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Stand der Technik
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Die
Erfindung geht aus bekannten Sensorelementen zur Erfassung mindestens
eines Brennraumsignals einer Verbrennungskraftmaschine, insbesondere
von bekannten Brennraumdrucksensoren.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Offenbarung der Erfindung
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Weiterhin
kann das Sensorelement mindestens einen zwischen dem ersten Befestigungspunkt und
dem zweiten Befestigungspunkt angeordneten Dehnungssensor zur Erfassung
einer Ausdehnung des Sensorkörpers aufweisen.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden
Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
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1A und 1B verschiedene
Ansichten eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen
Sensorelements; und
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2A und 2B verschiedene
Ansichten eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen
Sensorelements mit integriertem Klopfsensor.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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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]
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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]