DE3126676A1 - Sensor for detecting the vibrations occurring during knocking of an internal-combustion engine - Google Patents

Sensor for detecting the vibrations occurring during knocking of an internal-combustion engine

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Abstract

A sensor is proposed which is to be used with the aid of a piezoelectric element to detect the vibration occurring during knocking of an internal-combustion engine, and in which a flexural (bending) vibrator made from an elastic material is provided which transmits its vibrations to fixed piezoelectric elements. The flexural vibrator is connected permanently to the internal-combustion engine at one end via the piezoelectric elements and aligned transversely to the direction of vibration of the part of the internal-combustion engine. <IMAGE>

Description

Sensor zur Erfassung der beim Klopfen einerSensor for detecting the knocking of a

Brennkraftmaschine auftretenden Schwingungen Stand der Technik Die Erfindung geht aus von einem Sensor nach der Gattung des Hauptanspruchs und des nebengeordneten Anspruchs 7.Internal combustion engine occurring vibrations prior art The Invention is based on a sensor according to the preamble of the main claim and the secondary claim 7.

In der älteren Patentanmeldung P 30 o8 780.0 wird ein Sensor zur Erfassung der beim Klopfen einer Brennkraftmaschine auftretenden Schwingungen mit Hilfe eines piezoelektrischen Elementes vorgeschlagen. Dabei wird ein Biegeschwinger aus elastischem Material verwendet, der seine Schwingungen auf mindestens ein feststehendes piezoelektrisches Element überträgt. Der Biegeschwinger ist an einem Ende über das piezoelektrische Element mit der Brennkraftmaschine verbunden und quer zur Schwingungsrichtung des Teiles der Brennkraftmaschine ausgerichtet.In the older patent application P 30 o8 780.0 a sensor is used for detection the vibrations occurring when knocking an internal combustion engine with the help of a proposed piezoelectric element. A flexural oscillator is made of elastic Material used that has its vibrations on at least one fixed piezoelectric Element transmits. The flexural oscillator is at one end over the piezoelectric Element connected to the internal combustion engine and transverse to the direction of vibration of the Part of the internal combustion engine aligned.

Vorteile der Erfindung Der erfindungsgemäße Sensor mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs sowie des nebengeordneten Anspruchs 7 hat darüber hinaus den Vorteil, daß er schneller und einfacher herzustellen ist.Advantages of the Invention The sensor according to the invention with the characterizing Features of the main claim and the subsidiary claim 7 also has the advantage that it is quicker and easier to manufacture.

Zeichnung Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 und 2 schematisch verschiedene Anordnungen des Sensors, Figur 3 den gesamten Aufbau eines weiteren Sensors, Figur 4 den Aufbau eines weiteren Sensors in einem Schraubenkopf und Figur 5 das piezoelektrische Element eines Sensors nach Figur 4 von vorn.Drawing The invention is shown in the drawing and in the explained in more detail below. Figures 1 and 2 show schematically different arrangements of the sensor, Figure 3 shows the entire structure of another Sensor, Figure 4 shows the structure of a further sensor in a screw head and Figure 5 the piezoelectric element of a sensor according to FIG. 4 from the front.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels Die Erfindung ist eine Weiterbildung des in der Patentanmeldung P 30 08 780.0 beschriebenen Gegenstandes, deren Offenbarung zum Inhalt der Offenbarung dieser Anmeldung gehören soll.Description of the exemplary embodiment The invention is a further development of the subject matter described in patent application P 30 08 780.0, the disclosure of which to belong to the content of the disclosure of this application.

Der in Figur 1 dargestellte Biegeschwinger 1 weist ein freies, schwingendes Ende 2 und ein Andruckteil 3 auf.The flexural oscillator 1 shown in Figure 1 has a free, oscillating End 2 and a pressure part 3 on.

Das Andruckteil 3 ist mit Hilfe einer Spannvorrichtung eingespannt. Das Andruckteil 3 ist wellenförmig ausgebildet und liegt jeweils mit einem Wellental linienförmig auf zwei nebeneinander liegenden piezoelektrischen Elementen 4, 5 auf. Die Spannvorrichtung setzt sich aus Spannbacken und einer Feder 6 zusammen, wobei die eine Spannbacke als Isolierplättchen 7 und die andere Spannbacke als Isolierteil 8 ausgebildet ist. Die Feder 6 drückt das Isolierteil 8 gegen das Andruckteil 3 des Biegeschwingers 1, das wiederum die piezoelektrischen Elemente 4, 5 über das Isolierplättchen 7 gegen das schematisch dargestellte Maschinenteil 9 preßt. Das Maschinenteil 9, mit dem der Sensor starr verbunden ist, muß die Klopfgeräusche in der Brennkraftmaschine übertragen, wobei der Biegeschwinger quer zur Schwingungsrichtung dieses Teiles der Brennkraftmaschine ausgerichtet ist. Durch die Schwingungen des Biegescbwingers 1 werden die piezoelektrischen Elemente 4, 5 an ihren Andruckstellen elastisch deformiert, so daß an den Zuleitungen 10 ein der Querkraft proportionales elektrisches Signal abnehmbar ist.The pressure part 3 is clamped with the aid of a clamping device. The pressure part 3 is wave-shaped and has a wave trough in each case linearly on two adjacent piezoelectric elements 4, 5. The clamping device is composed of clamping jaws and a spring 6, wherein one clamping jaw as an insulating plate 7 and the other clamping jaw as an insulating part 8 is formed. The spring 6 pushes this Insulating part 8 against the Pressure part 3 of the oscillating flexure 1, which in turn contains the piezoelectric elements 4, 5 over the insulating plate 7 against the machine part shown schematically 9 presses. The machine part 9, with which the sensor is rigidly connected, must make the knocking noises transmitted in the internal combustion engine, the flexural oscillator transversely to the direction of oscillation this part of the internal combustion engine is aligned. The vibrations of the Biegescbwingers 1, the piezoelectric elements 4, 5 at their contact pressure points elastically deformed, so that on the leads 10 a proportional to the transverse force electrical signal is removable.

Die piezoelektrischen Elemente sind elektrisch durch den Biegeschwinger 1 miteinander verbunden. Über die Zuleitungen 10 wird die Summe der an den beiden piezoelektrischen Elementen 4, 5 erzeugten Spannungen gemessen. Da die Polarisationsrichtung P der Elemente 4, 5, die durch die Pfeile 11 angedeutet ist, gleich ist, tritt eine Spannung nur auf, wenn die mechanischen Belastungen in beiden Elementen die gleiche Richtung haben, z.B. bei einer angeregten Biegeschwingung. Dieser schematisch dargestellte Sensor kann wie auch in Figur 4 gezeigt ist, in einer Querbohrung eines Schraubenkopfes z.B. einer Zylinderkopfschraube untergebracht werden, wobei als Wiederlager der Feder 6 eine in ein Gewinde der Querbohrung eingebrachte Schraube verwandt werden kann.The piezoelectric elements are electrical due to the flexural vibrator 1 connected to each other. About the supply lines 10 is the sum of the two piezoelectric elements 4, 5 generated voltages measured. Because the direction of polarization P of the elements 4, 5, which is indicated by the arrows 11, is the same, one occurs Tension only occurs when the mechanical loads in both elements are the same Have direction, e.g. in the case of an excited bending vibration. This shown schematically As is also shown in FIG. 4, the sensor can be installed in a transverse bore of a screw head e.g. a cylinder head screw, with the Spring 6 a screw introduced into a thread of the transverse bore can be used can.

In Figur 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Klopfsensors mit zwei piezoelektrischen Elementen 4, 5 dargestellt. Das Andruckteil 3 ist in diesem Falle so ausgebildet, daß es gleichzeitig als Andruckfeder dient, so daß die Feder 6 entfallen kann. Das als Andruckfeder ausgebildete Andruckteil 3 weist Krümmungen unterschiedlicher Richtungen auf, wobei zwei Krümmungen gleicher Richtung linienförmig auf den jeweiligen piezoelektrischen Elementen 4, 5 aufliegen und das Isolierteil 8 gegen das Teil der Andruckfeder gedrückt wird, das zwischen den beiden Auflagepunkten liegt und eine zu diesen entgegengesetzte Krümmungsrichtung aufweist. Die Wirkungsweise dieser Anordnung ist dieselbe wie in Figur 1 beschrieben, allerdings ist die Polarisationsrichtung P der beiden piezoelektrischen Elemente 4, 5 entgegengesetzt, so daß eine Spannung an den Zuleitungsnl0 nur auftritt, wenn die Belastungen in den. beiden Elementen 4, 5 entgegengesetzt sind. Dies ist bei einer angeregten Biegeschwingung der Fall.In Figure 2 is a further embodiment of a knock sensor shown with two piezoelectric elements 4, 5. The pressure part 3 is in this case designed so that it also serves as a pressure spring, so that the spring 6 can be omitted. The pressure part 3, which is designed as a pressure spring, has Curvatures in different directions, with two curvatures in the same direction linearly on the respective piezoelectric elements 4, 5 and the Insulating part 8 against the part of Pressure spring is pressed, the lies between the two support points and a direction of curvature opposite to these having. The mode of operation of this arrangement is the same as described in Figure 1, however, the polarization direction is P of the two piezoelectric elements 4, 5 opposite, so that a voltage on the supply lines only occurs when the loads in the. two elements 4, 5 are opposite. This is at an excited bending vibration is the case.

Figur 3 zeigt eine weitere vereinfachte Form eines Klopfsensors. Es ist nur noch ein einzelnes piezoelektrisches Element 15 vorgesehen. Das Ende des Andruckteils 3 ist mit Hilfe einer Schraube fest eingespannt, um Kraft-und Formschluß zu erhalten. Das Andruckteil 3 weist eine Erhöhung auf, mit der der Biegeschwinger 1 auf dem einzelnen piezoelektrischen Element 15 aufliegt und die Federvorspannung des Andruckteils 3 erhöht. Der Klopfsensor ist auf einer Platte 13 angeordnet, die einen Durchbruch 14 für die Zuleitung 10 aufweist und die in einen Hohlraum eines Schraubenkopfes eingeschraubt werden kann. Die Abnahme der Spannung erfolgt in allen drei Ausführungsbeispielen dadurch, daß die piezoelektrischen Elemente 4, 5, 15 an ihren Längsseiten elektrisch leitend ausgebildet sind, indem beispielsweise Leiter aufgedampft sind oder metallische Flächen vorgesehen sind.FIG. 3 shows a further simplified form of a knock sensor. It only a single piezoelectric element 15 is provided. The end of the Pressure part 3 is firmly clamped in place with the aid of a screw in order to create a force and form fit to obtain. The pressure part 3 has an elevation with which the flexural oscillator 1 rests on the individual piezoelectric element 15 and the spring preload of the pressure part 3 increased. The knock sensor is arranged on a plate 13 which has an opening 14 for the supply line 10 and which is in a cavity of a Screw head can be screwed in. The decrease in tension occurs in all three embodiments in that the piezoelectric elements 4, 5, 15 are designed to be electrically conductive on their long sides, for example by conductors are vapor-deposited or metallic surfaces are provided.

Der Biegeschwinger 1 ist mit seinen Teilen 2, 3 aus einem Stück gefertigt, er kann z.B. aus einem Stück gestanzt und gedruckt sein.The flexural oscillator 1 is made of one piece with its parts 2, 3, it can e.g. be punched and printed from one piece.

In Figur 4 ist ein weiterer Klopfsensor dargestellt, der in einer Querbohrung eines Schraubenkopfes einer Zylinderkopfschraube 27 einer Brennkraftmaschine angebracht ist.In Figure 4, another knock sensor is shown, which is in a Cross bore of a screw head of a cylinder head screw 27 of an internal combustion engine is appropriate.

Die Zylinderkopfschraube 27 weist eine Querbohrung 16 auf, in der ein Absatz 17 vorgesehen ist. Gegen diesen Absatz 17 ist eine kreisförmige Isolierplatte 18 als erste Spannbacke angelegt, gegen welche ein rohrförmiges piezoelektrisches Element 19 gedrückt wird, wobei das rohrförmige piezoelektrische Element 19 einen etwas kleineren Durchmesser als die Querbohrung 16 an dieser Stelle aufweist. Gegen das rohrförmige piezoelektrische Element 19 ist mittels einer Feder 20 ein Biegeschwinger 21 gepreßt, der an seinem Fuß 26 verbreitert ist und als zweite Spannbacke dient. Der Fuß 26 wird durch zwei Winkelbleche 22 gebildet, zwischen denen der Biegeschwinger fest verbunden angeordnet,.The cylinder head screw 27 has a transverse bore 16, in which a paragraph 17 is provided. Against this paragraph 17 is a circular insulating plate 18 applied as the first clamping jaw, against which a tubular piezoelectric Element 19 is pressed, the tubular piezoelectric element 19 a has a slightly smaller diameter than the transverse bore 16 at this point. Against the tubular piezoelectric element 19 is a flexural oscillator by means of a spring 20 21 pressed, which is widened at its foot 26 and serves as a second clamping jaw. The foot 26 is formed by two angle plates 22, between which the flexural oscillator firmly connected.

z.B. geschweißt ist. Außerdem ragt er zur Verkürzung der Baulänge in das rohrförmige piezoelektrische Element 19 hinein. Als Widerlager der Feder 20 dient eine in ein Gewinde der Querbohrung eingebrachte Schraube 23. Die rückwärtige Seite der Querbohrung ist durch eine weitere Schraube 24 abgeschlossen. Die an dem piezoelektrischen Element 19 angebrachten Zuleitungen 25 können durch Bohrungen in der Schraube isoliert herausgeführt werden.e.g. is welded. It also protrudes to shorten the overall length into the tubular piezoelectric element 19. As an abutment for the spring A screw 23 inserted into a thread of the transverse bore is used for 20. The rear screw The side of the transverse bore is closed by a further screw 24. The one on that Piezoelectric element 19 attached leads 25 can through bores isolated in the screw.

In. Figur 5 ist das piezoelektrische Element 19, das in einem Sensor nach Figur 4 Verwendung findet, von vorn dargestellt. An der Innenseite des rohrförmigen Elements 19 sind Kontaktierungen 29 und 30 vorgesehen, die an den Querschnittsabschnitten des Elements 19 angebracht sind, in deren Bereich die Winkelbleche 22 liegen. Die Zuleitungen 25 sind an den Kontaktierungen 29, 30 befestigt. Die Gegen-28 elektrode erstreckt sich ungeteilt über den gesamten Außenmantel des Elements 19.In. Figure 5 is the piezoelectric element 19 in a sensor is used according to Figure 4, shown from the front. On the inside of the tubular Elements 19 are contacts 29 and 30 provided on the cross-sectional sections of the element 19 are attached, in the area of which the angle plates 22 are located. the Leads 25 are attached to the contacts 29, 30. The counter-28 electrode extends undivided over the entire outer casing of the element 19.

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Claims (1)

Ansprüche 1. Sensor zur Erfassung der beim Klopfen einer Brennkraftmaschine auftretenden Schwingungen mit mindestens einem piezoelektrischen Elemente wobei ein Biegeschwinger aus elastischem Material vorgesehen ist, der einseitig mit Hilfe einer Spannvorrichtung eingespannt ist und wobei zwischen Spannbacken das mindestens eine piezoelektrische Element angebracht ist und wobei die Spannbacken starr mit einem die Klopfgeräusche übertragenden Teil der Brennkraftmaschine verbunden sind und der Biegeschwinger quer zur Schwingungsrichtung dieses Teils der Brennkraftmaschine ausgerichtet ist (insbesondere nach Patentanmeldung P 30 OS 780.0), dadurch gekennzeichnet, daß der Biegeschwinger (i) mit seinem Andruckteil (3)- federnd auf dem mindestens einen piezoelektrischen Element (4, 9 5, 11) aufliegt 2. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Biegeschwinger (1) mit seinem Andruckteil (3) aus einem Stück gestanzt und gedrückt ist.Claims 1. Sensor for detecting the knocking of an internal combustion engine occurring vibrations with at least one piezoelectric element wherein a flexural oscillator made of elastic material is provided, which is unilateral with the help a clamping device is clamped and wherein between clamping jaws the at least a piezoelectric element is attached and wherein the clamping jaws are rigid with are connected to a part of the internal combustion engine that transmits the knocking noises and the flexural oscillator transversely to the direction of oscillation of this part of the internal combustion engine is aligned (in particular according to patent application P 30 OS 780.0), characterized in that that the flexural oscillator (i) with its pressure part (3) - resiliently on the at least a piezoelectric element (4, 9, 5, 11) rests 2nd sensor according to claim 1, characterized in that the flexural oscillator (1) with its pressure part (3) is stamped and pressed from one piece. 3. Sensor nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Andruckteil (3) wellenförmig ausgebildet ist und jeweils ein Wellental des Andruckteils (3) durch eine Feder (6) gegen zwei nebeneinanderliegende piezoelektrische Elemente (4, 5) gedrückt wird.3. Sensor according to claim 1 or claim 2, characterized in that that the pressure part (3) is wave-shaped and each has a wave trough of the Pressure part (3) by a spring (6) against two adjacent piezoelectric Elements (4, 5) is pressed. 4. Sensor nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Andruckteil (3) als gekrümmte blattförmige Andruckfeder ausgebildet ist.4. Sensor according to claim 1 or claim 2, characterized in that that the pressure part (3) is designed as a curved leaf-shaped pressure spring. 5. Sensor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Andruckfeder Krümmungen unterschiedlicher Richtungen aufweist, wobei es mit zwei Krümmungen gleicher Krümmungsrichtung linienförmig auf jeweils einem piezoelektrischen Element (h, 5) aufliegt und eine Spannbacke gegen das zwischen diesen beiden Krümmungen liegende Teil der Andruckfeder drückt.5. Sensor according to claim 4, characterized in that the pressure spring Has curvatures in different directions, with two curvatures being the same Direction of curvature linear on one piezoelectric element (h, 5) rests and a clamping jaw against that lying between these two curvatures Part of the pressure spring presses. 6. Sensor nach Anspruch 4; dadurch gekennzeichnet, daß das Andruckteil eine Erhöhung aufweist, die linienförmig gegen ein piezoelektrisches Element (15) drückt, wobei das Ende des Andruckteils (3) fest eingespannt ist.6. Sensor according to claim 4; characterized in that the pressure part has an elevation that is linear against a piezoelectric element (15) presses, the end of the pressure part (3) is firmly clamped. 7. Sensor zur Erfassung der beim Klopfen einer Brennkraftmaschine auftretenden Schwingungen mit mindestens einem piezoelektrischen Element, wobei ein Biegeschwinger aus elastischem Material vorgesehen ist, der einseitig mit Hilfe einer Spannvorrichtung eingespannt ist und wobei zwischen Spannbacken das mindestens eine piezoelektrische Element angebracht ist und wobei die Spannbacken starr mit einem die Klopfgeräusche übertragenden Teil der Brennkraftmaschine verbunden sind und der Biegeschwinger quer zur Schwingungsrichtung dieses Teils der Brennkraftmaschine ausgerichtet ist (insbesondere nach Patentanmeldung P 30 o8 780.0), dadurch gekennzeichnet, daß das piezoelektrische Element (19) rohrförmig ausgebildet ist und der Biegeschwinger (21) mit seinem freien Ende in das rohrförmige piezoelektrische Element (19) hineinragt, wobei das als Fuß ausgebildete Andruckteil (26) des Biegeschwingers (21) durch eine als Feder ausgebildete Spannvorrichtung gegen das rohrförmige piezoelektrische Element (19) drückt.7. Sensor for detecting the knocking of an internal combustion engine occurring vibrations with at least one piezoelectric element, wherein a flexural oscillator made of elastic material is provided, which is unilateral with the help a clamping device is clamped and wherein between clamping jaws the at least a piezoelectric element is attached and wherein the clamping jaws are rigid with are connected to a part of the internal combustion engine that transmits the knocking noises and the flexural oscillator transversely to the direction of oscillation of this part of the internal combustion engine is aligned (in particular according to patent application P 30 o8 780.0), characterized in that that the piezoelectric element (19) is tubular and the flexural oscillator (21) protrudes with its free end into the tubular piezoelectric element (19), the pressure part (26) of the oscillating flexure (21) formed as a foot by a designed as a spring tensioning device against the tubular piezoelectric element (19) presses. 8. Sensor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Andruckteil (26) von zwei Winkelblechen (22) gebildet wird, zwischen denen der Biegeschwinger (21) fest verbunden angeordnet ist.8. Sensor according to claim 7, characterized in that the pressure part (26) is formed by two angle plates (22), between which the flexural oscillator (21) is arranged firmly connected.
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