DE102024101903A1

DE102024101903A1 - Monitored drive

Info

Publication number: DE102024101903A1
Application number: DE102024101903.4A
Authority: DE
Inventors: Roland Welle; Christian WEINZIERLE; Ali KHOSHAMOUZ
Original assignee: Vega Grieshaber KG
Current assignee: Vega Grieshaber KG
Priority date: 2024-01-23
Filing date: 2024-01-23
Publication date: 2025-07-24

Abstract

Es wird ein Antrieb (100,200) vorgeschlagen, aufweisend:
ein Zylindergehäuse (110);
einen Kolben (112); und
einen Mikrowellensensor (120), welcher eingerichtet ist, ein Mikrowellensignal (105) in einen Teil des Zylindergehäuses (110) ein-und/oder auszukoppeln, um basierend auf einem reflektierten Mikrowellensignal (105), eine Gaszusammensetzung und/oder eine dimensionsbezogene Messung innerhalb des Zylindergehäuses (110) zu bestimmen, um den Antrieb (100,200) zu überwachen. A drive (100,200) is proposed, comprising:
a cylinder housing (110);
a piston (112); and
a microwave sensor (120) configured to couple a microwave signal (105) into and/or out of a part of the cylinder housing (110) in order to determine, based on a reflected microwave signal (105), a gas composition and/or a dimension-related measurement within the cylinder housing (110) in order to monitor the drive (100, 200).

Description

Stand der TechnikState of the art

Technische Antriebe können eine Kombination aus Zylindern und Kolben aufweisen, wobei in einem Hohlraum des Zylinders ein Kolben, basierend auf einer Gaszusammensetzung, bewegt wird. Dabei kann das Gas Öl auf Mineralbasis aufweisen, welches flüchtig ist und schnell verdunstet, wodurch sich die benötigte Gesamtmenge an Öl erhöhen kann. Pneumatisches Werkzeug-Öl auf Mineralbasis ist außerdem reaktionsfreudig und neigt dazu, mit anderen Materialien zu reagieren und zu verklumpen, was die Lebensdauer eines Antriebs verkürzen kann.Technical actuators may consist of a combination of cylinders and pistons, with a piston moving within a cylinder cavity based on a gas composition. The gas may contain mineral-based oil, which is volatile and evaporates quickly, increasing the total amount of oil required. Mineral-based pneumatic tool oil is also reactive and tends to react with other materials and clump, which can shorten the lifespan of an actuator.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Eine Messung einer Position eines Kolbens in einem Zylinder, wie zum Beispiel in einem pneumatischen oder hydraulischen System, kann mittels einer Vielzahl von Näherungssensoren realisiert werden. Typischerweise resultiert daraus ein nicht-kontinuierliches Messbild der Kolbenposition. Auch eine Messung der Position des Kolbens durch Magnetstreifen verlangt, dass immer beide komplementäre Teile, der Geber und Nehmer, über die gesamte Strecke Störungsfrei funktionieren. Keines dieser Messsysteme kann jedoch eine Information über einen Innenraum eines Zylinders bereitstellen.Measuring the position of a piston in a cylinder, such as in a pneumatic or hydraulic system, can be achieved using a variety of proximity sensors. Typically, this results in a discontinuous measurement image of the piston position. Measuring the position of the piston using magnetic strips also requires that both complementary parts, the sensor and the receiver, function flawlessly over the entire travel distance. However, none of these measuring systems can provide information about the interior of a cylinder.

Gemäß Aspekten der Erfindung wird ein Antrieb gemäß den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.According to aspects of the invention, a drive according to the features of the independent claim is proposed. Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims and the following description.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Antrieb, mit einem Zylindergehäuse einem Kolben und einem Mikrowellensensor vorgeschlagen. Dabei kann der Mikrowellensensor eingerichtet sein, ein Mikrowellensignal in einen Teil des Zylindergehäuses ein-und/oder auszukoppeln, um basierend auf einem reflektierten Mikrowellensignal, eine Gaszusammensetzung und/oder eine dimensionsbezogene Messung innerhalb des Zylindergehäuses zu bestimmen, um den Antrieb zu überwachen.According to one aspect of the invention, a drive comprising a cylinder housing, a piston, and a microwave sensor is proposed. The microwave sensor can be configured to couple a microwave signal into and/or out of a portion of the cylinder housing in order to determine a gas composition and/or a dimensional measurement within the cylinder housing based on a reflected microwave signal in order to monitor the drive.

Eine präzise Bestimmung der Zusammensetzung des Gasgemisches sowie Erfassung eventuelle Verklumpungen in einem Pneumatikzylindern kann im Sinne einer präventiven Wartungsmaßnahme helfen, eine Lebenserwartung pneumatischer Systeme zu erhöhen, sowie bei einer besseren Planung eines Pneumatik-Ölwechsels zur wirtschaftlichen Vorteilen führen.A precise determination of the composition of the gas mixture and detection of possible clumping in a pneumatic cylinder can help to increase the life expectancy of pneumatic systems as a preventive maintenance measure, as well as lead to economic advantages through better planning of a pneumatic oil change.

Eine Durchführung einer Radarmessung in einem Zylinderraum mit schnellbewegenden beweglichen Teilen zur Bestimmung der präzisen Kolbenposition, sowie eine qualitative und/oder quantitative Bestimmung der Eigenschaften des Inneren des Zylinders, und eine Kombination der Messwerte mit weiteren Werten aus Nebenaggregate, wie Taktgeber, Magnet-Drehgeber, gespeicherte Attribute, usw., kann Rückschlüsse zur Einstellung sowie Optimierung des Wirkungsgrades von Zylindersystemen ermöglichen.Carrying out a radar measurement in a cylinder chamber with fast-moving moving parts to determine the precise piston position, as well as a qualitative and/or quantitative determination of the properties of the interior of the cylinder, and combining the measured values with other values from ancillary units, such as clock generators, magnetic encoders, stored attributes, etc., can enable conclusions to be drawn for adjusting and optimizing the efficiency of cylinder systems.

Außer einer Distanzmessung im Zylinder jegliche Art, wäre eine Charakterisierung des Inneren des Zylinders, die Lage und der Stand der Dichtung sowie Erkennung etwaiger Fremdkörpern im Zylinderraum, sowie eine Erkennung von Ablagerungen oder Defekte und Formänderungen im Zylinderraumes (z.B. auf Kolbenoberfläche) ebenfalls von Vorteil. Darauf bauend können Wartungsintervalle geplant und optimal durchgeführt werden, wodurch lange Ausfallzeiten der Hochleistungsanlagen verhindert bzw. minimiert werden können.In addition to any type of distance measurement within the cylinder, characterization of the cylinder interior, the position and condition of the seal, and detection of any foreign bodies in the cylinder chamber would also be beneficial. Detection of deposits, defects, and deformations in the cylinder chamber (e.g., on the piston surface) would also be beneficial. Based on this, maintenance intervals can be planned and optimally executed, thus preventing or minimizing long downtimes of high-performance systems.

Da eine Gaszusammensetzung und/oder eine Verschmutzung und/oder ein Fremdkörper in dem Innenraum des Zylinders ein Reflexionsverhalten einer abgestrahlten Mikrowellen-Stahlung des Radarsensors in Bezug auf eine Amplitude und/oder eine Phase der reflektierten Mikrowellen-Strahlung bedingen kann, kann eine Änderung des reflektierten Mikrowellen-Signals gegenüber dem abgestrahlten Mikrowellen-Signal detektiert und ausgewertet werden, um die Veränderungen im Innenraum des Zylinders zu bestimmen.Since a gas composition and/or contamination and/or a foreign body in the interior of the cylinder can cause a reflection behavior of a radiated microwave radiation of the radar sensor with respect to an amplitude and/or a phase of the reflected microwave radiation, a change in the reflected microwave signal compared to the radiated microwave signal can be detected and evaluated in order to determine the changes in the interior of the cylinder.

Gemäß einem Aspekt wird vorgeschlagen, dass der Mikrowellensensor an einer Stirnseite des Zylindergehäuses angeordnet ist, um das Mikrowellensignal in einen oberen Teil des Kolbens einzukoppeln. Dieser obere Teil kann von den Zylinderwänden, dem Kolben und einer Stirnplatte, die eine Seite des Zylinders abschließt, gebildet werden.According to one aspect, it is proposed that the microwave sensor be arranged on an end face of the cylinder housing in order to couple the microwave signal into an upper part of the piston. This upper part can be formed by the cylinder walls, the piston, and an end plate that closes off one side of the cylinder.

Gemäß einem Aspekt wird vorgeschlagen, dass der Mikrowellensensor eingerichtet ist, einen Abstand des oberen Teils des Kolbens von der Stirnseite zu bestimmen. Dabei kann der obere Teil des Kolbens eine Fläche des Kolbens sein, mit der der Kolben den Zylinder auf einer Seite des Zylinders abschließt.According to one aspect, it is proposed that the microwave sensor be configured to determine a distance of the upper part of the piston from the end face. The upper part of the piston can be a surface of the piston with which the piston closes off the cylinder on one side of the cylinder.

Gemäß einem Aspekt wird vorgeschlagen, dass der Mikrowellensensor eingerichtet ist, den Abstand des oberen Teils des Kolbens von der Stirnseite, mittels einer Laufzeitmessung, basierend auf dem reflektierten Mikrowellensignal, zu bestimmen.According to one aspect, it is proposed that the microwave sensor is configured to determine the distance of the upper part of the piston from the front side by means of a transit time measurement based on the reflected microwave signal.

Zusätzlich zu einer Positionsbestimmung des Kolbens innerhalb des Zylinders, basierend auf Abstandsmessungen, kann der Mikrowellensensor eingerichtet sein, das Innere des Zylinders mit weiteren Abstandsmessungen und/oder Charakterisierungen basierend auf reflektierten Mikrowellensignalen Ablagerungen und/oder Defekte und/oder Formänderungen in dem Inneren des Zylinders, wie z.B. auf einer Kolbenoberfläche, zu bestimmen. Darauf bauend können Wartungsintervalle geplant und optimal durchgeführt werden, wodurch lange Ausfallzeiten der Hochleistungsanlagen verhindert bzw. minimiert werden kann.In addition to determining the position of the piston within the cylinder based on distance measurements, the microwave sensor can be configured to scan the interior of the cylinder with wide Distance measurements and/or characterizations based on reflected microwave signals can be used to determine deposits and/or defects and/or deformations inside the cylinder, such as on a piston surface. Based on this, maintenance intervals can be planned and optimally executed, thus preventing or minimizing long downtimes of high-performance systems.

Gemäß einem Aspekt wird vorgeschlagen, dass der Mikrowellensensor eingerichtet ist, eine Veränderung einer Innenseite des Zylinders und/oder eine Veränderung des oberen Teils des Kolbens, basierend auf dem reflektierten Mikrowellensignal, zu detektieren.According to one aspect, it is proposed that the microwave sensor is configured to detect a change in an inner side of the cylinder and/or a change in the upper part of the piston based on the reflected microwave signal.

Gemäß einem Aspekt wird vorgeschlagen, dass der Mikrowellensensor eingerichtet ist, basierend auf einer zeitlichen Änderung des reflektierten Mikrowellensignals, die Veränderung der Innenseite des Zylinders und/oder die Veränderung des oberen Teils des Kolbens zu detektieren.According to one aspect, it is proposed that the microwave sensor is configured to detect the change in the inside of the cylinder and/or the change in the upper part of the piston based on a temporal change in the reflected microwave signal.

Gemäß einem Aspekt wird vorgeschlagen, dass der Mikrowellensensor die Veränderung der Innenseite des Zylinders und/oder des oberen Teils des Kolbens detektiert, um jeweils Ablagerungen nachzuweisen.According to one aspect, it is proposed that the microwave sensor detects the change in the inside of the cylinder and/or the upper part of the piston in order to detect deposits.

Gemäß einem Aspekt wird vorgeschlagen, dass der Mikrowellensensor, basierend auf einer Laufzeitmessung des eingekoppelten Mikrowellensignals eingerichtet ist, Veränderung der Innenseite des Zylinders und/oder die Veränderung des oberen Teils des Kolbens und/oder jeweils Ablagerungen zu detektieren.According to one aspect, it is proposed that the microwave sensor is configured to detect changes in the inside of the cylinder and/or changes in the upper part of the piston and/or deposits based on a time-of-flight measurement of the coupled-in microwave signal.

Dabei kann der Mikrowellensensor eine Analyseeinrichtung aufweisen, die eingerichtet ist, basierend auf Signalen von Laufzeitmessungen der Mikrowelle, Ablagerungen oder defekte oder Formänderungen des Innenraums des Zylinders zu detektierenThe microwave sensor can have an analysis device which is designed to detect deposits or defects or changes in the shape of the interior of the cylinder based on signals from time-of-flight measurements of the microwave

Gemäß einem Aspekt wird vorgeschlagen, dass der Mikrowellensensor eingerichtet ist, ein Gas, und insbesondere eine Zusammensetzung eines Gases, innerhalb des Zylindergehäuses, basierend auf dem reflektierten Mikrowellensignal, zu charakterisieren.According to one aspect, it is proposed that the microwave sensor is configured to characterize a gas, and in particular a composition of a gas, within the cylinder housing based on the reflected microwave signal.

Das Mikrowellensignal kann in Bezug auf die Amplitude und/oder Frequenz moduliert sein, um die Gaszusammensetzung zu analysieren Die eingestreute Mikrowellenstrahlung kann Frequenzen oberhalb 80GHz, wie beispielsweise 120 GHz oder eine Frequenz oder ein Frequenzgemisch im Bereich zwischen 240 GHz und 400GHz aufweisen. The microwave signal may be modulated in terms of amplitude and/or frequency in order to analyze the gas composition. The scattered microwave radiation may have frequencies above 80 GHz, such as 120 GHz, or a frequency or a mixture of frequencies in the range between 240 GHz and 400 GHz.

Eine Erkennung eines Ölgehalts im Inneren des Zylinders, bzw. im Zylinderraum, kann Rückschlüsse über einen schleichenden Fehler geben, welcher dann über präventive Maßnahmen vorzeitig behoben werden kann.The detection of oil content inside the cylinder or in the cylinder chamber can provide information about a creeping fault, which can then be remedied early through preventive measures.

Gemäß einem Aspekt wird vorgeschlagen, dass der Mikrowellensensor, mittels spektroskopischen Verfahren, basierend auf dem reflektierten Mikrowellensignal, eingerichtet ist, die Zusammensetzung des Gases zu charakterisieren.According to one aspect, it is proposed that the microwave sensor is configured to characterize the composition of the gas by means of spectroscopic methods based on the reflected microwave signal.

Vorteilhafterweise können Verbrennungsabgasen, z.B. von Brennkraftmaschinen, mit einem so eingerichteten Antrieb charakterisiert werden Weiterhin vorteilhafterweise, kann mittels eines solchen Antriebs, wie zum Beispiel in einem pneumatischen Industriezylinder, eine Öl-in-Luft-Analyse und oder -Charakterisierung bei schnellbewegten Kolben durchgeführt werden. Dazu können Radarmessungen mit einer Mikrowellenfrequenz durchgeführt werden, die eine Vielzahl von Frequenzbereiche aufweist. Das Mikrowellensignal kann entsprechend FMCW Radarmessmethoden (eng.: Frequency modulated continuous wave radar) basierend auf höheren Frequenzen, idealerweise in einem Frequenzbereich zwischen 80GHz und 400GHz, betrieben werden.Combustion exhaust gases, e.g., from internal combustion engines, can advantageously be characterized using a drive configured in this way. Furthermore, using such a drive, such as in a pneumatic industrial cylinder, oil-in-air analysis and/or characterization of rapidly moving pistons can be performed. For this purpose, radar measurements can be performed using a microwave frequency that covers a variety of frequency ranges. The microwave signal can be operated according to FMCW (frequency modulated continuous wave) radar measurement methods based on higher frequencies, ideally in a frequency range between 80 GHz and 400 GHz.

Alternativ oder zusätzlich, kann das Innere des Zylinders mittels dreidimensionalen (3D) Radar scanning in Bezug auf räumliche Distanzen und/oder Formen charakterisiert und/oder vermessen werden. Die Bestimmung des Gasgemisches im Zylinder kann zur Nachjustierung eines optimierten Gemischverhältnises verwendet werden. Basierend auf einer Kombination aus Radarmessungen, mittels des Mikrowellensignals, können räumliche Dimensionen im Zylinderinnenraum bestimmt werden und einen weiteren Messwert, z. B. Drehposition aus dem magnetischen Drehgeber oder Kraftstoffpumpe, kann erfasst werden, um die Optimierung des Gemischverhältnisses mit dem entsprechend eingerichteten Antrieb durchzuführen.Alternatively or additionally, the interior of the cylinder can be characterized and/or measured using three-dimensional (3D) radar scanning in terms of spatial distances and/or shapes. The determination of the gas mixture in the cylinder can be used to readjust an optimized mixture ratio. Based on a combination of radar measurements, using the microwave signal, spatial dimensions in the cylinder interior can be determined, and another measured value, e.g., rotational position from the magnetic encoder or fuel pump, can be acquired to optimize the mixture ratio with the appropriately configured drive.

Der Mikrowellensensor des Antriebs kann nicht-invasiv mit dem Innenraum des Zylindergehäuses gekoppelt werden, indem die Sende-/Empfangseinheit mittels einer hochtemperaturbeständigen Glasscheibe, die insbesondere entsprechend einem Fenster gasdicht mit dem Zylindergehäuse gekoppelt ist, in Bezug auf Mikrowellenstrahlung an das Innere des Zylindergehäuses gekoppelt ist. Dabei kann das hochtemperaturbeständige Glas eingerichtet sein, für Mikrowellen-strahlung weitgehend durchlässig zu sein.The drive's microwave sensor can be non-invasively coupled to the interior of the cylinder housing by coupling the transmitting/receiving unit to the interior of the cylinder housing with respect to microwave radiation by means of a high-temperature-resistant glass pane, which is coupled to the cylinder housing in a gas-tight manner, in particular like a window. The high-temperature-resistant glass can be configured to be largely permeable to microwave radiation.

Gemäß einem Aspekt wird vorgeschlagen, dass der Mikrowellensensor eingerichtet ist, eine Dichte und/oder eine Permittivität des Gases innerhalb des Zylindergehäuses zu bestimmen.According to one aspect, it is proposed that the microwave sensor is configured to To determine the density and/or permittivity of the gas inside the cylinder housing.

Entsprechend einer Prozessgas-Analyse, insbesondere zur Analyse von Mehrstoffgemischen, kann der Mikrowellensensor eingerichtet sein, eine spektralanalytische Bestimmung der Bestandteile eines Gasgemisches und/oder eines Inhaltes eines Zylindergehäuses mittels Radarfrequenzen oberhalb 200GHz zur präventiven Wartung eines Systems, das einen solchen Antrieb aufweist, durchzuführen. Insbesondere kann ein solcher Antrieb ein Pneumatikzylinder sein. Also ein, insbesondere robuster und, mittels Druckluft betriebener Arbeitszylinder.According to a process gas analysis, particularly for the analysis of multi-component mixtures, the microwave sensor can be configured to perform a spectral analysis of the components of a gas mixture and/or the contents of a cylinder housing using radar frequencies above 200 GHz for the preventive maintenance of a system having such a drive. In particular, such a drive can be a pneumatic cylinder, i.e., a particularly robust working cylinder powered by compressed air.

Vorteilhafterweise können mit einem solchen Antrieb physikalische Eigenschaften eines Materials, wie insbesondere eines Gasgemisches, innerhalb des Zylindergehäuses, sowie eine relativ schnelle Distanzmessung und/oder Positionsmessung mittels Radar im Inneren des Zylindergehäuses durchgeführt werden.Advantageously, such a drive can be used to measure physical properties of a material, such as in particular a gas mixture, within the cylinder housing, as well as to carry out a relatively fast distance measurement and/or position measurement by means of radar inside the cylinder housing.

Der Mikrowellensensor und/oder eine externe Auswerteeinheit kann eingerichtet und konfiguriert sein, Messwerte, die der Mikrowellensensor bereitstellt, allein oder in Kombination mit weiteren Werten aus weiteren Messeinheiten, sowie gespeicherten Attributen, zu kombinieren und zur Regulierung und Steuerung eigener, sowie fremder Systemeinheiten, die einen solchen Antrieb aufweisen, einzusetzen.The microwave sensor and/or an external evaluation unit can be set up and configured to combine measured values provided by the microwave sensor, alone or in combination with other values from other measuring units, as well as stored attributes, and to use them to regulate and control its own system units as well as third-party system units that have such a drive.

Gemäß einem Aspekt wird vorgeschlagen, dass der Antrieb eine Brennkraftmaschine oder ein pneumatisch betriebener Aktuator ist, wobei der Zylinder ein Pneumatikzylinder ist.According to one aspect, it is proposed that the drive is an internal combustion engine or a pneumatically operated actuator, wherein the cylinder is a pneumatic cylinder.

Da typischerweise bei Pneumatikzylindern dem Betriebsgas, wie beispielsweise Luft, Öl zugesetzt wird, um bewegliche Teile zu schmieren, kann mit dem hier beschriebenen Antrieb der Ölgehalt innerhalb des Zylindergehäuses überprüft werden. Denn das Öl kann auf diversen Wegen verbraucht werden, sodass durch mangelhafte Schmierung mit vorzeitigem Ausfall des Systems zu rechnen ist.Since oil is typically added to the operating gas, such as air, in pneumatic cylinders to lubricate moving parts, the actuator described here can be used to check the oil content within the cylinder housing. Oil can be consumed in various ways, so inadequate lubrication can lead to premature system failure.

Weiter noch, kann ein unerkannt gebliebener Fehler, wie beispielsweise einer Verkantung eines Kolbens (Kolben-Tilt, ...) zu größeren Folgeschäden führen. Dieser und weitere Fehlerarten können mit einer vorbeugenden räumlichen Messung in dem Zylinder präventiv erkannt und durch Wartung verhindert werden, um insbesondere einen stetigen Einsatz der Maschinen zu gewährleisten.Furthermore, an undetected error, such as a piston tilt, can lead to significant consequential damage. This and other types of errors can be detected proactively with a preventative spatial measurement in the cylinder and prevented through maintenance, particularly to ensure continuous machine operation.

Pneumatische Zylinder aus der Industrie haben eine Taktzeit von etwa 30/min (also 0,5 U/s).Industrial pneumatic cylinders have a cycle time of approximately 30/min (i.e. 0.5 rpm).

Gemäß einem Aspekt wird vorgeschlagen, dass die Brennkraftmaschine ein Dieselmotor ist, und insbesondere ein Schiffsdiesel ist.According to one aspect, it is proposed that the internal combustion engine is a diesel engine, and in particular a marine diesel engine.

Bei mittleren und großen Frachtschiffen wie Tankern, Bulk-trägern und Containerschiffen kommen Langsamläufer zum Einsatz. Der Drehzahlbereich dieser Motoren liegt zwischen 60 und 250 in der Minute (also 1- 4,2 U/s).Medium and large cargo vessels such as tankers, bulk carriers, and container ships use slow-speed engines. The speed range of these engines is between 60 and 250 rpm (i.e., 1 and 4.2 rpm).

Gemäß einem Aspekt wird vorgeschlagen, dass der Mikrowellensensor eingerichtet ist, ein kohärentes Mikrowellensignal in einen Teil des Zylinders einzukoppeln.According to one aspect, it is proposed that the microwave sensor is configured to couple a coherent microwave signal into a part of the cylinder.

Gemäß einem Aspekt wird vorgeschlagen, dass der Mikrowellensensor eingerichtet ist, basierend auf der Laufzeitmessung des Mikrowellen-signals und/oder der Charakterisierung des Gases, eine Position des Kolbens innerhalb des Zylindergehäuses bei einer Zündung eines Gasgemisches in dem Zylindergehäuse der Brennkraftmaschine zu bestimmen.According to one aspect, it is proposed that the microwave sensor is configured to determine a position of the piston within the cylinder housing upon ignition of a gas mixture in the cylinder housing of the internal combustion engine based on the transit time measurement of the microwave signal and/or the characterization of the gas.

Auch durch Kombination der Messwerte aus der schnellen Radarmessung im Zylinder und die qualitativen Messwerte des Inhaltes (z.B. Dichte, Permittivität, usw.) im Zylinderraum können Rückschlüsse zur Optimierung des Systems gezogen werden. Als Ergebnis einer solchen Optimierungen können Energie- und oder Kraftstoffeinsparungen sowie eine Reduzierung des Nox-Co2-Ausstoßes erreicht werden. Weiterhin vorteilhaft kann ein Riemen-/Kettenwechsel vereinfacht werden, wenn es, aufgrund einer versehentlichen Änderung der Position des Kolbens, der Kurbel- oder Nockenwelle, zur Erschwerung der Wiedereinstellung nach einem Wechseln gekommen ist.By combining the measured values from the fast radar measurement in the cylinder with the qualitative measured values of the contents (e.g., density, permittivity, etc.) in the cylinder chamber, conclusions can be drawn for system optimization. Such optimizations can result in energy and/or fuel savings as well as a reduction in NOx and CO2 emissions. Another advantage is that belt/chain replacement can be simplified if an accidental change in the position of the piston, crankshaft, or camshaft has made readjustment difficult after a replacement.

Kurze Positionierzeiten können höhere Taktzeiten und größere Leistungen bei gleichbleibendem Energiebedarf bedeuten. Eine präzise Abschätzung der Position eines Kolbens in einem Pneumatikzylinder, kann zu Optimierung des Wirkungsgrades des Zylinders, zur Erhöhung der Leistung und zu Energieeinsparungen, sowie eine optimale Weitergabe der Taktzeit/ Fahrweg an eine zentrale Prozesseinheit zur Regulierung der Folgeprozesse, führen.Short positioning times can result in longer cycle times and greater performance while maintaining the same energy consumption. Precise estimation of the position of a piston in a pneumatic cylinder can optimize the cylinder's efficiency, increase performance, and save energy, as well as optimally transmit the cycle time/travel distance to a central processing unit for regulating subsequent processes.

Im Selbstzünder (also Zweitakter ohne aktive Zündung) findet die Explosion/ Verbrennung des Luft/Kraftstoffgemisches durch Eigenzündung statt, wenn eine ausreichende Komprimierung bzw. Verdichtung des Gemisches erreicht wird. Auch hierbei kann eine genaue Kenntnis über den präzisen Zeitpunkt, zur Optimierung des Wirkungsgrades führen.In a compression-ignition engine (i.e., a two-stroke engine without active ignition), the explosion/combustion of the air/fuel mixture occurs through self-ignition when sufficient compression or compression of the mixture is achieved. Here, too, precise knowledge of the precise timing can lead to optimized efficiency.

Eine präzise Positionsmessung des Kolbens per elektromagnetischer Mikrowellenstrahlung (RADAR), kann bei Bedarf zur Optimierung des Zündzeitpunktes sowie eine genaue Bestimmung und Einstellung des Kraftstoff-Sprüh-Zeitpunkts führen.A precise position measurement of the piston using electromagnetic microwave radiation (RADAR) can be used to optimize the ignition timing as well as precise determination and adjustment of the fuel spray timing.

Des Weiteren, kann eine Bestimmung einer Qualität des Kraftstoff/ Luftgemisches im Verbrennungsraum und Kombinationen dieser Messwerte mit der genauen Position des Kolbens im Zylinder, Rückschlüsse über das Kraftstoff-/Luftgemisch-Verhältnis geben, um darauf basierend eine optimale Gemisch-Einstellung zu ermöglichen. Auch durch Kombination der Messwerte aus der schnellen Radarmessung im Zylinder und einer Dichte und/oder einer Dielektrizitätszahl des Gemisches im Zylinderraum können Rückschlüsse zur Optimierung des Systems gefolgert werden. Als Ergebnis diese Optimierungen können Energie- und oder Kraftstoffeinsparungen sowie eine Reduzierung des Co2 Ausstoßes erreicht werden.Furthermore, determining the quality of the fuel/air mixture in the combustion chamber and combining these measurements with the precise position of the piston in the cylinder can provide information about the fuel/air mixture ratio, enabling optimal mixture adjustment. Combining the measurements from the fast radar measurement in the cylinder with the density and/or dielectric constant of the mixture in the cylinder chamber can also provide information for system optimization. These optimizations can result in energy and/or fuel savings, as well as a reduction in CO2 emissions.

Auch eine Früherkennung und/oder eine Diagnose im Motorbereich, kann bei Fehlfunktionen (z.B. defekte Kolbenringe oder Rissen im Zylinderraum und Vorhandensein von Wasser/ Dampf in der Verbrennungskammer), zur Minimierung des Folgeschadens führen. Alternativ oder zusätzlich, kann bei aktivem Hinzufügen von einer gewissen Menge an Dampf im Motorenraum, die Dampfmenge je nach Bedarf präzise gesteuert werden. Eine präzise Positionsmessung des Kolbens per elektromagnetischer Mikrowellen-Strahlung (RADAR), kann bei Bedarf zu Optimierung des Taktes in Industriezylindern, Optimierung des Zündpunktes sowie eine genaue Bestimmung und Einstellung des Kraftstoff-sprüh-Zeitpunkts führen. Eine präzise Einstellung der Ventile in high-speed Zylindersystemen kann wesentlich für eine optimale Einstellung eines entsprechenden Systems sein.Early detection and/or diagnosis in the engine area can also minimize consequential damage in the event of malfunctions (e.g., defective piston rings or cracks in the cylinder chamber and the presence of water/steam in the combustion chamber). Alternatively or additionally, by actively adding a certain amount of steam to the engine compartment, the steam quantity can be precisely controlled as needed. Precise piston position measurement using electromagnetic microwave radiation (RADAR) can, if necessary, lead to the optimization of the stroke in industrial cylinders, optimization of the ignition point, and precise determination and adjustment of the fuel spray timing. Precise valve adjustment in high-speed cylinder systems can be essential for optimal system tuning.

Die Bestimmung der Qualität des Kraftstoff/ Luftgemisches in dem Verbrennungsraum und eine optionale Kombination dieser Messwerte mit der genauen Position des Kolbens in dem Zylinder, kann Rückschlüsse über das Kraftstoff/luft-gemisch-verhältnis geben, und darauf basierend eine optimale Gemisch-Einstellung ermöglichen.Determining the quality of the fuel/air mixture in the combustion chamber and optionally combining these measured values with the exact position of the piston in the cylinder can provide information about the fuel/air mixture ratio and, based on this, enable optimal mixture adjustment.

Weiterhin kann mit einem solchen oben beschriebenen Antrieb ein genauer Zeitpunkt einer Zündung bestimmt werden, um bei Downsizing von einem Motor eine unerwünschte vorzeitige Zündung zu verhindern.Furthermore, with such a drive as described above, an exact ignition point can be determined in order to prevent unwanted premature ignition when downsizing an engine.

Gemäß einem Aspekt wird vorgeschlagen, dass der Antrieb eine Steuereinheit aufweist, wobei die Steuereinheit zum Steuern des Zylinders unter Verwendung der vom Radarmessgerät erfassten Position des Kolbens eingerichtet ist.According to one aspect, it is proposed that the drive comprises a control unit, wherein the control unit is configured to control the cylinder using the position of the piston detected by the radar measuring device.

Es wird eine Verwendung eines Mikrowellensensors zur Überwachung eines der oben beschriebenen Antriebe vorgeschlagen.The use of a microwave sensor to monitor one of the drives described above is proposed.

AusführungsbeispieleExamples of implementation

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden mit Bezug auf die 1 und 2 dargestellt und im Folgenden näher erläutert. Es zeigt:

1 eine schematische Skizze einer Brennkraftmaschine mit einem Mikrowellensensor zur Überwachung; und
2 eine schematische Skizze eines pneumatisch betriebenen Aktuators mit einem Mikrowellensensor zur Überwachung.

Embodiments of the invention are described with reference to the 1 and 2 and explained in more detail below. It shows:

1 a schematic sketch of an internal combustion engine with a microwave sensor for monitoring; and
2 a schematic sketch of a pneumatically operated actuator with a microwave sensor for monitoring.

Die 1 skizziert schematisch eine Brennkraftmaschine 100 als Beispiel für einen Antrieb 100, der ein Zylindergehäuse 110, einen Kolben 112 und einen Mikrowellensensor 120 aufweist. Dabei kann der Kolben 112 beweglich innerhalb des Zylindergehäuses 110 angeordnet und eingerichtet sein, innerhalb des Zylindergehäuses 110 verschoben zu werden, um unterschiedliche Volumina zwischen einer Zylinder-Kopfplatte 111 und einem oberen Teil des Kolbens 113 zu bilden. Dabei kann der Zylinder 110 mittels der Zylinder-Kopfplatte 111, entsprechend einer Stirnplatte, eingerichtet sein, das Zylindergehäuse 110 auf einer dem oberen Teil des Kolbens 113 gegenüberliegenden Seite abzuschließen. Das Zylindergehäuse 110 kann einen oberen Teil 108 innerhalb des Zylindergehäuses 110, zwischen dem oberen Teil des Kolbens 113 und der Zylinder-Kopfplatte 111, aufweisen.The 1 schematically outlines an internal combustion engine 100 as an example of a drive 100, which has a cylinder housing 110, a piston 112, and a microwave sensor 120. The piston 112 can be movably arranged within the cylinder housing 110 and can be configured to be displaced within the cylinder housing 110 in order to form different volumes between a cylinder head plate 111 and an upper part of the piston 113. The cylinder 110 can be configured by means of the cylinder head plate 111, corresponding to a front plate, to close off the cylinder housing 110 on a side opposite the upper part of the piston 113. The cylinder housing 110 can have an upper part 108 within the cylinder housing 110, between the upper part of the piston 113 and the cylinder head plate 111.

Die Brennkraftmaschine 100 kann zumindest ein Einlassventil 115 und ein Auslassventil 117 für fluide Medien zum Betrieb der Brennkraftmaschine 100 aufweisen, die jeweils mit dem oberen Teil des Zylindergehäuses 108 fluidisch gekoppelt sind.The internal combustion engine 100 may have at least one inlet valve 115 and one outlet valve 117 for fluid media for operating the internal combustion engine 100, each of which is fluidically coupled to the upper part of the cylinder housing 108.

Der Kolben 112 kann mechanisch mit einer Pleuelstange 114 und einer Kurbelwelle 116 gekoppelt sein, um die Verschiebung des Kolbens 112 in eine Drehbewegung umzusetzen. Eine solche Brennkraftmaschine 100 kann beispielsweise ein Dieselmotor und insbesondere ein Schiffsdiesel sein.The piston 112 can be mechanically coupled to a connecting rod 114 and a crankshaft 116 to convert the displacement of the piston 112 into a rotational movement. Such an internal combustion engine 100 can be, for example, a diesel engine, and in particular a marine diesel engine.

Der Mikrowellensensor 120 kann mechanisch mit der Zylinder-Kopfplatte 111 gekoppelt sein und, mittels eine Vorrichtung 124 zur Einkopplung und/oder Auskopplung des Mikrowellensignals 105, eingerichtet sein, ein Mikrowellensignal 105 in den oberen Teil des Zylindergehäuses 108 einzukoppeln und/oder auszukoppeln.The microwave sensor 120 can be mechanically coupled to the cylinder head plate 111 and, by means of a device 124 for coupling and/or decoupling the microwave signal 105, can be configured to couple and/or decouple a microwave signal 105 into the upper part of the cylinder housing 108.

Die Vorrichtung 124 zur Einkopplung und/oder Auskopplung des Mikrowellensignals 105 kann eine Öffnung der Zylinder-Kopfplatte 111 und/oder ein für Mikrowellensignale 105 durchlässiges Fenster 124 in der Zylinder-Kopfplatte 111 aufweisen. Weiterhin kann der Mikrowellensensor 120 eine Vorrichtung 122 zum Generieren des Mikrowellensignals und zum Detektieren und Auswerten eines reflektierten Mikrowellensignals aufweisen.The device 124 for coupling and/or decoupling the microwave signal 105 can comprise an opening in the cylinder head plate 111 and/or a window 124 in the cylinder head plate 111 that is permeable to microwave signals 105. Furthermore, the microwave sensor 120 can have a device 122 for generating the microwave signal and for detecting and evaluating a reflected microwave signal.

Weiterhin kann der Mikrowellensensor 120 eingerichtet sein, basierend auf einem, aus dem oberen Teil des Zylindergehäuses 108, reflektierten Mikrowellensignal, eine Gaszusammensetzung und/oder eine dimensionsbezogene Messung und/oder eine Eigenschaft des oberen Teils des Zylinders 108 innerhalb des Zylindergehäuses 110 in dem oberen Teil des Zylindergehäuses 108 zu bestimmen, um die Brennkraftmaschine 100, als Beispiel für den Antrieb 100, zu überwachen.Furthermore, the microwave sensor 120 may be configured to determine a gas composition and/or a dimensional measurement and/or a property of the upper part of the cylinder 108 within the cylinder housing 110 in the upper part of the cylinder housing 108 based on a microwave signal reflected from the upper part of the cylinder housing 108 in order to monitor the internal combustion engine 100, as an example for the drive 100.

Eine solche dimensionsbezogene Messung kann einen Abstand des oberen Teils des Kolbens 113 von einer inneren Fläche der Stirnseite 111 des Zylindergehäuses 110 betreffen. Insbesondere kann der Mikrowellensensor 120 eingerichtet sein, ein kohärentes Mikrowellensignal in den oberen Teil des Zylinders 108 einzukoppeln, um, basierend auf einer Laufzeitmessung des Mikrowellensignals 105 von einer Generierung bzw. Einkopplung bis zu einer Detektion eines reflektierten Mikrowellensignals, den Abstand des oberen Teils des Kolbens 113 von einer inneren Fläche der Stirnseite 111 des Zylindergehäuses 110 zu bestimmen.Such a dimension-related measurement may relate to a distance of the upper part of the piston 113 from an inner surface of the end face 111 of the cylinder housing 110. In particular, the microwave sensor 120 may be configured to couple a coherent microwave signal into the upper part of the cylinder 108 in order to determine the distance of the upper part of the piston 113 from an inner surface of the end face 111 of the cylinder housing 110 based on a time-of-flight measurement of the microwave signal 105 from generation or coupling to detection of a reflected microwave signal.

Alternativ oder zusätzlich kann der Mikrowellensensor 120 eingerichtet sein, eine Veränderung der Innenseite des Zylindergehäuses 110 und/oder eine Veränderung des oberen Teils des Kolbens 113, basierend auf dem reflektierten Mikrowellensignal, zu detektieren. Insbesondere kann eine solche Veränderung detektiert werden, indem der Mikrowellensensor 120 das reflektierte Mikrowellensignal in Bezug auf zeitliche Veränderungen analysiert, um insbesondere Ablagerungen nachzuweisen. Alternativ oder zusätzlich kann eine solche Veränderung basierend auf Laufzeitmessungen des Mikrowellensignals detektiert werden, um insbesondere Ablagerungen nachzuweisen. Der Mikrowellensensor 120 kann, mittels einer Schnittstelle zu einem Positionssensor des Kolbens 112, eingerichtet sein, dimensionsbezogene Messung innerhalb des Zylindergehäuses 110 zu bestimmen, um eine aktuelle Position des Kolbens 112 bei dimensionsbezogenen Messungen zu berücksichtigen.Alternatively or additionally, the microwave sensor 120 can be configured to detect a change in the interior of the cylinder housing 110 and/or a change in the upper part of the piston 113 based on the reflected microwave signal. In particular, such a change can be detected by the microwave sensor 120 analyzing the reflected microwave signal with respect to temporal changes, in particular to detect deposits. Alternatively or additionally, such a change can be detected based on time-of-flight measurements of the microwave signal, in particular to detect deposits. The microwave sensor 120 can be configured, by means of an interface to a position sensor of the piston 112, to determine dimension-related measurements within the cylinder housing 110 in order to take a current position of the piston 112 into account in dimension-related measurements.

Durch Ablagerungen im Bereich des oberen Teils des Kolbens 113 kann sich das Reflexionsverhalten der abgestrahlten Mikrowellen 105 verändern. Dies kann beispielsweise in einer Änderung einer Amplitude und/oder einerPhase des Empfangssignals resultieren und kann bei einer Auswertung eines empfangenen Mikrowellensignals detektiert werden.Deposits in the region of the upper part of the piston 113 can change the reflection behavior of the emitted microwaves 105. This can result, for example, in a change in the amplitude and/or phase of the received signal and can be detected during an evaluation of a received microwave signal.

Alternativ oder zusätzlich kann der Mikrowellensensor 120 eingerichtet sein, ein Gas, und insbesondere eine Zusammensetzung eines Gases, innerhalb des Zylindergehäuses 110, basierend auf dem reflektierten Mikrowellensignal, zu charakterisieren. Dazu kann der Mikrowellensensor 120 eingerichtet sein, ein spektroskopisches Verfahren, basierend auf dem reflektierten Mikrowellensignal, durchzuführen, um das Gas und/oder die Zusammensetzung des Gases zu charakterisieren. Die Charakterisierung des Gases und/oder die Zusammensetzung des Gases kann eine Dichte und/oder eine Permitivtät des Gases betreffen.Alternatively or additionally, the microwave sensor 120 can be configured to characterize a gas, and in particular a composition of a gas, within the cylinder housing 110 based on the reflected microwave signal. For this purpose, the microwave sensor 120 can be configured to perform a spectroscopic method based on the reflected microwave signal to characterize the gas and/or the composition of the gas. The characterization of the gas and/or the composition of the gas can relate to a density and/or a permittivity of the gas.

Der Mikrowellensensor 120 kann eingerichtet sein, basierend auf der Laufzeitmessung des Mikrowellensignals 105 und/oder der Charakterisierung des Gases, eine Position des Kolbens 112 innerhalb des Zylindergehäuses 110 bei einer Zündung eines Gasgemisches in dem Zylindergehäuse 110 der Brennkraftmaschine 100 zu bestimmen, insbesondere dadurch, dass die oben beschriebenen Verfahren zur Bestimmung einer Position des Kolbens 112 und zur Charakterisierung des Gases und/oder der Gaszusammensetzung gleichzeitig und/oder seriell durchgeführt werden.The microwave sensor 120 can be configured to determine a position of the piston 112 within the cylinder housing 110 upon ignition of a gas mixture in the cylinder housing 110 of the internal combustion engine 100 based on the transit time measurement of the microwave signal 105 and/or the characterization of the gas, in particular by carrying out the above-described methods for determining a position of the piston 112 and for characterizing the gas and/or the gas composition simultaneously and/or serially.

D. h., der Mikrowellensensor kann verwendet werden, um den Antrieb sowohl in Bezug auf die dimensionsbezogene Messung, wie beispielsweise eine mechanische Verschiebung des Kolbens 112 innerhalb des Zylinders 110 und/oder Veränderungen der inneren Dimension des Zylinders, beispielsweise aufgrund von Verunreinigungen, als auch in Bezug auf ein Gas und/oder eine Gaszusammensetzung innerhalb des Zylinders 110 in dem Teil des Zylinders zu überwachen.That is, the microwave sensor can be used to monitor the actuator both in terms of dimensional measurements, such as mechanical displacement of the piston 112 within the cylinder 110 and/or changes in the internal dimension of the cylinder, for example due to impurities, and in terms of a gas and/or gas composition within the cylinder 110 in the part of the cylinder.

Die 2 skizziert schematisch einen pneumatisch betriebener Aktuator 200 als weiteres Beispiel für einen Antrieb 100, der einen Mikrowellensensor 120 aufweist, um einen Betrieb zu überwachen. Dabei weist der pneumatisch betriebener Aktuator 201 ein Zylindergehäuse 110, einen Kolben 112 und einen Mikrowellensensor 120 auf.The 2 schematically outlines a pneumatically operated actuator 200 as another example of a drive 100 that includes a microwave sensor 120 to monitor operation. The pneumatically operated actuator 201 includes a cylinder housing 110, a piston 112, and a microwave sensor 120.

Der pneumatisch betriebener Aktuator 200 entspricht im Aufbau im Wesentlichen der, in Bezug auf die 1 beschriebenen, Brennkraftmaschine 100. Da der pneumatisch betriebenen Aktuator 200 eingerichtet ist, den Kolben 112 durch einen Differenzdruck zwischen einem oberen Teil des Kolbens 113 und einem unteren Teil des Kolbens 213 innerhalb des Zylindergehäuses 110 zu verschieben, ist das Zylindergehäuse 110 bei dem pneumatisch betriebenen Aktuator 200 vollständig abgedichtet, und ein Einlassanschluss 217 des pneumatisch betriebenen Aktuators 200 ist fluidisch mit einem oberen Teil des Zylindergehäuses 108 gekoppelt und ein abgedichteter unterer Teil des Zylindergehäuses 208 ist mit einem Auslassanschluss 215 fluidisch gekoppelt, um einen Differenzdruck zwischen dem oberen Teil des Kolbens 113 und dem unteren Teil des Kolbens 213 einrichten zu können. Der Kolben 112 des pneumatisch betriebenen Aktuators 200 kann mit einem Stößel 214 mechanisch gekoppelt sein, wobei der Stößel 214 abgedichtet aus dem Zylindergehäuse 110 herausgeführt werden kann, um die mechanische Bewegung des Kolbens 112 nach außen zu führen. In Bezug auf eine Beschreibung des Mikrowellensensors 120, der mit dem pneumatisch betriebenen Aktuator 200 gekoppelt ist, wird auf die Beschreibung des Mikrowellensensors 120, der mit der Brennkraftmaschine 100 gekoppelt ist, entsprechend der 1 verwiesen.The pneumatically operated actuator 200 essentially corresponds in structure to that of the 1 described, internal combustion engine 100. Since the pneumatically operated actuator 200 is configured to displace the piston 112 by a differential pressure between an upper part of the piston 113 and a lower part of the piston 213 within the cylinder housing 110, the cylinder housing 110 is completely sealed in the pneumatically operated actuator 200, and an inlet port 217 of the pneumatically operated The pneumatically operated actuator 200 is fluidly coupled to an upper portion of the cylinder housing 108, and a sealed lower portion of the cylinder housing 208 is fluidly coupled to an outlet port 215 to establish a differential pressure between the upper portion of the piston 113 and the lower portion of the piston 213. The piston 112 of the pneumatically operated actuator 200 can be mechanically coupled to a plunger 214, wherein the plunger 214 can be sealed and guided outward from the cylinder housing 110 to guide the mechanical movement of the piston 112. With regard to a description of the microwave sensor 120 coupled to the pneumatically operated actuator 200, reference is made to the description of the microwave sensor 120 coupled to the internal combustion engine 100 according to 1 referred to.

Claims

A drive (100, 200) comprising: a cylinder housing (110); a piston (112); and a microwave sensor (120) configured to couple a microwave signal (105) into and/or out of a portion of the cylinder housing (110) in order to determine a gas composition and/or a dimensional measurement within the cylinder housing (110) based on a reflected microwave signal (105) in order to monitor the drive (100, 200).

Drive (100,200) according to Claim 1 , wherein the microwave sensor is arranged on an end face of the cylinder housing in order to couple the microwave signal into an upper part of the cylinder.

Drive (100,200) according to Claim 1 or 2 , wherein the microwave sensor is configured to determine a distance of the upper part of the piston from the end face.

Drive (100,200) according to Claim 1 or 2 , wherein the microwave sensor is configured to determine the distance of the upper part of the piston from the front side by means of a time-of-flight measurement based on the reflected microwave signal.

Drive (100,200) according to one of the preceding claims, wherein the microwave sensor is configured to detect a change in an inner side of the cylinder and/or a change in the upper part of the piston based on the reflected microwave signal.

Drive (100,200) according to Claim 5 , wherein the microwave sensor is configured to detect the change in the inside of the cylinder and/or the change in the upper part of the piston based on a temporal change in the reflected microwave signal.

Drive (100,200) according to Claim 5 or 6 , wherein the microwave sensor detects the change in the inside of the cylinder and/or the upper part of the piston in order to detect deposits.

Drive (100,200) according to Claim 5 until 7 , wherein the microwave sensor is configured to detect changes in the inside of the cylinder and/or changes in the upper part of the piston and/or deposits based on a transit time measurement of the coupled microwave signal.

Drive (100,200) according to one of the preceding claims, wherein the microwave sensor is configured to characterize a gas, and in particular a composition of a gas, within the cylinder housing based on the reflected microwave signal.

Drive (100,200) according to Claim 9 , wherein the microwave sensor is configured to characterize the gas and/or the composition of the gas by means of spectroscopic methods based on the reflected microwave signal

Drive (100,200) according to Claim 9 or 10 , wherein the microwave sensor is configured to determine a density and/or a permittivity of the gas within the cylinder housing.

Drive (100,200) according to one of the preceding claims, wherein the drive is an internal combustion engine or a pneumatically operated actuator.

Drive (100,200) according to Claim 12 , wherein the internal combustion engine is a diesel engine, and in particular a marine diesel engine.

Drive (100,200) according to one of the preceding claims, wherein the microwave sensor is arranged to couple a coherent microwave signal into a part of the cylinder.

Drive (100,200) according to one of the preceding claims, wherein the microwave sensor is configured to determine a position of the piston within the cylinder housing upon ignition of a gas mixture in the cylinder housing of the internal combustion engine based on the transit time measurement of the microwave signal and/or the characterization of the gas.