DE102015205671A1 - Brennraumdruckaufnehmer, internal combustion engine and method for measuring a combustion chamber pressure in a combustion chamber of an internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Brennraumdruckaufnehmer (21) zur Messung eines Brennraumdrucks in einem Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine, der ein Sensorelement (10) umfasst, welches einen auf das Sensorelement (10) einwirkenden Druck (p) in eine elektrisch messbare Größe umwandelt. Das Sensorelement (10) ist dabei als elektrisch leitfähiges Pulver ausgeführt, welches bei einer Änderung des auf das Sensorelement (10) einwirkenden Drucks (p) eine Änderung seines elektrischen Widerstands (R) erfährt, und das Sensorelement (10) ist derart innerhalb eines Druckrohrs (8) angeordnet, dass eine Änderung des auf das Druckrohr (8) einwirkenden Brennraumdrucks eine Änderung des auf das Sensorelement (10) einwirkenden Drucks (p) bewirkt. Die Erfindung betrifft auch eine Verbrennungskraftmaschine, welche mindestens einen erfindungsgemäßen Brennraumdruckaufnehmer (21, 22, 23, 24) umfasst. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Messung eines Brennraumdrucks in einem Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine, wobei ein elektrischer Widerstand (R) eines Sensorelements (10) gemessen wird, wobei das Sensorelement (10) als elektrisch leitfähiges Pulver ausgeführt ist, welches bei einer Änderung des auf das Sensorelement (10) einwirkenden Drucks (p) eine Änderung seines elektrischen Widerstands (R) erfährt, und wobei das Sensorelement (10) derart innerhalb eines in den Brennraum hinein ragenden Druckrohrs (8) angeordnet ist, dass eine Änderung des auf das Druckrohr (8) einwirkenden Brennraumdrucks eine Änderung des auf das Sensorelement (10) einwirkenden Drucks (p) bewirkt.The invention relates to a combustion chamber pressure sensor (21) for measuring a combustion chamber pressure in a combustion chamber of an internal combustion engine, which comprises a sensor element (10) which converts a pressure (p) acting on the sensor element (10) into an electrically measurable variable. The sensor element (10) is designed as an electrically conductive powder which undergoes a change in its electrical resistance (R) when the pressure (p) on the sensor element (10) changes, and the sensor element (10) is thus located within a pressure tube (8) arranged that a change of the pressure acting on the pressure tube (8) combustion chamber pressure causes a change of the pressure acting on the sensor element (10) pressure (p). The invention also relates to an internal combustion engine which comprises at least one combustion chamber pressure sensor (21, 22, 23, 24) according to the invention. The invention further relates to a method for measuring a combustion chamber pressure in a combustion chamber of an internal combustion engine, wherein an electrical resistance (R) of a sensor element (10) is measured, wherein the sensor element (10) is designed as an electrically conductive powder, which in a change of the sensor element (10) acting pressure (p) undergoes a change in its electrical resistance (R), and wherein the sensor element (10) is arranged within such a projecting into the combustion chamber pressure tube (8) that a change of the pressure tube ( 8) acting combustion chamber pressure causes a change in the pressure acting on the sensor element (10) pressure (p).
Description
Die Erfindung betrifft einen Brennraumdruckaufnehmer zur Messung eines Brennraumdrucks in einem Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine, der ein Sensorelement umfasst, welches einen auf das Sensorelement einwirkenden Druck in eine elektrisch messbare Größe umwandelt. Die Erfindung betrifft ferner eine Verbrennungskraftmaschine, welche einen erfindungsgemäßen Brennraumdruckaufnehmer umfasst. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Messung eines Brennraumdrucks in einem Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine.The invention relates to a combustion chamber pressure sensor for measuring a combustion chamber pressure in a combustion chamber of an internal combustion engine, which comprises a sensor element which converts a pressure acting on the sensor element into an electrically measurable variable. The invention further relates to an internal combustion engine comprising a combustion chamber pressure sensor according to the invention. The invention also relates to a method for measuring a combustion chamber pressure in a combustion chamber of an internal combustion engine.
Stand der TechnikState of the art
Aufgrund immer strenger werdender Gesetzgebung bezüglich des Kraftstoffverbrauchs und der dabei entstehenden Schadstoff-Emissionen von Brennkraftmaschinen, speziell im Kraftfahrzeugbereich, sind Weiterentwicklungen der Verbrennungssteuerung sowie der zugehörigen Steuerungsbauteile notwendig. Als ein entscheidender Faktor der Verbrennung, der zu optimieren ist, wurde in der jüngsten Vergangenheit der Brennraumdruck identifiziert, der eine entscheidende Rolle beim Erreichen einer optimalen Verbrennung in einem Brennraum, insbesondere von selbstzündenden Verbrennungskraftmaschinen, spielt. Due to increasingly stringent legislation on fuel consumption and the resulting pollutant emissions from internal combustion engines, especially in the automotive sector, further developments of the combustion control and the associated control components are necessary. As a decisive factor of combustion to be optimized, combustion chamber pressure has recently been identified which plays a crucial role in achieving optimum combustion in a combustion chamber, especially self-igniting internal combustion engines.
Um den Brennraumdruck einer Verbrennungskraftmaschine zu messen, werden beispielsweise Brennraumdrucksensoren in dem Brennraum der Brennkraftmaschine vorgesehen. Insbesondere besteht ein Bedarf an großserientauglichen Brennraumdrucksensoren, sowohl für Otto-Motoren als auch für Diesel-Motoren. Auch für neuartige Motorkonzepte, wie beispielsweise selbstzündende Otto-Motoren (HCCI-Motoren), sind Brennraumdrucksensoren wünschenswert.In order to measure the combustion chamber pressure of an internal combustion engine, for example, combustion chamber pressure sensors are provided in the combustion chamber of the internal combustion engine. In particular, there is a need for large-volume combustion chamber pressure sensors, both for gasoline engines and for diesel engines. For novel engine concepts, such as self-igniting gasoline engines (HCCI engines), combustion chamber pressure sensors are desirable.
Eine Vorrichtung zur Erfassung eines Brennraumdrucks in einem Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine ist beispielsweise in der Druckschrift
Aus der Druckschrift
Eine Glühstiftkerze mit integrierter Druckmessung für einen Brennraumdruck einer Verbrennungskraftmaschine ist auch aus der Druckschrift
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Es wird ein Brennraumdruckaufnehmer zur Messung eines Brennraumdrucks in einem Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine vorgeschlagen, welcher ein Sensorelement umfasst, das einen auf das Sensorelement einwirkenden Druck in eine elektrisch messbare Größe umwandelt.A combustion chamber pressure sensor for measuring a combustion chamber pressure in a combustion chamber of an internal combustion engine is proposed, which comprises a sensor element which converts a pressure acting on the sensor element into an electrically measurable variable.
Erfindungsgemäß ist dabei das Sensorelement als elektrisch leitfähiges Pulver ausgeführt, welches bei einer Änderung des auf das Sensorelement einwirkenden Drucks eine Änderung seines elektrischen Widerstands erfährt, und das Sensorelement ist derart innerhalb eines Druckrohrs angeordnet, dass eine Änderung des auf das Druckrohr einwirkenden Brennraumdrucks eine Änderung des auf das Sensorelement einwirkenden Drucks bewirkt. Durch eine solche Änderung des auf das Sensorelement einwirkenden Drucks ändert sich der elektrische Widerstand des Sensorelements.According to the invention, the sensor element is embodied as an electrically conductive powder, which undergoes a change in its electrical resistance when the pressure acting on the sensor element changes, and the sensor element is arranged within a pressure tube such that a change in the combustion chamber pressure acting on the pressure tube results in a change in the pressure on the sensor element acting pressure causes. By such a change of the pressure acting on the sensor element, the electrical resistance of the sensor element changes.
Vorzugsweise ist das Druckrohr elektrisch und mechanisch mit einem Gehäuse verbunden, welches ein Außengewinde aufweist. Somit ist der Brennraumdruckaufnehmer mittels des Außengewindes in eine Bohrung in der Verbrennungskraftmaschine einschraubbar, die ein entsprechendes Innengewinde aufweist. Zusätzlich besteht somit eine elektrische Verbindung zwischen dem Druckrohr und der Verbrennungskraftmaschine, die zur Messung des Widerstands des Sensorelements genutzt werden kann.Preferably, the pressure tube is electrically and mechanically connected to a housing having an external thread. Thus, the Brennraumdruckaufnehmer by means of the external thread in a bore in the internal combustion engine can be screwed, which has a corresponding internal thread. In addition, there is thus an electrical connection between the pressure tube and the internal combustion engine, which can be used to measure the resistance of the sensor element.
Vorzugsweise ist das Druckrohr zumindest annähernd hohlzylindrisch ausgebildet, und an einer Stirnseite ist das Druckrohr mit einem Boden verschlossen.Preferably, the pressure tube is at least approximately hollow cylindrical, and on a Front side, the pressure tube is closed with a bottom.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist eine Mittelektrode vorgesehen, die von der dem Boden abgewandten Seite in das Druckrohr hinein ragt.According to an advantageous embodiment of the invention, a central electrode is provided, which projects from the side facing away from the bottom into the pressure tube.
Die Mittelektrode erstreckt sich dabei vorteilhaft bis zu dem Sensorelement, das innerhalb des Druckrohrs angeordnet ist. Die Mittelektrode stellt eine elektrische Verbindung zu dem Sensorelement dar, die zur Messung des Widerstands des Sensorelements genutzt werden kann.The middle electrode extends advantageously up to the sensor element, which is arranged within the pressure tube. The center electrode is an electrical connection to the sensor element, which can be used to measure the resistance of the sensor element.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist an einer äußeren Mantelfläche der Mittelelektrode eine Isolationsschicht aufgebracht, die sich vorzugsweise zumindest annähernd über die ganze Mantelfläche der Mittelelektrode erstreckt.According to an advantageous embodiment of the invention, an insulating layer is applied to an outer circumferential surface of the center electrode, which preferably extends at least approximately over the entire lateral surface of the center electrode.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist an einer inneren Mantelfläche des Druckrohrs zumindest teilweise eine, vorzugsweise dünne, Isolierschicht vorgesehen.According to a further advantageous embodiment of the invention, at least partially a, preferably thin, insulating layer is provided on an inner circumferential surface of the pressure tube.
Das Sensorelement liegt vorteilhaft an dem Boden des Druckrohrs an, also in einem Bereich, in dem keine Isolierschicht vorgesehen ist. Dadurch hat das Sensorelement ständig eine elektrische Verbindung zu dem Boden des Druckrohrs.The sensor element is advantageous at the bottom of the pressure tube, ie in a region in which no insulating layer is provided. As a result, the sensor element constantly has an electrical connection to the bottom of the pressure tube.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist innerhalb des Druckrohrs zusätzlich ein Isoliermaterial vorgesehen, welches als elektrisch isolierendes Pulver ausgeführt ist.According to an advantageous embodiment of the invention, an insulating material is additionally provided within the pressure tube, which is designed as an electrically insulating powder.
Ferner wird eine Verbrennungskraftmaschine vorgeschlagen, welche mindestens einen erfindungsgemäßen Brennraumdruckaufnehmer umfasst.Further, an internal combustion engine is proposed which comprises at least one Brennraumdruckaufnehmer invention.
Ferner wird ein Verfahren zur Messung eines Brennraumdrucks in einem Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine vorgeschlagen. Dabei wird ein elektrischer Widerstand eines Sensorelements gemessen, wobei das Sensorelement als elektrisch leitfähiges Pulver ausgeführt ist, welches bei einer Änderung des auf das Sensorelement einwirkenden Drucks eine Änderung seines elektrischen Widerstands erfährt, und wobei das Sensorelement derart innerhalb eines in den Brennraum hinein ragenden Druckrohrs angeordnet ist, dass eine Änderung des auf das Druckrohr einwirkenden Brennraumdrucks eine Änderung des auf das Sensorelement einwirkenden Drucks bewirkt. Durch eine solche Änderung des auf das Sensorelement einwirkenden Drucks ändert sich der elektrische Widerstand des Sensorelements.Furthermore, a method for measuring a combustion chamber pressure in a combustion chamber of an internal combustion engine is proposed. In this case, an electrical resistance of a sensor element is measured, wherein the sensor element is designed as an electrically conductive powder, which undergoes a change in its electrical resistance upon a change in the pressure acting on the sensor element, and wherein the sensor element arranged within such a projecting into the combustion chamber pressure tube is that a change in the combustion chamber pressure acting on the pressure tube causes a change in the pressure acting on the sensor element pressure. By such a change of the pressure acting on the sensor element, the electrical resistance of the sensor element changes.
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Durch die erfindungsgemäße Anordnung des Sensorelements innerhalb des Druckrohrs, welches auch als Glührohr fungieren kann, befindet sich das Sensorelement bei in der Verbrennungskraftmaschine montiertem Brennraumdruckaufnehmer innerhalb des Brennraums, und somit näher an der zu messenden Größe. Dadurch erfolgt ist Druckmessung mit erhöhter Geschwindigkeit möglich und auch verhältnismäßig schnell wechselnde Drücke, die in einem Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine üblich sind, können gemessen werden.The inventive arrangement of the sensor element within the pressure tube, which can also act as a glow tube, the sensor element is located in the internal combustion engine mounted Brennraumdruckaufnehmer within the combustion chamber, and thus closer to the size to be measured. As a result, pressure measurement with increased speed is possible and also relatively rapidly changing pressures that are common in a combustion chamber of an internal combustion engine can be measured.
Die Ausführung des Sensorelements als elektrisch leitfähiges Pulver ermöglicht eine verhältnismäßig einfache Anpassung an den Brennraumdruck. Insbesondere folgt der Zusammenhang zwischen Druck und Widerstand des als elektrisch leitfähiges Pulver ausgeführten Sensorelements einer bekannten Kurve und ist insbesondere von einer Vorverdichtung des Pulvers sowie von dem verwendeten Material des Pulvers abhängig.The design of the sensor element as an electrically conductive powder allows a relatively simple adaptation to the combustion chamber pressure. In particular, the relationship between pressure and resistance of the sensor element embodied as an electrically conductive powder follows a known curve and depends in particular on a pre-compression of the powder and on the material used for the powder.
Der Brennraumdruckaufnehmer kann auch mit einer Glühstiftkerze kombiniert werden, das heißt, der Brennraumdruckaufnehmer kann auch zum Erwärmen des Brennraums genutzt werden. In diesem Fall wirkt das Druckrohr als Glührohr und das Sensorelement, welches als elektrisch leitfähiges Pulver ausgeführt ist, wirkt als Heizmaterial. Bei einem Stromfluss wird dann das Pulver erhitzt, welches das Glührohr erhitzt, welches die Wärme dann an den Brennraum abgibt.The Brennraumdruckaufnehmer can also be combined with a glow plug, that is, the Brennraumdruckaufnehmer can also be used to heat the combustion chamber. In this case, the pressure tube acts as a glow tube and the sensor element, which is designed as an electrically conductive powder acts as a heating material. During a current flow, the powder is then heated, which heats the glow tube, which then delivers the heat to the combustion chamber.
Eine innerhalb des Druckrohrs vorgesehene Isolierschicht verhindert einen unkontrollierten Stromfluss von der Mittelelektrode durch das Sensorelement zu dem Druckrohr. An insulating layer provided within the pressure tube prevents uncontrolled flow of current from the center electrode through the sensor element to the pressure tube.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Ausführungsformen der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.Embodiments of the invention will be explained in more detail with reference to the drawings and the description below.
Es zeigen:Show it:
Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention
In
Der Brennraumdruckaufnehmer
Das Gehäuse
Ein Druckrohr
Innerhalb des Druckrohrs
Das Druckrohr
Bei einer Änderung des auf das Sensorelement
In dem übrigen Innenraum des Druckrohrs
Die Mittelelektrode
Der Brennraumdruckaufnehmer
Ein innerhalb des Brennraums der Verbrennungskraftmaschine herrschender Brennraumdruck beaufschlagt das Druckrohr
Der Zusammenhang zwischen dem auf das Sensorelement
In dem ersten Bereich
In dem zweiten Bereich
In dem dritten Bereich
Die Empfindlichkeit des Sensorelements
Ein Längsschnitt durch einen Brennraumdruckaufnehmer
Die innere Mantelfläche des Druckrohrs
Anschließend an das Sensorelement
Das Leitmaterial
Der Brennraumdruckaufnehmer
Einen Längsschnitt durch einen Brennraumdruckaufnehmer
Das Druckrohr
Die Mittelelektrode
Auch der Brennraumdruckaufnehmer
Ein Brennraumdruckaufnehmer
Innerhalb des Druckrohrs
Der an das Sensorelement
Auch der Brennraumdruckaufnehmer
Einen Längsschnitt durch einen Brennraumdruckaufnehmer
Das Druckrohr
Die Mittelelektrode
An der äußeren Mantelfläche der Mittelelektrode
Auch der Brennraumdruckaufnehmer
Einen Längsschnitt durch einen Brennraumdruckaufnehmer
Das Druckrohr
Die Mittelelektrode
An der äußeren Mantelfläche der Mittelelektrode
Auch der Brennraumdruckaufnehmer
Die Ummantelung der äußeren Mantelfläche der Mittelelektrode
Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele und die darin hervorgehobenen Aspekte beschränkt. Vielmehr ist innerhalb des durch die Ansprüche angegebenen Bereichs eine Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen des fachmännischen Handelns liegen.The invention is not limited to the described embodiments and the aspects highlighted therein. Rather, within the scope given by the claims a variety of modifications are possible, which are within the scope of professional practice.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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| DE102010038798A1 (en) | 2010-08-02 | 2012-02-02 | Robert Bosch Gmbh | Device for detecting a combustion chamber pressure |
| EP1517086B1 (en) | 2003-09-19 | 2012-11-14 | Beru AG | Glow Plug with a pressure sensor for a diesel engine |
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2016
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Patent Citations (3)
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| DE102010038798A1 (en) | 2010-08-02 | 2012-02-02 | Robert Bosch Gmbh | Device for detecting a combustion chamber pressure |
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