date: 1991-02-12
Publication date: 1992-11-12
Also published as: DE4104179A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Sensor zur Messung hochfrequenter Körperschallwellen in Verbrennungsmotoren, insbesondere Otto- Motoren, mit einem in einem Gehäuse eingebrachten, als piezo elektrischer Dickenschwinger ausgelegten sensitiven Element mit Kabelanschluß sowie mit einer Zentralbohrung im Gehäuse zur Einführung einer Befestigungsschraube.

Ein Sensor der eingangs beschriebenen Gattung ist durch die DE 38 33 364 A1 bekannt, wobei dessen gesamte Gehäusefläche vermittels einer die Zentralbohrung durchdringenden Befesti gungsschraube gegen eine Fläche am Motor verspannt wird. Er weist den Nachteil großflächiger Kopplung am Motor auf, wodurch es zu Signallö schungen im Sensor kommen kann, wenn ihn positive und negative Halbwellen gleichzeitig erreichen.

Vorbekannt ist es weiterhin durch die US-PS 37 43 869, einen vorbeschriebenen Sensor lediglich über eine die Zentralbohrung umschließende Ringfläche mit geringer Auflagefläche am Ver brennungsmotor anzukoppeln.

Gemäß der DE 30 04 232 A1 ist es auch vorbekannt, einen piezo elektrischen Sensor auf Frequenzen oberhalb 50 kHz abzustimmen, um ein günstiges Signal/Rauschverhältnis zu er zielen. Es kommen piezokeramische Ringe zum Einsatz, die je doch den erfaßbaren Frequenzbereich einschränken.

Des weiteren ist gemäß DE 36 20 733 A1 ein Klopfsensor be kannt, welcher den magnetostriktiven Effekt ausnutzt. Die sehr kleinflächige Einleitung des Schalls in einem dünnen Nickel draht ermöglicht den Nachweis auch sehr hoher Klopffrequenzen. Seine konstruktive Auslegung, die aus physikalischen Erforder nissen resultiert, begrenzt jedoch seinen Einsatz am Verbren nungsmotor wesentlich, d. h., genannter Sensor setzt einen besonderen konstruktiven Eingriff am Verbrennungsmotor voraus.

Aufgabe der Erfindung ist es, mit einem Sensor die von Ober flächenwellen gebildeten Körperschallsignale im Ultraschallbe reich, dem Bereich mit geringsten anderen Störgeräuschen, zu messen. Hierzu ist es notwendig, die Erfassung von Biegewellen durch den Sensor zu unterdrücken. Hiermit sollen unerwünschte Klopfzustände bei Verbrennungsmotoren, insbesondere Otto-Motoren, erkannt werden, jedoch nicht die durch Rest-Selbstzündung im Brennraum verursachten und auf die Zylinderwand übertragenen Gasdruckschwingungen mit Frequenzen <50 kHz, die durch Gasparameter und Brennraum geometrie bedingt relativ niederfrequente Eigenresonanzen aufweisen. Vielmehr sollen hochfrequente Körperschallsignale erfaßt werden, die ihre Ursache in nichtsinusförmigen Stoßwellen im Brennraum haben und deren Ausbreitung in das Motorengehäuse erfolgt.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß sich das Gehäuse auf drei kurzen, aus dem Gehäuseboden ragenden Füßen kleinflächigen Querschnittes außerhalb der zur Aufnahme einer Befestigungsschraube als Zentralbohrung ausgebildeten Gehäuse achse abstützt, daß einer der drei Füße zur Körperschallein leitung unmittelbar mit dem sensitiven Element fest verbunden ist, und daß dieser Fuß zur Körperschalleinleitung, je nach Werkstoff-Zusammensetzung des Motorengehäuses und der sich daraus ergebenden Oberflächenwellenlängen, bis zu 7 mm im Durchmesser mißt.

Gefunden wurde weiterhin als vorteilhaft, wenn der Fuß zur Körperschalleinleitung 2-4 mm im Durchmesser mißt. Auch kann das sensitive Element zur Bedämpfung von Resonanzschwingungen in einem Dämpfungskörper angeordnet sein. Das sensitive Ele ment kann zweckmäßig aus mehreren piezoelektrischen Elementen bestehen. Eine vorteilhafte Bauweise entsteht dadurch, daß der Sensor von einem zweiten Gehäuse umgeben ist, das als Sechs kantschraube mit integriertem Kabel ausgebildet ist. Die Ladung wird am sensitiven Element symmetrisch abgegriffen. Durch Integration eines Widerstandes kann dem Sensor ein Hoch paß-Verhalten aufgeprägt werden, um den energieintensiven unteren Frequenzbereich wegzufiltern.

Die Erfindung soll an Hand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden. Es zeigt:

Fig. 1 eine bodenseitige Ansicht des das sensitive Element umschließenden Gehäuses.

Fig. 2 eine Seitenansicht des Gehäuses mit einem Teilaus schnitt.

In Fig. 1 ist ein Gehäuseboden 9 des Gehäuses 1 mit den drei kurzen, herausragenden Füßen 4; 5 sowie dem Kabelanschluß 2 dargestellt. Eine Zentralbohrung 3 durchdringt das Gehäuse 1 etwa zentral zwischen den Füßen 4; 5. Mittels einer Schraube (nicht dargestellt) wird das Gehäuse 1 mit seinem Fuß 4 sowie über den Fuß 5 unter Zwischenschaltung eines sensitiven Elementes 6 gegen das Gehäuse des Verbrennungsmotors gedrückt.

Fig. 2 zeigt das Gehäuse 1 mit dem eingebetteten piezoelektri schen, sensitiven Element 6, auf dem sich der Fuß 5 fest ver bunden mit ihm bei am Verbrennungsmotor angeschraubten Sensor gehäuse abstützt. Das im Gehäuse 1 von einem Dämpfungskörper 8 umgebene sensitive Element 6 gibt über eine Kontaktfahne 7 seine Ladung ab.

Der als Schalleinleitungsstelle dienende Fuß 5 ist in seiner Größe abhängig von der Oberflächenwellenlänge des jeweiligen Werkstoffes des Motorengehäuses, z. B. Aluminium oder Grauguß, bemessen.

Es ergibt sich bei einer Bemessung entsprechend |λ/4 | der Wellenlänge ein Durchmesser vorzugsweise zwischen 2-4 mm, ggf. maximal bis 7 mm. Damit sind hochfrequente Klopfsignale von 100 kHz und darüber bis max. 750 kHz erkenn- und meßbar.

Bezugszeichen-Aufstellung

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

Claims

1. Sensor zur Messung hochfrequenter Körperschallwellen in Ver brennungsmotoren, insbesondere Otto-Motoren, mit einem in einem Gehäuse eingebrachten, als piezoelektrischer Dicken schwinger ausgelegten sensitiven Element mit Kabelanschluß sowie mit einer Zentralbohrung im Gehäuse zur Einführung einer Befestigungsschraube, gekennzeichnet dadurch, daß sich das Gehäuse (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, daß einer der drei Füße (5) zur Körperschalleinleitung unmittelbar mit dem sensitiven Element (6) fest verbunden ist, und daß dieser Fuß (5) zur Körperschalleinleitung, je nach Werkstoff-Zusammensetzung des Motorengehäuses und der sich daraus ergebenden Oberflächen wellenlängen, bis zu 7 mm im Durchmesser mißt.

2. Sensor nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Fuß (5) zur Körperschalleinleitung 2-4 mm im Durchmesser mißt.

3. Sensor nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet dadurch, daß das sensitive Element (6) zur Bedämpfung von Resonanzschwingungen in einem Dämpfungskörper (8) angeordnet ist.

4. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß das sensitive Element (6) aus mehreren piezoelektrischen Elementen besteht.

5. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, daß der Sensor von einem zweiten Gehäuse umgeben ist, das als Sechskantschraube mit integriertem Kabel ausgebildet ist.

6. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch einen Widerstand, der einen unteren Frequenzbereich wegfiltert.