DE102008041150A1 - Sensorelement zur Erfassung eines Brennraumsignals - Google Patents

Sensorelement zur Erfassung eines Brennraumsignals Download PDF

Info

Publication number
DE102008041150A1
DE102008041150A1 DE200810041150 DE102008041150A DE102008041150A1 DE 102008041150 A1 DE102008041150 A1 DE 102008041150A1 DE 200810041150 DE200810041150 DE 200810041150 DE 102008041150 A DE102008041150 A DE 102008041150A DE 102008041150 A1 DE102008041150 A1 DE 102008041150A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
sensor
sensor element
internal combustion
combustion engine
combustion chamber
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE200810041150
Other languages
English (en)
Inventor
Holger Scholzen
Juergen Krueger
Martin Buchholz
Markus Ledermann
Oliver Glock
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Priority to DE200810041150 priority Critical patent/DE102008041150A1/de
Publication of DE102008041150A1 publication Critical patent/DE102008041150A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L23/00Devices 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
    • G01L23/08Devices 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 operated electrically
    • G01L23/18Devices 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 operated electrically by resistance strain gauges
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L23/00Devices 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
    • G01L23/22Devices 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
    • G01L23/221Devices 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 for detecting or indicating knocks in internal combustion engines
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L23/00Devices 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
    • G01L23/22Devices 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
    • G01L23/221Devices 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 for detecting or indicating knocks in internal combustion engines
    • G01L23/222Devices 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 for detecting or indicating knocks in internal combustion engines using piezoelectric devices

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Sensorelement (110) zur Erfassung mindestens eines Brennraumsignals einer Verbrennungskraftmaschine. Das Sensorelement (110) umfasst mindestens einen Sensorkörper (114). Der Sensorkörper (114) weist mindestens einen ersten Befestigungspunkt (118) zum Befestigen des Sensorkörpers (114) an der Verbrennungskraftmaschine und mindestens einen von dem ersten Befestigungspunkt (118) verschiedenen zweiten Befestigungspunkt (120) zum Befestigen des Sensorkörpers (114) an der Verbrennungskraftmaschine auf. Das Sensorelement (110) weist weiterhin mindestens einen zwischen dem ersten Befestigungspunkt (118) und dem zweiten Befestigungspunkt (120) angeordneten Dehnungssensor (128) zur Erfassung einer Ausdehnung des Sensorkörpers (114) auf.

Description

  • Stand der Technik
  • Die Erfindung geht aus bekannten Sensorelementen zur Erfassung mindestens eines Brennraumsignals einer Verbrennungskraftmaschine, insbesondere von bekannten Brennraumdrucksensoren.
  • Im Bereich der Verbrennungskraftmaschinen ist für eine optimale Motorsteuerung in vielen Fällen die Erfassung von Brennraumsignalen wünschenswert oder sogar erforderlich. Dementsprechend sind verschiedene Sensoren entwickelt worden, mittels derer Brennraumsignale, wie beispielsweise ein Brennraumdruck, ein Klopfen oder eine Brennraumtemperatur oder auch Kombinationen derartiger Brennraumsignale erfasst werden können.
  • Insbesondere die Entwicklung neuer Brennverfahren in Benzinmotoren oder Dieselmotoren, wie beispielsweise einer Selbstzündung beim Benzinmotor oder einer homogeneren Verbrennung im Dieselmotor, wird in den nächsten Jahren verstärkt auf die Erfassung von Brennraumsignalen angewiesen sein. Derartigen innovativen Verbrennungskonzepten ist in der Regel gemeinsam, dass sie zur Regelung der neuen Brennverfahren häufig auf Signale direkt aus dem Brennraum der Verbrennungskraftmaschine angewiesen sind. Dazu wird allgemein davon ausgegangen, dass zum Beispiel ein Brennraumdrucksensor verwendet wird, mittels dessen die aussagekräftigsten Signale aus dem Brennraum der Verbrennungskraftmaschine erhältlich sind. Derartige Brennraumdrucksensoren sind jedoch in der Regel aufwändig, störungsempfindlich und teuer. Die Sensoren müssen mittels aufwändiger Verfahren in den Brennraum eingebracht werden, ohne den Verbrennungsprozess zu stören. Die Einbringung erfordert in der Regel aufwändige Dichtelemente, Brennraum-taugliche Materialien und insgesamt einen vergleichsweise hohen technischen Aufwand und Montageaufwand.
  • Es sind daher aus dem Stand der Technik Brennraumsensoren bekannt, welche darauf basieren, dass Spannungsmessfühler auf das Gehäuse der Verbrennungskraftmaschine aufgebracht werden. Beispiele derartiger Sensoren zur Erfassung von Brennraumsignalen sind aus US 2005/0188772 A1 , aus JP 04246243 A oder aus DE 10 2004 054 738 A1 bekannt. Dabei werden Sensorelemente, welche auf eine Spannungsbeanspruchung sensitiv sind, entweder unmittelbar im Brennraum auf die Brennraumwand aufgebracht oder auf einer Außenseite des Gehäuses der Verbrennungskraftmaschine oder innerhalb der Zylinderkopfabdichtung.
  • Auf ähnliche Weise erfassen auch Klopfsensoren, wie sie beispielsweise in DE 689 11 078 T2 oder in Robert Bosch GmbH: Sensoren im Kraftfahrzeug, 1. Ausgabe, Juni 2001, Seite 77 beschrieben sind, Körperschallschwingungen der Verbrennungskraftmaschine infolge von unkontrollierten Verbrennungen von der Außenseite des Gehäuses der Verbrennungskraftmaschine her mittels entsprechender Schwingungssensoren.
  • Die aus dem Stand der Technik bekannten Messprinzipien eignen sich jedoch aus verschiedenen Gründen nur bedingt auch als Drucksensoren zur Erfassung von Brennraumsignalen in Form von Drücken, oder sie sind mit entsprechenden Nachteilen verbunden. So erlaubt beispielsweise der in JP 04246243 A beschriebene Klopfsensor, ebenso wie beispielsweise der in DE 689 11 078 T2 beschriebene Klopfsensor nur bedingt auch die Erfassung von Volumenänderungen der Brennräume in Form von Innendruckänderungen. Die in US 2005/0188772 A1 beschriebenen Sensoren erfordern ihrerseits wiederum hohe Belastbarkeiten der Sensoren gegenüber den aggressiven Brennraumgasen und den im Brennraum herrschenden hohen Temperaturen, sowie aufwändige Durchführungen. Die in DE 10 2004 054 738 A1 beschriebenen Sensoren erfordern aufwändige Abdichtungen, da eine Integration der Sensoren in die Zylinderkopfdichtung konstruktiv einen erheblichen Aufwand beinhalten kann.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Es wird daher erfindungsgemäß ein Sensorelement zur Erfassung mindestens eines Brennraumsignals einer Verbrennungskraftmaschine vorgeschlagen, welches die Nachteile bekannter Sensorelemente zumindest weitgehend vermeidet. Mittels des beschriebenen Sensorelements kann ein vergleichsweise günstiger Sensor zur Verfügung gestellt werden, der in der erfindungsgemäßen Ausführung ähnlich klare Merkmale über einen Verbrennungsablauf in der Verbrennungskraftmaschine liefern kann wie ein herkömmlicher Brennraumdrucksensor und welcher außerdem keinen eigenen Zugang zum Brennraum, welcher beispielsweise eine Neukonstruktion des Zylinderkopfes erforderlich machen würde, benötigt. Auch eine aufwändige Integration in andere Brennraumkomponenten, wie beispielsweise in eine Glühkerze oder eine Zündkerze, wie dies teilweise aus dem Stand der Technik bekannt ist, kann entfallen.
  • Die Erfindung kann insbesondere der Erfassung von Brennraumsignalen, wie beispielsweise der Bestimmung der Verbrennungslage oder des Brennbeginns, dienen. Unter Brennraumsignalen sind somit sämtliche Signale zu verstehen, welche einen derartigen Aufschluss über einen momentanen oder über einen längeren Zeitraum hinweg zu beobachtenden Zustand des Verbrennungsprozesses in der Verbrennungskraftmaschine ermöglichen. Insbesondere kann das vorgeschlagene Sensorelement einen Brennraumdruck erfassen, wobei, wie unten ausgeführt, zusätzlich auch weitere Brennraumsignale erfasst werden können.
  • Ein wesentlicher Gedanke der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Ausdehnung eines Gehäuses der Verbrennungskraftmaschine zur Erfassung der Brennraumsignale zu nutzen. Zu diesem Zweck kann das erfindungsgemäße Sensorelement als Dehnungssensor ausgestaltet werden, welcher außen auf der Verbrennungskraftmaschine, beispielsweise einem Gehäuse der Verbrennungskraftmaschine, insbesondere einem Zylinderblock und/oder einem Zylinderkopf, aufgebracht werden kann und durch den Brennraumdruck induzierte Dehnungen bzw. Kontraktionen messen kann. Ein Ziel ist es dabei, mit einem vergleichsweise günstigen System die notwendigen Regelgrößen für neue Brennverfahren bei Benzin- und Dieselmotoren bereitzustellen. Beispielsweise kann, wie unten näher ausgeführt wird, das Sensorelement bei einem Vier-Zylinder-Motor derart ausgestaltet sein, dass zwei Dehnungssensoren jeweils zwischen zwei Zylindern angebracht sind. Diese können die notwendigen Regelgrößen bereitstellen. Hierfür wird in der erfindungsgemäßen Ausgestaltung die Dehnung, die durch den Zylinderinnendruck verursacht wird, definiert in den Dehnungssensor eingeleitet und dessen Wandlung in beispielsweise ein elektrisches Signal begünstigt.
  • Das vorgeschlagene Sensorelement umfasst mindestens einen Sensorkörper. Dieser Sensorkörper kann beispielsweise aus einem im Wesentlichen steifen, jedoch für die Dehnungen des Gehäuses der Verbrennungskraftmaschine noch zugänglichen Material hergestellt sein oder ein derartiges Material umfassen. Beispielsweise kann der Sensorkörper ganz oder teilweise als stabförmiger Sensorkörper ausgestaltet sein und einen Dehnungsbereich umfassen, innerhalb dessen eine Ausdehnung gemessen werden kann. Der Sensorkörper kann dementsprechend beispielsweise einen metallischen Werkstoff und/oder einen Kunststoffwerkstoff und/oder einen keramischen Werkstoff umfassen. In dem Dehnungsbereich, welcher optional vorgesehen sein kann, kann durch eine entsprechende Geometrie des Sensorkörpers eine Ausdehnung begünstigt werden, um die Messung der Ausdehnung zu erleichtern. So kann beispielsweise der Sensorkörper in einem Dehnungsbereich eine Einschnürung oder eine andere Art von dünner Stelle aufweisen, innerhalb dessen eine Dehnung begünstigt ist und innerhalb dessen mittels mindestens eines Dehnungssensors die Dehnung besonders einfach erfassbar ist.
  • Der Sensorkörper umfasst mindestens einen ersten und mindestens einen zweiten Befestigungspunkt zum Befestigen des Sensorkörpers an der Verbrennungskraftmaschine, wobei diese Befestigungspunkte voneinander verschieden, das heißt voneinander beabstandet sind. Beispielsweise kann der Abstand zwischen den Befestigungspunkten genau dem Abstand zwischen den einzelnen Zylindern der Verbrennungskraftmaschine entsprechen, so dass jeder Befestigungspunkt, wie unten näher ausgeführt wird, jeweils im Bereich eines Brennraums bzw. eines Zylinders der Verbrennungskraftmaschine angeordnet sein kann. Der Dehnungsbereich, welcher oben beschrieben wurde, kann beispielsweise zwischen den mindestens zwei Befestigungspunkten angeordnet sein. Unter einem „Befestigungspunkt” kann dabei sinngemäß auch ein „Befestigungsbereich” zu verstehen sein, also ein räumlich begrenzter Bereich, innerhalb dessen eine Befestigung des Sensorkörpers mit dem Gehäuse der Verbrennungskraftmaschine erfolgen kann. In dem Befestigungspunkt können entsprechende Elemente zum Befestigen an dem Gehäuse der Verbrennungskraftmaschine vorgesehen sein, beispielsweise Befestigungsösen, Öffnungen, Flansche oder ähnliches.
  • Weiterhin kann das Sensorelement mindestens einen zwischen dem ersten Befestigungspunkt und dem zweiten Befestigungspunkt angeordneten Dehnungssensor zur Erfassung einer Ausdehnung des Sensorkörpers aufweisen.
  • Zum Befestigen kann das Sensorelement weiterhin mindestens zwei Befestigungselemente umfassen, beispielsweise zwei Schraubenelemente zum Befestigen des Sensorelements an der Verbrennungskraftmaschine, insbesondere einem Zylinderblock und/oder einem Zylinderkopf der Verbrennungskraftmaschine. Die Befestigungselemente können insbesondere derart ausgestaltet sein, dass diese ein Befestigen auf der Außenseite der Verbrennungskraftmaschine ermöglichen, so dass, wie oben dargestellt, kein Eingriff in den Innenraum der Verbrennungskraftmaschine erforderlich ist.
  • Im Bereich der Befestigungspunkte kann der Sensorkörper zusätzlich Übertragungselemente aufweisen, welche eine Ausdehnung der Verbrennungskraftmaschine, insbesondere des Zylinderkopfes und/oder des Zylinderblocks, auf den Sensorkörper begünstigen und somit für definiertere, direkter übertragene Signale sorgen. Diese Übertragungselemente können beispielsweise Beißkanten und/oder Schneidkanten an dem Sensorkörper umfassen, so dass der Sensorkörper unmittelbar und nicht ausschließlich über die Befestigungselemente in Kontakt mit der Verbrennungskraftmaschine stehen kann. Auf diese Weise kann eine definierte Einleitung der Dehnung durch den Zylinderinnendruck bzw. den Innendruck des Brennraums in den Dehnungssensor begünstigt werden.
  • Der mindestens eine Dehnungssensor, welcher vorzugsweise in dem mindestens einen optionalen Dehnungsbereich zwischen den Befestigungspunkten angeordnet ist, kann grundsätzlich eine beliebige Art von Sensorelement umfassen, welches eingerichtet ist, um eine Dehnung, das heißt eine eindimensionale oder optional auch mehrdimensionale Längenänderung des Sensorkörpers bzw. des Dehnungsbereichs des Sensorkörpers zu erfassen. Beispielsweise können piezoresistive Sensorelemente eingesetzt werden, also Sensorelemente mit mindestens einem Piezomaterial, wobei die Längenänderung beispielsweise über ein Spannungssignal erfasst werden kann. Alternativ oder zusätzlich können Widerstandselemente eingesetzt werden, welche sensitiv auf eine Längenänderung reagieren. Beispielsweise lassen sich zu diesem Zweck Dickschichtwiderstände und/oder Dünnschichtwiderstände einsetzen. Auch Dehnungsmessstreifen lassen sich einsetzen. Auch Kombinationen der genannten und/oder anderer Arten von Sensorelementen lassen sich einsetzen, so dass beispielsweise optimale Kombinationen mehrerer Sensorelemente für unterschiedliche Dehnungsbereiche und/oder für unterschiedliche Frequenzen der Längenänderungen eingesetzt werden können.
  • Die Auswertung der Sensorsignale des mindestens einen Dehnungssensors kann außerhalb des Sensorelements erfolgen, beispielsweise innerhalb einer Motorsteuerung. So können diese Signale unmittelbar über eine oder mehrere Schnittstellen an eine Motorsteuerung weitergegeben werden. Alternativ oder zusätzlich kann auch eine teilweise oder vollständige Auswertung der Signale der Dehnungssensoren innerhalb des Sensorelements selbst erfolgen. So können beispielsweise Signale des mindestens einen Dehnungssensors mittels einer Auswerteschaltung verstärkt kompensiert oder in eine definierte Ausgangskennlinie gewandelt werden. Werden beispielsweise dehnungssensitive Widerstandsmesselemente eingesetzt, so kann die Auswerteschaltung, welche ganz oder teilweise in dem Sensorelement integriert sein, beispielsweise eine Wheatstone'sche Brücke umfassen. Dementsprechend kann das Sensorelement zur teilweisen oder vollständigen Auswertung der Sensorsignale des mindestens einen Dehnungssensors mindestens eine Auswerteschaltung umfassen, welche ganz oder teilweise in dem Sensorelement integriert sein kann. Beispielsweise kann diese Auswerteschaltung einen mikromechanischen und/oder mikroelektronischen Siliziumchip umfassen. Die Auswerteschaltung kann beispielsweise neben der Erfassung der Dehnung gleich auch noch die elektrische Auswertung übernehmen. So kann beispielsweise eine Verstärkung der Signale, eine Temperaturkompensation und/oder eine Wandlung in eine definierte Ausgangskennlinie mit Fehlerbändern oder ähnliches bewerkstelligt werden. Die Auswerteschaltung kann grundsätzlich auf beliebige Weise auf dem mindestens einen Sensorkörper befestigt werden und/oder in diesen integriert werden. Insbesondere wenn ein integrierter Schaltkreis, beispielsweise ein Auswerte-Chip, verwendet wird, so ist eine stoffschlüssige Verbindung der Auswerteschaltung mit dem Sensorkörper bevorzugt. So kann die Auswerteschaltung beispielsweise auf dem Sensorkörper aufgeklebt und/oder aufgeglast werden.
  • Weiterhin lässt sich das beschriebene Dehnungsmessprinzip auch mit herkömmlichen Sensoren kombinieren, so dass das Sensorelement neben dem dargestellten mindestens einen Dehnungssensor auch weitere Arten von Sensoren umfassen kann.
  • Ein Beispiel einer derartigen Kombination besteht darin, mindestens einen Klopfsensor zur Erfassung von Körperschallschwingungen der Verbrennungskraftmaschine in das Sensorelement zu integrieren. Dieser mindestens eine Klopfsensor kann beispielsweise ganz oder teilweise dem in DE 689 11 078 T2 oder dem in Robert Bosch GmbH: Sensoren im Kraftfahrzeug, 1. Ausgabe, Juni 2001, Seite 77 beschriebenen Klopfsensor entsprechen. Insbesondere kann der Klopfsensor mindestens eine Piezokeramik aufweisen, um Körperschallschwingungen der Verbrennungskraftmaschine aufzunehmen. Weiterhin kann mindestens eine seismische Masse umfasst sein, welche diese Körperschallschwingungen aufnehmen und auf die Piezokeramik übertragen kann. Auch andere Arten von Klopfsensoren lassen sich jedoch grundsätzlich einsetzen.
  • Ein besonderer Vorteil der Integration mindestens eines Klopfsensors in das vorgeschlagene Sensorelement besteht darin, dass die Befestigung des Sensorelements an der Verbrennungskraftmaschine in den mindestens zwei Befestigungspunkten auch gleichzeitig zur Übertragung der Körperschallschwingungen auf den Klopfsensor eingesetzt werden kann. So kann der mindestens eine Klopfsensor insbesondere im Bereich des ersten Befestigungspunktes und/oder im Bereich des zweiten Befestigungspunktes angeordnet sein. Auch in mehreren Befestigungspunkten kann ein Klopfsensor vorgesehen sein, beispielsweise ein Klopfsensor pro Brennraum der Verbrennungskraftmaschine. Sind Befestigungselemente, wie beispielsweise Schrauben, vorgesehen, so können diese somit gleichzeitig als Schwingungsübertragungselemente zur Übertragung der Körperschallschwingungen auf den mindestens einen Klopfsensor eingesetzt werden.
  • Neben dem vorgeschlagenen Sensorelement wird weiterhin eine Verbrennungskraftmaschine vorgeschlagen, welche mindestens einen Brennraum und mindestens ein Gehäuse, insbesondere einen Motorblock, umfasst. Weiterhin umfasst die vorgeschlagene Verbrennungskraftmaschine mindestens ein mit dem Gehäuse verbundenes Sensorelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche. Wie oben dargestellt, kann die Verbindung mit dem Gehäuse beispielsweise im Bereich eines Zylinderblocks und/oder eines Zylinderkopfes des Gehäuses der Verbrennungskraftmaschine erfolgen. Dementsprechend ist es bevorzugt, wenn mindestens einer der Befestigungspunkte im Bereich des Brennraums der Verbrennungskraftmaschine mit dem Gehäuse verbunden ist. Besonders bevorzugt ist eine Verbindung derart, dass die mindestens zwei Befestigungspunkte mit dem Gehäuse in mindestens zwei Bereichen unterschiedlicher Brennräume der Verbrennungskraftmaschine verbunden sind.
  • Die Verbrennungskraftmaschine kann insbesondere als Verbrennungskraftmaschine mit mehreren Brennräumen ausgestaltet sein. Wie oben dargestellt, kann beispielsweise die Verbrennungskraftmaschine mindestens vier Brennräume umfassen. In diesem Fall können beispielsweise mindestens zwei Sensorelemente vorgesehen sein, wobei ein erstes Sensorelement mit dem Gehäuse im Bereich eines ersten und eines zweiten Brennraums verbunden ist, also diese Brennräume miteinander verbindet, wobei ein zweites Sensorelement der Sensorelemente mit dem Gehäuse im Bereich eines zweiten und eines dritten Brennraums verbunden ist. Auch eine andere Ausgestaltung ist denkbar, beispielsweise indem ein und derselbe Brennraum über unterschiedliche Sensorelemente mit unterschiedlichen weiteren Brennräumen verbunden sind oder eine Ausgestaltung, bei welcher ein erster Fixpunkt auf dem Gehäuse jeweils über unterschiedliche Sensorelemente mit den einzelnen Brennräumen verbunden ist.
  • Das vorgeschlagene Sensorelement sowie die vorgeschlagene Verbrennungskraftmaschine weisen gegenüber herkömmlichen Vorrichtungen zahlreiche Vorteile auf. So kann das Sensorelement insbesondere erheblich einfacher und kostengünstiger ausgestaltet werden als herkömmliche Brennraumdrucksensoren zur Erfassung von Motorregelungsgrößen. Weiterhin kann das Sensorelement dennoch wie ein herkömmlicher Brennraumdrucksensor Signale über Verbrennungsmerkmale liefern, wie beispielsweise einen Verbrennungsbeginn oder eine Verbrennungslage. Damit ist das vorgeschlagene Sensorelement von der Signalqualität einem klopfsensorgestützten System überlegen. Ein weiterer Vorteil, welcher ebenfalls oben bereits erwähnt wurde, liegt darin, dass das vorgeschlagene Sensorelement keinen eigenen Zugang zum Brennraum benötigt, wie dies bei den meisten herkömmlichen Brennraumdrucksensoren der Fall ist. Auf eine aufwändige Neukonstruktion des Zylinderkopfes kann somit in der Regel verzichtet werden. Dieser eigene Zugang könnte zwar grundsätzlich auch durch eine Integration des Brennraumdrucksensors in eine andere Komponente, wie beispielsweise eine Glühstiftkerze oder eine Zündkerze, vermieden werden, wobei jedoch in der Regel noch höhere Entwicklungs- und Herstellkosten anfallen.
  • Ein weiterer Vorteil besteht in der beschriebenen Kombination mehrerer Sensorprinzipien. Neben dem dargestellten Dehnungssensors kann insbesondere der Zusatznutzen eines Klopfsensors umgesetzt werden. So kann insbesondere das Sensorelement selbst als Klopfsensor eingesetzt werden, beispielsweise indem höherfrequente Signale des Sensorelements, insbesondere des Dehnungssensors, ausgewertet werden. Alternativ oder zusätzlich kann, wie oben beschrieben, auch eine Klopferkennung mittels einer Integration eines zusätzlichen Klopfsensors in das Sensorelement erfolgen. Auf diese Weise ergeben sich durch die Kombination ebenfalls konstruktive Einsparungen da auf zusätzliche Klopfsensoren vorzugsweise vollständig verzichtet werden kann.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
  • 1A und 1B verschiedene Ansichten eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Sensorelements; und
  • 2A und 2B verschiedene Ansichten eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Sensorelements mit integriertem Klopfsensor.
  • In den 1A und 1B ist ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Sensorelements 110 in verschiedenen Ansichten gezeigt. Die Ansichten der Figuren sind gegeneinander um 90° um eine Längserstreckungsachse des Sensorelements 110 gedreht.
  • Das Sensorelement 110 umfasst in dem dargestellten Ausführungsbeispiel einen Sensorkörper 114, welcher in dem dargestellten Ausführungsbeispiel im Wesentlichen rotationssymmetrisch und hantelförmig ausgestaltet ist. Der Sensorkörper 110 umfasst zwei Befestigungsköpfe 112, welche miteinander über einen Dehnungsbereich 116 verbunden sind.
  • In dem Bereich der Befestigungsköpfe 112 ist jeweils ein Befestigungspunkt 118, 120 vorgesehen. Diese Befestigungspunkte 118, 120 können beispielsweise Bohrungen für Befestigungselemente 122 aufweisen. Als Beispiel sind in den 1A und 1B Befestigungselemente 122 in Form von Schrauben 124 vorgesehen, welche in der 1B lediglich angedeutet sind. Auch andere Arten von Befestigungen können vorgesehen sein.
  • Weiterhin umfasst der Sensorkörper 114 im Bereich der Befestigungsköpfe 112 Übertragungselemente 126, welche in 1B erkennbar sind. Diese Übertragungselemente 126 sind im Bereich der Befestigungspunkte 118, 120 angeordnet und sind beispielsweise als Beiß- oder Schneidkanten ausgestaltet. Diese Übertragungselemente 126 sind auf der den Schraubenköpfen der Schrauben 124 gegenüberliegenden Seite der Befestigungsköpfe 112 ausgebildet, so dass diese Übertragungselemente 126 beim Anschrauben des Sensorelements 110 an einem Verbrennungsmotor in das Gehäuse dieses Verbrennungsmotors eingreifen können. Diese Übertragungselemente 126 dienen zur genaueren Definition der Dehnungseinleitung und Dehnungsübertragung von der Verbrennungskraftmaschine auf das Sensorelement 110.
  • Zur Erfassung der Dehnung, das heißt der positiven und/oder negativen Längenausdehnung, welche beispielsweise durch eine Druckänderung im Inneren einer Brennkammer der Verbrennungskraftmaschine hervorgerufen wird, sind in dem Dehnungsbereich 116 Dehnungssensoren 128 vorgesehen, welche in 1A, die eine Vorderansicht des Sensorelements 110 zeigt, lediglich angedeutet sind. Die Dehnungssensoren 128 können beispielsweise auf der Seite des Sensorkörpers 110 angeordnet sein, auf welcher bei einer Fixierung durch Schrauben auch die Schraubenköpfe angeordnet sind.
  • Die Erfassung der Dehnung kann beispielsweise piezoresistiv und/oder beispielsweise durch Änderung der elektrischen Widerstände von Messelementen aufgrund der Dehnung erfolgen. Beispielsweise lassen sich Dehnungsmessstreifen, Dickschicht- oder Dünnschichtwiderstände oder ähnliches einsetzen. Vorteilhafterweise werden diese Widerstände zu einer Wheatstone'schen Brücke verschaltet. Die Signale können direkt zur Motorsteuerung weitergegeben werden oder ganz oder teilweise im Sensorelement 110 selbst oder einem Vorschaltgerät mittels einer Auswerteschaltung verstärkt, kompensiert und in eine definierte Ausgangskennlinie umgewandelt werden.
  • Daneben ist es auch vorteilhaft, auf dem Dehnungselement einen mikromechanischen und/oder mikroelektrischen Auswertechip vorzusehen, beispielsweise einen Siliziumchip, welcher in den 1A und 1B nicht dargestellt ist. Dieser Auswertechip kann neben der Erfassung der Dehnung gleich auch noch die elektrische Auswertung ganz oder teilweise übernehmen. Insbesondere können eine Verstärkung des Signals, eine Temperaturkompensation und/oder eine Wandlung in eine definierte Ausgangskennlinie mit Fehlerbändern etc. bewerkstelligt werden. Die Befestigung des Auswertechips kann beispielsweise durch Kleben und/oder Aufblasen erreicht werden.
  • In den 2A und 2B ist ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Sensorelements 110 dargestellt. Der Aufbau dieses Sensorelements 110 und die Darstellung in den 2A und 2B entspricht im Wesentlichen dem Aufbau und der Darstellung gemäß den 1A und 1B, so dass weitgehend auf die Beschreibung dieser Figuren verwiesen werden kann. Wiederum weist das Sensorelement 110 einen Sensorkörper 114 mit einem ersten Befestigungspunkt 118 und einem zweiten Befestigungspunkt 120 auf, wobei beispielsweise wiederum Schrauben 124 als Befestigungselemente 122 vorgesehen sein können, um das Sensorelement 110 an einem (ebenfalls wiederum nicht dargestellten) Gehäuse einer Verbrennungskraftmaschine zu befestigen.
  • Im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel gemäß den 1A und 1B weist das Sensorelement 110 in dem Ausführungsbeispiel gemäß den 2A und 2B jedoch zusätzlich am ersten Befesti gungspunkt 118 einen Klopfsensor 130 auf. Dieser Klopfsensor 130 ist über die Schraube 124 dieses ersten Befestigungspunktes 118 mit dem Sensorkörper 114 und dem Gehäuse des Verbrennungsmotors verbunden. Zwar können bereits die Dehnungssensoren 128 Klopfsignale des Verbrennungsmotors beinhalten, da diese bereits Körperschallschwingungen infolge von unkontrollierten Verbrennungen in der Verbrennungskraftmaschine als höherfrequente Signale erfassen können. Mittels des speziellen Klopfsensors 130 können diese Klopfsignale jedoch genauer erfasst werden.
  • Der Klopfsensor 130 kann beispielsweise gemäß dem in DE 689 11 078 T2 dargestellten Ausführungsbeispiel oder gemäß dem in Robert Bosch GmbH: Sensoren im Kraftfahrzeug, 1. Ausgabe, Juni 2001, Seite 77 dargestellten Ausführungsbeispiel ausgestaltet sein und kann beispielsweise mindestens eine konzentrisch um die Schraube 124 des ersten Befestigungspunkts 118 angeordnete Piezokeramik und/oder mindestens eine konzentrisch um diese Schraube 124 angeordnete seismische Masse aufweisen, welche beispielsweise zwischen zwei Teilelementen des Gehäuses des Klopfsensors 130 angeordnet sein können.
  • Die elektrischen Signale des Klopfsensors 130 können dabei separat abgegriffen werden oder können auch mit den elektrischen Signalen der Dehnungssensoren 128 oder daraus abgeleiteten, beispielsweise schon teilweise ausgewerteten Signalen zusammengefasst werden und einer gemeinsamen, in den Figuren nicht dargestellten Schnittstelle zugeführt werden.
  • Bei dem in den 2A und 2B dargestellten Ausführungsbeispiel ist lediglich an einem der Befestigungspunkte 118, 120 ein Klopfsensor 130 vorgesehen. Auch andere Ausgestaltungen sind jedoch möglich, beispielsweise Ausgestaltungen, bei welchem an jedem der Befestigungspunkte 118, 120 ein separater Klopfsensor 130 angeordnet ist. Auf diese Weise können beispielsweise diese Befestigungspunkte 118, 120 an separaten Zylindern der Verbrennungskraftmaschine befestigt werden, so dass mittels der Klopfsensoren 130 Klopfsignale dieser separaten Zylinder erfasst werden können.
  • Weiterhin ist auch eine unterschiedliche Ausgestaltung der Integration des Klopfsensors 130 in das übrige Sensorelement 110 möglich. So ist es beispielsweise möglich, den kompletten Klopfsensor 130, wie in den 2A und 2B dargestellt, lediglich auf das übrige Sensorelement 110 mit aufzuschrauben. Alternativ ist es jedoch auch möglich, eine weitergehende Integration des Klopfsensors 130 in das übrige Sensorelement 110 vorzunehmen. So kann beispielsweise eine Hülse des Klopfsensors 130 Bestandteil des Sensorkörpers 114 und/oder anderer Teile des Sensorelements 110 sein.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - US 2005/0188772 A1 [0004, 0006]
    • - JP 04246243 A [0004, 0006]
    • - DE 102004054738 A1 [0004, 0006]
    • - DE 68911078 T2 [0005, 0006, 0018, 0036]
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • - Robert Bosch GmbH: Sensoren im Kraftfahrzeug, 1. Ausgabe, Juni 2001, Seite 77 [0005]
    • - Robert Bosch GmbH: Sensoren im Kraftfahrzeug, 1. Ausgabe, Juni 2001, Seite 77 [0018]
    • - Robert Bosch GmbH: Sensoren im Kraftfahrzeug, 1. Ausgabe, Juni 2001, Seite 77 [0036]

Claims (11)

  1. Sensorelement (110) zur Erfassung mindestens eines Brennraumsignals einer Verbrennungskraftmaschine, umfassend mindestens einen Sensorkörper (114), wobei der Sensorkörper (114) mindestens einen ersten Befestigungspunkt (118) zum Befestigen des Sensorkörpers (114) an der Verbrennungskraftmaschine und mindestens einen von dem ersten Befestigungspunkt (118) verschiedenen zweiten Befestigungspunkt (120) zum Befestigen des Sensorkörpers (114) an der Verbrennungskraftmaschine aufweist, wobei das Sensorelement (110) weiterhin mindestens ehren zwischen dem ersten Befestigungspunkt (118) und dem zweiten Befestigungspunkt (120) angeordneten Dehnungssensor (128) zur Erfassung einer Ausdehnung des Sensorkörpers (114) aufweist.
  2. Sensorelement (110) nach dem vorhergehenden Anspruch, weiterhin umfassend mindestens zwei Befestigungselemente (122), insbesondere zwei Schraubenelemente (124), zum Befestigen des Sensorelements (110) an der Verbrennungskraftmaschine, insbesondere an einem Zylinderblock und/oder einem Zylinderkopf der Verbrennungskraftmaschine.
  3. Sensorelement (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der der Sensorkörper (114) Übertragungselemente (126), insbesondere Beißkanten und/oder Schneidkanten, zur Übertragung einer Ausdehnung der Verbrennungskraftmaschine auf den Sensorkörper (114), aufweist.
  4. Sensorelement (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Sensorelement (110) mindestens einen der folgenden Dehnungssensoren (128) aufweist: ein piezoresistives Sensorelement; ein Widerstandsmesselement, insbesondere einen Dickschichtwiderstand und/oder einen Dünnschichtwiderstand; einen Dehnungsmessstreifen.
  5. Sensorelement (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin umfassend mindestens eine Auswerteschaltung.
  6. Sensorelement (110) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Auswerteschaltung auf dem Sensorkörper (114) aufgeklebt und/oder aufgeglast ist.
  7. Sensorelement (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin umfassend mindestens einen Klopfsensor (130) zur Erfassung von Körperschallschwingungen der Verbrennungskraftmaschine.
  8. Sensorelement (110) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei der Klopfsensor (130) im Bereich des ersten Befestigungspunktes (118) und/oder im Bereich des zweiten Befestigungspunktes (120) angeordnet ist.
  9. Verbrennungskraftmaschine, umfassend mindestens einen Brennraum und mindestens ein Gehäuse, insbesondere einen Motorblock, weiterhin umfassend mindestens ein mit dem Gehäuse verbundenes Sensorelement (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
  10. Verbrennungskraftmaschine nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei mindestens ein Befestigungspunkt (118, 120) im Bereich des Brennraums mit dem Gehäuse verbunden ist.
  11. Verbrennungskraftmaschine nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, umfassend mindestens vier Brennräume und mindestens zwei Sensorelemente (110) nach einem der vorhergehenden, ein Sensorelement (110) betreffenden Ansprüche, wobei ein erstes Sensorelement (110) der Sensorelemente (110) mit dem Gehäuse im Bereich eines ersten und eines zweiten Brennraums verbunden ist, wobei ein zweites Sensorelement (110) der Sensorelemente (110) mit dem Gehäuse im Bereich eines zweiten und eines dritten Brennraums verbunden ist.
DE200810041150 2008-08-11 2008-08-11 Sensorelement zur Erfassung eines Brennraumsignals Withdrawn DE102008041150A1 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE200810041150 DE102008041150A1 (de) 2008-08-11 2008-08-11 Sensorelement zur Erfassung eines Brennraumsignals

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE200810041150 DE102008041150A1 (de) 2008-08-11 2008-08-11 Sensorelement zur Erfassung eines Brennraumsignals

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102008041150A1 true DE102008041150A1 (de) 2010-02-18

Family

ID=41528188

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE200810041150 Withdrawn DE102008041150A1 (de) 2008-08-11 2008-08-11 Sensorelement zur Erfassung eines Brennraumsignals

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102008041150A1 (de)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04246243A (ja) 1991-01-31 1992-09-02 Mazda Motor Corp エンジンの異常燃焼検出装置
DE68911078T2 (de) 1988-09-12 1994-04-21 Ngk Spark Plug Co Klopfsensor vom Nichtresonanztyp.
US20050188772A1 (en) 2004-02-26 2005-09-01 Lee Kyung W. Method for measuring residual stress in a siamese region of a cylinder block
DE102004054738A1 (de) 2004-11-12 2006-09-14 Bernhard Lötscher Zylinderkopfdichtung

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE68911078T2 (de) 1988-09-12 1994-04-21 Ngk Spark Plug Co Klopfsensor vom Nichtresonanztyp.
JPH04246243A (ja) 1991-01-31 1992-09-02 Mazda Motor Corp エンジンの異常燃焼検出装置
US20050188772A1 (en) 2004-02-26 2005-09-01 Lee Kyung W. Method for measuring residual stress in a siamese region of a cylinder block
DE102004054738A1 (de) 2004-11-12 2006-09-14 Bernhard Lötscher Zylinderkopfdichtung

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Robert Bosch GmbH: Sensoren im Kraftfahrzeug, 1. Ausgabe, Juni 2001, Seite 77

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE10127932A1 (de) Ventil zum Steuern von Fluiden sowie Verfahren zur Bestimmung von Drücken
DE102006008351A1 (de) Druckmesseinrichtung
AT402116B (de) Zündkerze mit einem kraftmesselement zur messung des an der zündkerze anliegenden druckes
EP1517086A1 (de) Druckmessglühkerze für einen Dieselmotor
DE102005051817A1 (de) Druckmessheizstab, insbesondere für eine Druckmessglühkerze
EP3221681B1 (de) Mechanisches bauteil mit einem kraftsensor
WO2006032152A1 (de) Drucksensor
DE102013101177A1 (de) Brennraumdruckmessgerät
EP2223066A2 (de) Bauteil für kraft- oder druckmessungen und sensor umfassend ein solches bauteil
EP2601497A1 (de) Vorrichtung zur erfassung eines brennraumdrucks einer brennkraftmaschine
DE102009026436A1 (de) Vorrichtung zur Erfassung eines Brennraumdrucks einer Brennkraftmaschine
WO2006120049A1 (de) Glühstiftkerze mit brennraumdrucksensor
DE102008043822A1 (de) Verbrennungsdrucksensor für eine Brennkraftmaschine
DE19803470B4 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der Gaskräfte im Brennraum einer Brennkraftmaschine
DE102016012564A1 (de) Verbindungselement mit integriertem Sensor
DE4444831C2 (de) Drucksensor
DE102008041150A1 (de) Sensorelement zur Erfassung eines Brennraumsignals
DE102005043688B4 (de) Vorrichtung zur Messung eines Drucks innerhalb eines Brennraums einer Brennkraftmaschine
WO2005114054A1 (de) Glühstiftkerze mit integriertem drucksensor
AT520304A4 (de) Drucksensor
EP2108109B1 (de) Piezoelektrischer klopfsensor
DE19755192A1 (de) Kapazitiver Druckaufnehmer zur Druckmessung im Brennraum von Brennkraftmaschinen
EP3428418A1 (de) Brennkraftmaschine, insbesondere als antriebsmotor für ein fahrzeug
DE10108051A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Messen des Verbrennungsdruckes
DE102005016462A1 (de) Glühstiftkerze mit integriertem temperaturkompensierten Brennraumdrucksensor

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R012 Request for examination validly filed

Effective date: 20150422

R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee