DE4143402C2 - Vibration sensor esp. for IC engine knock detection - Google Patents
Vibration sensor esp. for IC engine knock detectionInfo
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Schwingungssensor zum Messen von Schwingungen beispielsweise eines Verbrennungsmotors, um ein Klopfen zu detektieren, und insbesondere auf ein Gehäuse für einen derartigen Schwingungssensor. The present invention relates to a Vibration sensor for measuring vibrations for example, an internal combustion engine to a Detect knock, and particularly on a Housing for such a vibration sensor.
Aus der DE 39 30 314 A1 ist ein piezoelektrischer Sensor zur Überwachung einer kinetischen Bewegungsgröße bekannt, der insbesondere in Kraftfahrzeug-Aufhängungssystemen zur Schwingungsmessung verwendet wird. Bei dieser Konstruktion wird eine dünne scheibenförmige Metallplatte in einem ringförmigen Sensorlagerteil aus einem elastischen Material in einem Gehäuse gelagert, das aus einem oberen und einem unteren Gehäuseteil besteht, die miteinander abgedichtet sind. Auf jeder Seite der Metallplatte ist ein dünnes scheibenförmiges piezoelektrisches Element befestigt. Außerdem ist an jeder Seite der Metallplatte ein Gewichtsmassenteil angeordnet. Durch das Anbringen von Durchgangsöffnungen in der Metallplatte wird ein Druckausgleich zwischen den beiden etwa gleich großen Kammern geschaffen, die beidseits der schwingbaren Metallplatte mit den piezoelektrischen Elementen mit dem Gehäuse gebildet werden.DE 39 30 314 A1 describes a piezoelectric sensor Monitoring of a kinetic amount of movement known especially in automotive suspension systems for Vibration measurement is used. With this construction a thin disc-shaped metal plate in an annular Sensor bearing part made of an elastic material in a housing stored, which consists of an upper and a lower housing part exists that are sealed together. On each side of the Metal plate is a thin disk-shaped piezoelectric Element attached. Also, on each side is the metal plate a weight mass part arranged. By attaching Through openings in the metal plate is pressure equalization created between the two approximately equal chambers, the on both sides of the swingable metal plate with the piezoelectric elements are formed with the housing.
Auch die DE 30 41 540 C2 beschreibt einen Vibrationssensor, der insbesondere zum Erfassen des Klopfens eines Verbrennungsmotors verwendet wird. Bei dem bekannten Sensor wird in einem Hohlraum eines Gehäuses eine Vielzahl piezoelektrischer Vibrationselemente angeordnet, die jeweils derart im Gehäuse abgestützt werden, daß sie mit einer wählbaren Resonanzfrequenz schwingen können. Die plattenförmigen Vibrationselemente können dabei am Umfang zahnförmig ausgestanzt sein. Die Befestigung der Vibrationselemente im Gehäuse kann durch Festklemmen der Umfangsabschnitte zwischen Malterungshülsen erfolgen.DE 30 41 540 C2 also describes a vibration sensor which in particular for detecting the knock of an internal combustion engine is used. In the known sensor is in a cavity a variety of piezoelectric housings Vibration elements arranged, each in the housing are supported that they with a selectable resonance frequency can swing. The plate-shaped vibration elements can be punched out tooth-like on the circumference. The attachment the vibration elements in the housing can be clamped Circumferential sections are made between painting sleeves.
Ferner ist aus dem JP-Abstract 57-93215 (A) ein Klopfdetektor für Brennkraftmaschinen bekannt, bei dem in einem Gehäuse zwei Kammern durch ein flexibles scheibenförmiges Schwingungselement voneinander abgetrennt werden. Das Schwingungselement ist auf seiner einen Seite mit einem mechanisch-elektrischen Übertragungselement versehen, das bei einer Verformung ein elektrisches Signal erzeugt. Bei dieser bekannten Lösung ist die auf der Seite des Übertragungselements liegende Kammer größer als die zweite Kammer.Furthermore, a knock detector is from JP abstract 57-93215 (A) known for internal combustion engines, in which two in one housing Chambers through a flexible disc-shaped vibration element be separated from each other. The vibration element is on one side with a mechanical-electrical Provided transmission element that a deformation electrical signal generated. In this known solution the chamber on the side of the transmission element larger than the second chamber.
Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, einen Schwingungssensor zu schaffen, der die gewünschte Zuverlässigkeit bei der Schwingungsmessung beibehält, auch wenn eine Schwingungsplatte mit Ausschnitten an ihrem äußeren Randbereich verwendet wird.The invention is based on the problem of a Vibration sensor to create the one you want Maintains reliability in vibration measurement, even if a vibration plate with cutouts on its outer Edge area is used.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß von einem Schwingungssensor mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.According to the invention, this problem is solved by a vibration sensor solved with the features of claim 1.
Vorteilhafte Ausführungen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beispielhaft beschrieben, wobei Bauteile, die in den Zeichnungen mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind, identisch sind oder einander entsprechen. Es zeigen:Advantageous embodiments of the present invention are described below with reference to the the accompanying drawings are described by way of example, where components that in the drawings with the are provided with the same reference numerals, are identical or match each other. Show it:
Fig. 1 eine Teilschnittansicht eines Schwingungssensors gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; Fig. 1 is a partial sectional view of a vibration sensor according to an embodiment of the present invention;
Fig. 2 eine Draufsicht auf eine Schwingungsplatte mit ausgeschnittenen Abschnitten. Fig. 2 is a plan view of a vibration plate with cut sections.
Fig. 1 zeigt einen Schwingungsdetektor gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, der eine Schwingungsplatte 2A mit Ausschnitten 2c verwendet, wie sie in Fig. 2 gezeigt sind. Ein Raum 22, der von dem Gehäuse 1 und der Schwingungsplatte 2A umgeben ist, ist klein, d. h. entspricht ca. 10% des Raumes 11b, der von einer Abdeckung 5 und der Schwingungsplatte 2A umgeben ist. Die Tiefe des Raums 22 ist ungefähr gleich groß wie die Dicke der Schwingungsplatte 2A, d. h. ca. 1 mm. Fig. 1 shows a vibration detector according to an embodiment of the present invention, which uses a vibration plate 2 A with cutouts 2 c, as shown in Fig. 2. A space 22 of the housing 1 and the vibrating plate is surrounded 2 A, is small, that represent about 10% of the space 11b, which by a cover 5 and the vibrating plate 2 A is surrounded. The depth of the space 22 is approximately the same as the thickness of the vibration plate 2 A, ie approximately 1 mm.
Bei dieser Anordnung ist die Expansion der Innenluft, die durch einen thermischen Schock verursacht ist, im wesentlichen gleich der Expansion der in dem Raum 11b alleine enthaltenen Luft und die Expansion von Luft in dem Raum 22 ist vernachlässigbar klein. Folglich ist der Einfluß des Raumes 22 auf die Luftdichtheit des Abschnittes, in dem ein Stahlanschluß 6 eingebettet ist, und auf andere Abschnitte vernachlässigbar.In this arrangement, the expansion of the internal air, which is caused by a thermal shock, substantially equal to the expansion of the air contained in the space 11 b alone, the expansion of air in the space 22 is negligibly small. Consequently, the influence of the space 22 on the airtightness of the section in which a steel connection 6 is embedded and on other sections is negligible.
Im Falle eines Klopfsensors zum Messen von Schwingungen eines Kraftfahrzeugmotors ist die Schwingungsamplitude der Schwingungsplatte 2a in der Größenordnung eines Mikrons, und es ist möglich, die Tiefe des Raums 22 sehr gering zu machen, mit der das Metallgehäuse 1 ausgeschnitten wird. In the case of a knock sensor for measuring vibrations of a motor vehicle engine, the vibration amplitude of the vibration plate 2 a is of the order of a micron, and it is possible to make the depth of the space 22 with which the metal housing 1 is cut out very small.
Weiterhin ist in Fig. 1 gezeigt, daß das Gehäuse 1, das aus Stahl gebildet ist, einen Gewindeabschnitt 1a und eine Grundfläche 1c zur Befestigung an einem nicht gezeigten Verbrennungsmotor aufweist. Das im Gehäuse angeordnete Schwingungsglied hat eine Schwingfläche 2a, an die ein scheibenförmiges piezoelektrisches Element 3 zum Umwandeln der Schwingung in ein elektrisches Signal geklebt ist, wobei das piezoelektrische Element 3 koaxial mit der Schwingfläche 2a ausgerichtet ist. Die Metallplatte des Schwingungsglieds hat einen Umfangsbefestigungsabschnitt 2b. Die Kunststoffabdeckung 5 ist mit einem Zwischenabschnitt, in den der Stahlanschluß 6 eingebettet ist, warmgeformt und weist an der Außenseite einen Befestigungsabschnitt 5a auf. Der Stahlanschluß 6 ist mit einer oberen Elektrode des piezoelektrischen Elements 3 durch einen Leitungsdraht 4 verbunden. Die Schwingungsplatte 2A, eine Tellerfeder 7 und die Abdeckung 5 sind nacheinander in das Grundgehäuse 1 eingesetzt und durch einen eingestemmten Abschnitt 1b befestigt. Durch den eingestemmten Abschnitt 1b des Gehäuses 1 und die Kunststoffabdeckung 5 ist eine Vergußaussparung 12 festgelegt. In die Vergußaussparung 12 wird ein Klebe- oder Vergußmittel gefüllt, um eine luftdichte Verbindung zwischen der Abdeckung 5 und dem Gehäuse 1 sicherzustellen.Furthermore, it is shown in Fig. 1 that the housing 1 , which is formed from steel, has a threaded portion 1 a and a base 1 c for attachment to an internal combustion engine, not shown. The arranged in the housing vibrating member has a vibrating surface 2 a, to which a disk-shaped piezoelectric element 3 is glued for converting the vibration into an electrical signal, wherein the piezoelectric element 3 is aligned coaxially with the vibrating surface 2 a. The metal plate of the vibrating member has a peripheral attachment portion 2 b. The plastic cover 5 is thermoformed with an intermediate section in which the steel connection 6 is embedded and has a fastening section 5 a on the outside. The steel terminal 6 is connected to an upper electrode of the piezoelectric element 3 by a lead wire 4 . The vibration plate 2 A, a plate spring 7 and the cover 5 are inserted one after the other into the basic housing 1 and fastened by a caulked section 1 b. By the caulked portion 1b of the housing 1 and the plastic cover 5 is fixed a Vergußaussparung 12th An adhesive or potting compound is filled into the potting recess 12 in order to ensure an airtight connection between the cover 5 and the housing 1 .
Der Schwingungssensor wird an einem Verbrennungsmotor mit Hilfe des Gewindes 1a des Gehäuses 1 befestigt, wobei die Sitzfläche 1c am Motor anschlägt. Eine Schwingung, die entsprechend einem Betriebszustand des Verbrennungsmotors erzeugt wird, pflanzt sich durch die Bodenfläche 1c zum Schwingungsdetektor fort. Das piezoelektrische Element 3 erfährt aufgrund der Schwingung eine Deformation, erzeugt daraufhin ein Detektorsignal, das proportional zu der Deformation ist, und gibt das erzeugte Detektorsignal am Stahlanschluß 6 aus. Der Schwingungssensor besitzt eine derartige Resonanzfrequenz, daß das Ausgangssignal maximal ist, wenn der Schwingungssensor mit einer Komponente einer Klopfschwingung des Verbrennungsmotors in Resonanz liegt. Diese Resonanzfrequenz ist durch die Eigenschaften der Schwingungsplatte 2A und des piezoelektrischen Elements 3 und durch den Stabilitätszustand des eingestemmten Abschnitts 1b bestimmt.The vibration sensor is attached to an internal combustion engine using the thread 1 a of the housing 1 , the seat 1 c striking the engine. A vibration that is generated according to an operating state of the internal combustion engine propagates through the bottom surface 1 c to the vibration detector. The piezoelectric element 3 experiences a deformation due to the vibration, then generates a detector signal that is proportional to the deformation, and outputs the generated detector signal at the steel connection 6 . The vibration sensor has a resonance frequency such that the output signal is at a maximum when the vibration sensor is in resonance with a component of a knocking vibration of the internal combustion engine. This resonance frequency is determined by the properties b of the vibration plate 2 and A of the piezoelectric element 3 and by the stability condition of the caulked portion. 1
Claims (1)
- - ein piezoelektrisches Element (3);
- - eine lediglich auf ihrer ersten Seite mit dem piezoelektrischen Element (3) versehene Schwingungsplatte (2A), die in ihrem Endabschnitt am Umfang ausgebildete Ausschnitte (2c) hat;
- - ein Metallgehäuse (1) mit einem Boden zum Halten der Schwingungsplatte (2A), so daß ein erster Raum (22) durch die zweite Seite der Schwingungsplatte (2A) und den Boden definiert ist; und
- - eine deckelförmige Kunststoffabdeckung (5), mit der die das piezoelektrische Element (3) aufnehmende Schwingungsplatte (2A) derart abgedeckt ist, daß ein/ zweiter Raum (11b) durch die erste Seite der Schwingungsplatte (2A) und die Kunststoffabdeckung (5) gebildet ist, wobei die Kunststoffabdeckung (5) und das Metallgehäuse (1) die Schwingungsplatte durch (2A) Festklemmen befestigen;
- - wobei der erste Raum (22) kleiner als der zweite Raum (11b) ist und der Abstand zwischen der Schwingungsplatte (2A) und dem Boden etwa gleich der Dicke der Schwingungsplatte (2A) ist.
- - a piezoelectric element ( 3 );
- - A vibration plate ( 2 A) provided only on its first side with the piezoelectric element ( 3 ), which has cutouts ( 2 c) formed on its periphery in its end section;
- - a metal case (1) having a bottom for supporting the vibrating plate (2 A), so that a first space (22) and the floor is defined by the second side of the vibrating plate (2 A); and
- - A lid-shaped plastic cover ( 5 ), with which the piezoelectric element ( 3 ) receiving vibration plate ( 2 A) is covered such that a / second space ( 11 b) through the first side of the vibration plate ( 2 A) and the plastic cover ( 5 is formed), wherein the plastic cover (5) and the metal housing (1) attach the vibrating plate through (2 A) clamping;
- - The first space ( 22 ) is smaller than the second space ( 11 b) and the distance between the vibrating plate ( 2 A) and the floor is approximately equal to the thickness of the vibrating plate ( 2 A).
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1991
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