DE3021088A1

DE3021088A1 - Sensor

Info

Publication number: DE3021088A1
Application number: DE19803021088
Authority: DE
Inventors: Dieter Dipl.-Ing. 7000 Stuttgart Betz; Klaus Dr. 7016 Gerlingen Dobler
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1980-06-04
Filing date: 1980-06-04
Publication date: 1981-12-10

Description

Sensor
Stand der Technik Die Erfindung geht aus von einem Sensor nach der Gattung des Hauptanspruches.
Es sind verschiedene Anordnungen bekannt, um den Druck in einem Medium dadurch zu messen, daß die Krafteinwirkung auf einen im Medium angeordneten Sensor erfaßt wird.
Als Sensoren eignen sich hierbei auch kapazitive Aufne-hmer, wie sie beispielsweise in dem Lehrbuch F.X. Eder, Moderne Meßmethoden der Physik, Teil I, VEB-Verlag der Wissenschaften 1968, Seite 355 beschrieben sind. Nachteil dieser bekannten kapazitiven Sensoren ist jedoch, daß die sich änderende Kapazität mit aufwendigen Hochfrequenzmitteln -erfaßt werden muß, die insbesondere dann nicht vorgesehen werden können, wenn es sich um Messungen unter rauhen Betriebsbedingungen, beispielsweise an Bord eines Kraftfahrzeuges handelt.
Es ist weiter bekannt, daß bei Verbrennungsmotoren unter bestimmten Arbeitsbedingungen ein sogenanntes Klopfen auftritt. Hierunter versteht man tonfrequente Schwingungen des kompremierten Kraftstoff-Luft-Gemisches, die durch eine unkontrollierte Verbrennung ausgelöst werden. Während dieser Schwingungen ist der Wärmeübergang an Kolben- und Zylinderwänden des Verbrennungsmotors stark erhöht. Dies hat eine schädliche thermische Überlastung dieser Flächen zur Folge, so daß man bestrebt ist, das Klopfen grundsätzlich zu vermeiden, da durch die auftretenden Materialabtragungen an den brennraumseitigen Wandungen schließlich eine Zerstörung des Verbrennungsmotors auftreten kann. Da man jedoch andererseits bestrebt ist, den bestehenden Betriebsbereich des Verbrennungsmotors möglichst weitgehend auszunutzen, besteht Interesse aneinem- Sensor, der'das Klopfen frühzeitig und sicher anzeigt. Dabei kann das Klopfen beispielsweise durch Messung und Uberwaehung des Druckes im Brennraum des Verbrennungsmotors erkannt werden.
Vorteile der Erfindung .Der erfindungsgemäße Sensor mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruches hat'gegenüber den bekannten Drucksensoren den Vorteil, besonders einfach,- robust und billig inder Herstellung zu sein, da keine hochwertigen Materialien verwendet werden müssen. Außerdem liefert.der erfi-ndungsgemäße Sensor aktive Signale, die unmittelbar weiterverarbeitet werden können.
Zeichnung Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 ein erstes A-usführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Sensors in Scheibenform in einer Maschinenschraube; Fig. 2 eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Sensors in Röhrchenform; Fig. 3 eine dritte Ausführungsform eines erfindungsgemäßefl Sensors in einer Zündkerze; Fig. 4 bis 6 we-itere Ausgestaltungen der in Fig. 3 angegebenen Ausführangsform.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform eines erfinduflgsgemäßen Sensors wird eine kondensatorähnliche Anordnung verwendet, die ein zwischen zwei Elektroden 1, 2 angeordnetes Dielektrikum 3 aufweist. Die aus den Elementen 1 bis 3 gebildete Kondensatoranordnung ist dabei zum Schutze gegen das den-Sensor umgebende Medium mit einer Schutzschicht 4 umgeben. An di Elektroden 1, 2 ist eine zweiadrige Zuleitung 5 angeschlossen. Im in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Sensoranordnung in einen Schlitz im Schaft einer Maschinenschraube 6 angeordnet, die in eine Wandung 7 eingeschraubt ist, die beispielsweise die Wandung eines Druckbehälters sein kann. Die -Zuleitung 5 ist drucksicher durch die Maschinenschraube 6 geführt und mit einem Verstärker 8 verbunden.
Die erfindungsgemäßen Sensoren machen sich die Tatsache zunutze, daß an aneinander angrenzenden Körpern bestimmter Stoffe bei Deformation ihrer Oberfläche oder ihres Volumens elektrische Impulse -entstehen, die durch Ladungsänderungen in der Oberfläche erzeugt werden. Bei der in Fig. 1 dargestellten Scheibchenkondensator-Anordnung wird das Dielektrikum 3 dann deformiert, wenn sich der auf der Innenseite der Wandung 7 herrschende Druck ändert. Dann wird die Oberfläche der Elektroden 1, 2 und das Volumen des Dielektrikums 3 geändert und über die Zuleitung 5 wird ein elektrischer Impuls an den Verstärker 8 abgegeben. Bei diesem Signal handelt es sich um ein aktives elektrisches Signal, das eine ausreichende Amplitude besitzt, um direkt oder nach entsprechender Verstärkung weiterverarbeitet zu werden.
Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform ist die Sensoranordnung in Form eines Röhrchenkondensators realisiert. Dabei hat das Dielektrikum 3 eine rohrförmige Gestait und ist an der Innen- und Außenseite mit den Elektroden 1 bzw. 2 bedeckt. Entsprechend ist von den Elektroden 1, 2 die Zuleitung 5 weggeführt und die Sensoranordnung ist gegebenenfalls gegen Einflüsse des umgebenden Mediums mit einer Schutzschicht 4 geschütz.
Will man den Druckverlauf im Verbrennungsraum eines Verbrennungsmotors messen, wird erfindungsgemäß eine auf den eingangs ausführlich geschilderten Erscheinungen beruhende Sensoranordnung dadurch realisiert, daß eine Kondensatoranordnung in einer Zündkerze des Verbrennungsmotors untergebracht wird. Hierbei wird die Tatsache ausgenutzt, daß zwischen der Mittelelektrode 10 und dem Außengewinde 11 einer Zündkerze üblicherweise ein sogenannter "Atmungsraum 12 vorgesehen ist. Erfindungsgemäß wird daher eine kapazitive Sensoranordnung in diesem'Atmungsraum 12-untergebracht und zwar in bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung entweder an der Außenseit-e,'d.h. der Innenseite des Außengewindes 11 oder an der Innenseite, d.h. an der Außenseite des die Mittelelektrode 10 umgebenden Kerzensteins. Die Sensoranordnung ist dabei bevorzugt wieder als Röhrchenkondensator ausgebildet, wobei das Dielektrikum 13 bei der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform direkt auf die Innenseite des Außengewindes 11 aufgebracht ist, wobei das Außengewinde 11 eine Elektrode des Kondensators bildet. Die zweite Elektrode 14 ist auf die Innenseite des Dielektrikums 13 aufgebracht und wird über eine Zuleitung 15 drucksicher mit dem Außenraum verbunden.
Der Aufbau der in Fig.-3 dargestellten Kondensatoranordnung in einer Zündkerze kann entsprechend dem in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel verändert werden. Dabei ist auf die Anordnung aus Dielektrikum 13 und Elektrode 14 zusätzlich eine Schutzschicht 16 gegen die im Brennraum vorhandenen Verbrennungsgase vorgesehen. Bei der in Fig. 5 dargestellten Ausführungsform wird das Dielektrikum 13 nicht unmittelbar auf die Innenseite des ußengewinds 11 auf--gebracht sondern ist von zwei Isolierschichten 17, 18 eingeschlossen, was wiederum zwei Elektroden 14, 19 erfordert, die über eine zweiadrige Zuleitung in den Außenraum geführt werden. Wie aus Fig. 6 ersichtlich, kann die in Fig. -5 dargestellte Anordnung durch eine Schutzschicht 16 erweitert werden, um die Anordnung gegenüber den Verbrennungsgasen zu schützen.
Es versteht sich-von selbst, daß die insbesondere in den Fig. 3 und 6 dargestellten Ausführungsformen nur beispielhafte Darstellungen sind. Es ist selbstverständlich genauso möglich, im Atmungsraum 12 der Zündkerze einen Scheibchenkondensator oder eine Kondensatoranordnung anderer Geometrie unterzubringen.

Claims

Ansprüche 1 Sensor zur Erfassung des Druckes eines Mediums, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Medium eine Kondensatoranordnung, bestehend aus wenigstens einem Dielektrikum (3, 13) und. wenigstens zwei Elektroden (1, 2, 14, 19) angeordnet ist und das bei Druckeinwirkung auf die Kondensatoranordnung erzeugte aktive elektrische Signal einem Verstärker (8) zugeführt wird.
2. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Dielektrikum (3, 13) aus Kunststoff besteht.
3. Sensor nach Anspruch -1, dadurch gekennzeichnet, daß das Dielektrikum (3, 13) aus Keramik besteht.
4. Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensatoranordnung in Scheibenbauart ausgeführt ist.
5. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensatoranordnung in Röhrchenbauart ausgeführt ist.
6. Sensor zur Erfassung des Verbrennungsdruckes in einer Brennkraftmaschine, mit einem in einer Zündkerze angeordneten druckempfindlichen Element, dadurch gekennzeichnet, daß in einem zwischen Mittelelektrode (10) und Außengewinde (11) befindlichen Atraungsraum (12) eine Anordnung aus wenigstens einem Dielektrikum (13) und wenigstens zwei Elektroden (11, 1h, 19) angeordnet ist.