DE19726830A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Steuern und Überwachen einer Brennkraftmaschine mittels Erfassung der Zylinderkopfschraubenbelastung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft die Steuerung und Überwachung von Brenn­ kraftmaschinen, insbesondere eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Steuern und Überwachen einer Brennkraftmaschine mittels Er­ fassen der Zylinderkopfschraubenbelastung.

Für Ingenieure ist es schon seit langem wünschenswert, Zugriff auf Informationen bezüglich des in einem Zylinder einer Brenn­ kraftmaschine herrschenden Drucks zum Zwecke der vorbeugenden Fehlersuche und -beseitigung und zur Motorsteuerung zu haben. Bei den meisten früheren Versuchen zur Informationsgewinnung sind piezoelektrische Sensoren und Dehnungsmeßstreifen verwen­ det worden, die mit dem Zylinderinnenraum physikalisch in Ver­ bindung standen, um den Druck direkt zu messen. Aufgrund von Verkokung und Korrosionsproblemen ist es jedoch nicht möglich gewesen, einen Sensor zu konzipieren, der in der Lage ist, zu­ verlässig und mit der notwendigen Genauigkeit über die Be­ triebslebensdauer von mehreren tausend Stunden im Innenraum des Brennraums zu funktionieren, wie dies erforderlich wäre, um die Daten in einer Motorsteuerung zu verwenden. Folglich sind im Stand der Technik intermittierende Überwachungssysteme konzi­ piert worden, deren Drucksensoren in regelmäßigen Abständen mit dem Zylinderinneren mittels eines manuell oder autoinatisch be­ tätigten Ventils verbunden werden können. Obwohl ein solches Überwachungssystem sehr nützliche Informationen während der vorbeugenden Fehlersuche und -beseitigung liefern kann, eignet es sich aufgrund der diskontinuierlichen Beschaffung der Daten nicht zur Verwendung in einer Motorsteuerung.

Dem Stand der Technik entsprechend hat es auch Versuche gege­ ben, den Zylinderdruck indirekt durch Messen der Kräfte zu be­ stimmen, die in einem einzelnen Zylinderkopfdeckel aufgrund der Druckänderungen im Zylinder erzeugt werden. So offenbart bei­ spielsweise das U.S.-Patent Nr. 5,179,857 eine flache Scheibe mit darin befindlichen piezoelektrischen Sensoren, die akti­ viert werden, um die zwischen einem Zylinderdeckelbolzen und einer Mutter zum Sichern des Zylinderdeckels am Bolzen erzeugte Kraft zu erfassen. Wegen der Größe dieser Scheiben und der Not­ wendigkeit, die übertragenen Kraftsignale von benachbarten Zylindern zu minimieren, wird die Verwendung solcher Scheiben nur für extrem große Motoren mit individuellen Zylinderköpfen und -deckeln für jeden Zylinder (z. B. Schiffsdieselmotoren) empfohlen.

Dem Stand der Technik fehlt deshalb immer noch eine Einrichtung zum indirekten Messen der Zylinderdrücke in einer Brennkraftma­ schine mit Zylinderköpfen und Zylinderkopfdeckeln für mehrere Zylinder, um Daten zu liefern, die ständig zum Steuern der Be­ triebsparameter des Motors verwendet werden können. Die vorlie­ gende Erfindung ist darauf gerichtet, diesen Bedarf zu befrie­ digen.

Die Erfindung ist die Verwendung einer vorzugsweise einzigen Zylinderkopfschraube mit Dehnungsmesser bzw. Dehnungsmeß-Zylin­ derkopfschraube oder dergleichen zum Messen der Zylinderver­ brennungsdrücke in mehreren Zylindern einer Brennkraftmaschine. Die Dehnungsmeß-Zylinderkopfschraube dient als eine der Schrau­ ben, die den Zylinderkopf für mehrere Zylinder an dem Motor­ block befestigt. Da der Zylinderkopf mehrere Zylinder ab­ schließt, werden die in jedem Zylinder herrschenden Verbren­ nungsdrücke durch den Kopf an die Dehnungsmeß-Zylinderkopf­ schraube übertragen, wenn jeder Zylinder zündet. Derartige Drücke verursachen eine Dehnung der Schraube, die gemessen wer­ den kann. Bei Kraftstoffeinspritz-Steuerungssystemen, die die Fähigkeit besitzen, die Kraftstoffzumessung oder den Zeitpunkt der Kraftstoffeinspritzung elektronisch zu steuern, bieten die von erfindungsgemäßen Dehnungsmeß-Zylinderkopfschrauben erfaß­ ten Informationen hinsichtlich des Zylinderdrucks die Möglich­ keit, das Kraftstoffeinspritzverhalten automatisch zu überwa­ chen und zu kalibrieren. Diese Informationen können dazu heran­ gezogen werden, bei zunehmendem Verschleiß des Motors die Kraftstoffeinspritzparameter über die Zeit zu kalibrieren, und auch zum Ausgleichen der Abweichungen zwischen den einzelnen Motoren, die unterschiedliche Zumessungen und Zeiten der erst­ maligen Kraftstoffeinspritzung aufgrund der Abweichungen von Fertigungstoleranzen der Motoren erforderlich machen.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung wird eine Brennkraft­ maschine offenbart, die folgendes umfaßt: einen Motorblock mit mindestens einer ersten Gruppe von Zylindern (einer ersten Zy­ lindergruppe) zum Verbrennen eines Kraftstoffs; ein Kraftstoff­ system für die geregelte Zufuhr des Kraftstoffs an die erste Gruppe von Zylindern; einen Zylinderkopf für die Abdeckung min­ destens dieser ersten Gruppe von Zylindern, wenn er am Motor­ block befestigt ist, und mehrere Befestigungsmittel zur Befe­ stigung des Zylinderkopfes am Motorblock, von denen mindestens eines einen Dehnungsmesser enthält, der zum Messen der Dehnung in diesem Befestigungsmittel dient, die durch die in der ersten Zylindergruppe hervorgerufenen Drücke über den Zylinderkopf übertragen wird, wobei dieses mindestens eine Befestigungsmit­ tel zur Datenübertragung an das Kraftstoffsystem so angeschlos­ sen ist, daß dieses die Zufuhr des Kraftstoffs an die Gruppe von Zylindern mindestens teilweise auf der Grundlage der durch das mindestens eine Befestigungsmittel erfaßten Dehnungsinfor­ mationen steuert. Das Befestigungsmittel zur Dehnungsmessung ist vorzugsweise eine Dehnungsmeß-Zylinderkopfschraube.

Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird ein Kraftstoffsystem zur Verwendung für eine Brennkraftmaschine offenbart, bei dem das Kraftstoffsystem folgendes umfaßt: ein Kraftstoffeinspritzsystem für die geregelte Zufuhr des Kraft­ stoffs an die Brennkraftmaschine, ein Befestigungsmittel zum Befestigen eines Zylinderkopfes für mehrere Zylinder an der Brennkraftmaschine, das einen Dehnungsmesser enthält, der zum Messen dessen Dehnung dient, die durch die Drücke in den Zylin­ dern hervorgerufen wird, die durch den Zylinderkopf an das Be­ festigungsmittel übertragen werden, wobei dieses zur Datenüber­ tragung an das Kraftstoffsystem so angeschlossen ist, daß letz­ teres die Zufuhr des Kraftstoffs an die Brennkraftmaschine min­ destens teilweise auf der Grundlage der durch das Befestigungs­ mittel erfaßten Dehnungsinformationen steuert.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist ein Verfahren zum Regeln der Kraftstoffzumessung in einer Brennkraftmaschine, das folgende Schritte umfaßt: (a) Messen einer Dehnung, die in einem Befestigungsmittel eines Zylinderkopfes für mehrere Zylinder durch Drücke in einer ersten Gruppe von Zylindern der Brennkraftmaschine hervorgerufen wird; (b) Bestimmen ausgewähl­ ter Verbrennungsdaten zumindest teilweise auf der Grundlage der in Schritt (a) gemessenen Dehnung für jeden Zylinder der ersten Gruppe von Zylindern (ersten Zylindergruppe); (c) Vergleichen der bestimmten Verbrennungsdaten mit vorbestimmten gewünschten Verbrennungsdaten; und (d) Regeln der Kraftstoffzumessung an die Zylinder zumindest teilweise auf der Grundlage des Ver­ gleichs von Schritt (c) für jeden Zylinder der ersten Gruppe von Zylindern.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind anhand einer Zeichnung näher erläutert, in der zeigt:

Fig. 1 eine Seitenansicht im Aufriß eines ersten Ausführungs­ beispiels einer Dehnungsmeß-Zylinderkopfschraube, deren Deh­ nungsmeßschaltung außerhalb der Schraube angeordnet ist.

Fig. 2 ein Schaltschema der Dehnungsmeßschaltung der Schrauben gemäß Fig. 1 und 3.

Fig. 3 eine Seitenansicht im Aufriß eines zweiten Ausführungs­ beispiels der Dehnungsmeß-Zylinderkopfschraube, bei der die Dehnungsmeßschaltung von Fig. 2 integriert ist.

Fig. 4 eine Seitenansicht im Aufriß eines dritten Ausführungs­ beispiels einer Dehnungsmeß-Zylinderkopfschraube.

Fig. 5 ein Schaltschema der Dehnungsmeßschaltung der Schraube gemäß Fig. 4.

Fig. 6 eine schematische Draufsicht eines Zylinderkopfdeckels für mehrere Zylinder einer Brennkraftmaschine.

Fig. 7 eine Darstellung der Sensorspannung über der Zeit, in der die Ausgänge eines direkten Gebers des Zylinderdrucks, der erfindungsgemäßen Dehnungsmeß-Zylinderkopfschraube und der Weg des Kipphebels der Kraftstoffeinspritzung verglichen werden.

Fig. 8 eine Darstellung des Zylinderdrucks über der Zeit, in der ein direkter Geber des Zylinderdrucks und eine erfindungs­ gemäße Dehnungsmeß-Zylinderkopfschraube in einer bei 600 U/min und unter Vollast arbeitenden Brennkraftmaschine verglichen werden.

Fig. 9 eine Darstellung des Zylinderdrucks über der Zeit, in der ein direkter Geber des Zylinderdrucks und eine erfindungs­ gemäße Dehnungsmeß-Zylinderkopfschraube in einer bei 1000 U/min und unter Vollast arbeitenden Brennkraftmaschine verglichen werden.

Fig. 10 eine Darstellung des Zylinderdrucks über der Zeit, in der ein direkter Geber des Zylinderdrucks und eine erfindungs­ gemäße Dehnungsmeßschraube in einer bei 1500 U/min und unter Vollast arbeitenden Brennkraftmaschine verglichen werden.

Fig. 11 eine Darstellung des Zylinderdrucks über der Zeit, in der ein direkter Geber des Zylinderdrucks und eine erfindungs­ gemäße Dehnungsmeß-Zylinderkopfschraube in einer bei 1800 U/min und unter Vollast arbeitenden Brennkraftmaschine verglichen werden und

Fig. 12 eine Darstellung der Sensorspannung über der Zeit, in der ein direkter Geber des Zylinderdrucks und eine erfindungs­ gemäße Dehnungsmeß-Zylinderkopfschraube verglichen werden, wo­ bei die Erfassung der Drücke mehrerer Zylinder unter Verwendung einer einzigen Zylinderkopfschraube dargestellt ist.

Zum besseren Verständnis der Grundlagen der Erfindung wird nun­ mehr auf das in den Zeichnungen dargestellte Ausführungsbei­ spiel verwiesen, für dessen Beschreibung die entsprechende Fachterminologie verwendet wird.

Die Verwendung elektronischer Motorsteuerungsmodule (engine control modules - ECMs) zur Regelung mit geschlossenem Regel­ kreis gestattet eine präzise Regelung des Motorbetriebs auf der Grundlage der Rückmeldung verschiedener Sensoren im Motor, die Daten hinsichtlich des aktuellen Betriebszustands des Motors liefern. Es wurde festgestellt, daß es für ein Motorsteuerungs-System mit der Fähigkeit, die Kraftstoffzumessung und/oder den Zeitpunkt der Kraftstoffeinspritzung elektronisch zu regeln, wünschenswert wäre, Informationen hinsichtlich des Zylinder­ drucks heranzuziehen, um die zwischen einzelnen Motoren auf­ tretenden Leistungsunterschiede auszugleichen sowie die Kraft­ stoffeinspritzung des Motors kontinuierlich zu optimieren, da der Motor über seine Betriebslebensdauer Verschleiß unterliegt. Da keine dem Stand der Technik entsprechenden Sensoren verfüg­ bar waren, um diese Informationen bereitzustellen, wurden die erfindungsgemäßen Dehnungsmeßschrauben für den Zylinderkopf entwickelt.

Fig. 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsge­ mäßen Dehnungsmeß-Zylinderkopfschraube, die allgemein mit 10 gekennzeichnet ist. Die Zylinderkopfschraube 10 wurde zur Be­ festigung des Zylinderkopfdeckels an den Zylinderkopf eines Cummins M11 Sechzyinder-Dieselmotors (Cummins Engine Company, Inc., Columbus, IN) ausgebildet und dimensioniert. Größe und Form der Zylinderkopfschraube sind jedoch für die Erfindung nicht kritisch. Die Schraube 10 ist in ihrem Inneren mit Deh­ nungsmeßsensoren 12 und 14 versehen, die mittels eines Drahtes 16 mit einer externen Vollbrücken-Dehnungsmeßschaltung verbun­ den sind. Die Vollbrücken-Dehnungsmeßschaltung ist in Fig. 2 dargestellt. Die Dehnungsmeßsensoren 12 und 14 sind als Teil eines Stiftes oder Steckers ausgebildet, der in ein längeres Loch im Kopf der Schraube 10 gepreßt wird.

Fig. 3 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel einer Dehnungsmeß-Zylinderkopfschraube 50. Die Schraube 50 ist in ihrem Inneren mit einer kompletten Dehnungsmeßschaltung 20 versehen, die in einem in den Kopf der Schraube 50 gebohrten Loch von 2 mm Durchmesser und 5 mm Tiefe eingeklebt und abgedichtet angeord­ net ist. Am Kopf der Schraube sind Anschlüsse 52 vorgesehen, um die Dehnungsmeßschaltung mit externen Schaltungen, beispiels­ weise dem Motorsteuerungsmodul (ECM) zu verbinden.

Fig. 4 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungs­ gemäßen Dehnungsmeß-Zylinderkopfschraube 60. Die Schraube 60 ist in ihrem Inneren mit einer kompletten Dehnungsmeßschaltung versehen, die in kleinen axialen in den Kopf der Schraube ge­ bohrten Löchern eingeklebt und abgedichtet angeordnet ist. Bei der internen Dehnungsmeßschaltung der Schraube 60 handelt es sich um eine Viertelbrückenschaltung 70, wie sie in Fig. 5 dar­ gestellt ist. Die Schraube 60 enthält einen Schraubanschluß 62, der in Schraubeingriff mit einem passenden Befestigungsmittel auf dem Kopf der Schraube 60 steht, um eine mehradrige Leitung 64 mit der internen Dehnungsmeßschaltung zu verbinden. Die mehradrige Leitung 64 kann dann mit einer externen Schaltung, beispielsweise dem Motor-ECM verbunden werden.

Fig. 6 ist eine schematische Darstellung eines Zylinderkopfes für einen Cummins M11 Sechszylinder-Dieselmotor. Die Positionen der Zylinder sind mit 1 bis 6 numeriert. Die Positionen sämt­ licher Zylinderkopfschrauben sind durch die kleinen Kreise in der Figur gekennzeichnet. Für den Fachmann versteht es sich von selbst, daß der Zylinderkopf 80 von Fig. 6 ein einziges, ein­ stückiges Teil ist und als ein einziger Kopf zum Abdecken meh­ rerer Zylinder ausgeführt ist, speziell als ein Kopf für sechs getrennte Zylinder. Des weiteren versteht es sich für den Fach­ mann von selbst, daß die Erfindung gleichermaßen auf eine Brennkraftmaschine mit einer kleineren oder größeren Gruppe von Zylindern als die des Sechszylindermotors anwendbar ist, der als beispielhafte Ausführungsform dient.

Sämtliche im folgenden dargestellten experimentelle Daten wur­ den mit einer Zylinderkopfschraube 10 gemäß Fig. 1 gewonnen, die sich an der in Fig. 6 mit 82 gekennzeichneten Position be­ fand, die bei diesem Cummins-Motormodell allgemein als Position Nr. 4 bezeichnet wird. Die mit der Schraube 50 des zweiten Aus­ führungsbeispiels und der Schraube 60 des dritten Ausführungs­ beispiels der Erfindung gewonnenen Daten entsprachen den Ergeb­ nissen anhand der Schraube 10.

Fig. 7 zeigt eine Darstellung eines Verbrennungsvorgangs im Zylinder Nr. 1, der auf verschiedene Weise verfolgt wurde. Die Kurve 90 wurde durch einen herkömmlichen Sensor an einem Kipp­ hebel der Kraftstoffeinspritzung erzeugt. Die Kurve 92 stammt von einem dem Stand der Technik entsprechenden Geber für den Zylinderdruck, der im Zylinder des Motors eingebaut war. Die Kurve 94 ergab sich bei Verwendung der erfindungsgemäßen Zylin­ derkopfschraube 10. Die Daten in Fig. 7 wurden bei einer Motor­ drehzahl von 1200 U/min und einem nicht belasteten Motor er­ faßt. Wie zu ersehen ist, wird eine gute Übereinstimmung beim Messen des Beginns der Verbrennung im Zylinder erzielt, wenn die Daten 94 der Zylinderkopfschraube mit den Daten 92 des Ge­ bers für den Zylinderdruck und der Kurve 90 für den Kipphebel verglichen werden. Da der Druck im Zylinder mit dem Verbren­ nungsvorgang zusammenhängt, kann er deshalb genau mittels der erfindungsgemäßen Zylinderkopfschrauben mit Dehnungsmesser er­ faßt werden. Diese Verbrennungsdaten können mit vorbestimmten gewünschten Verbrennungsdaten verglichen werden, um zu bestim­ men, ob die Kraftstoffzumessung zum Zylinder zum Erzielen einer optimalen Leistung eingeregelt werden soll. Da zahlreiche Mo­ torkraftstoffeinspritz-Steuerungssysteme wie z. B. das Cummins TP Kraftstoffeinspritz-Steuerungssystem die Fähigkeit haben, die Zumessung des eingespritzten Kraftstoffes oder den Zeit­ punkt elektronisch zu steuern, bieten die Informationen bezüg­ lich des Zylinderdrucks, die von den Zylinderkopfschrauben mit Dehnungsmesser erfaßt werden, die Möglichkeit, das Kraftstoff­ einspritzverhalten automatisch zu überwachen und zu kalibrie­ ren. Diese Informationen können dazu herangezogen werden, bei zunehmendem Verschleiß des Motors die Kraftstoffeinspritzpara­ meter über die Zeit zu kalibrieren, und auch zum Ausgleichen der Abweichungen zwischen einzelnen Motoren, die unterschied­ liche Kraftstoffzumessungen und Zeiten der erstmaligen Kraft­ stoffeinspritzung aufgrund der Abweichungen der Fertigungstole­ ranzen der Motoren erforderlich machen.

Fig. 8 zeigt die hervorragende Übereinstimmung zwischen dem dem Stand der Technik entsprechenden Geber für den Zylinderinnen­ druck (durchgezogene Kurve) und der Druckanzeige der Zylinder­ kopfschraube 10 mit Dehnungsmesser (gestrichelte Kurve). Es ist zu beachten, daß im Graphen der Fig. 8 beide Gebermeßwerte in den Zylinderdruck (psi) umgewandelt worden sind. Die Daten in Fig. 8 betreffen einen Cummins M11 Sechszylinder-Dieselmotor, der mit 600 U/min unter Vollast läuft. Entsprechende Daten sind in Fig. 9 für den mit 1000 U/min, in Fig. 10 für den mit 1500 U/min und in Fig. 11 für den mit 1800 U/min laufenden Motor aufgetragen. Für den Fachmann ist ersichtlich, daß die erfin­ dungsgemäße Zylinderkopfschraube mit Dehnungsmesser Meßwerte des Zylinderdrucks liefert, die eine sehr gute Übereinstimmung mit den Meßwerten des dem Stand der Technik entsprechenden Druckgebers für den Zylinderinnendruck zeigen.

Nunmehr sei auf Fig. 12 eingegangen, die eine Darstellung des Ausgangssignals 100 eines dem Stand der Technik entsprechenden Gebers des Zylinderinnendrucks und des Ausgangssignals 102 der erfindungsgemäßen Zylinderkopfschraube 10 mit Dehnungsmesser darstellt. Der dem Stand der Technik entsprechende Geber für den Zylinderinnendruck ist im Zylinder Nr. 1 eines Cummins M11 Sechszylinder-Dieselmotors angeordnet, und während der Verbren­ nung im Zylinder Nr. 1 ist eine hervorragende Übereinstimmung zwischen dem Ausgang dieses dem Stand der Technik entsprechen­ den Gebers und der erfindungsgemäßen Zylinderkopfschraube 10 zu erkennen. Für den Fachmann ist es jedoch offensichtlich, daß die erfindungsgemäße Zylinderkopfschraube 10 Druckinformationen (und damit Informationen bezüglich der in dem Zylinder statt­ findenden Verbrennung) für jeden der sechs Zylinder des Motors und nicht für nur einen einzigen Zylinder liefert. Die zum Er­ zeugen der in Fig. 12 wiedergegebenen Informationen verwendete Zylinderkopfschraube 10 befand sich in Position Nr. 82 des in Fig. 6 dargestellten Zylinderkopfdeckels 80. Obwohl sich die erfindungsgemäße Zylinderkopfschraube 10 am äußersten Ende des Zylinderkopfdeckels 80 neben dem Zylinder Nr. 1 befindet, ist sie in der Lage, die durch die Verbrennung in jedem der anderen fünf Zylinder verursachten Druckerhöhungen zu erfassen. Die er­ findungsgemäßen Zylinderkopfschrauben mit Dehnungsmesser bieten also den Vorteil, daß jede Zylinderkopfschraube mit Dehnungs­ messer eingesetzt werden kann, um Informationen hinsichtlich des Zylinderdrucks für eine Gruppe von Zylindern zu liefern. Ein Motor-ECM kann deshalb mit einer einzigen Zylinderkopf­ schraube mit Dehnungsmesser gemäß der vorliegenden Erfindung verbunden werden und Verbrennungsinformationen über jeden der Zylinder des Motors erhalten.

Weitere Konfigurationen sind ebenfalls möglich. So würde bei­ spielsweise eine in Position 84 (siehe Fig. 6) angeordnete er­ findungsgemäße Zylinderkopfschraube mit Dehnungsmesser Informa­ tionen über den Zylinderdruck jedes Zylinders des Motors lie­ fern, und ihre Anordnung in Position 84 würde den Abstand zwi­ schen den einzelnen Zylindern und der Zylinderkopfschraube mit Dehnungsmesser minimieren. Weitere Kombinationen sind ebenfalls möglich. So kann es beispielsweise wünschenswert sein, jeweils eine Zylinderkopfschraube in den Positionen 84, 86 und 88 anzu­ bringen. Die Zylinderkopfschraube in Position 88 würde genaue Informationen über die Zylinder 1 und 2 liefern, während die Zylinderkopfschraube in Position 84 Informationen über die Zylinder 3 und 4 und die Zylinderkopfschraube in Position 86 Informationen über die Zylinder 5 und 6 liefern würde. Auf diese Weise können von den Zylinderkopfschrauben mit Dehnungs­ messer immer noch Informationen über mehrere Zylinder hinsicht­ lich des Zylinderdrucks geliefert werden, jedoch wird der Ab­ stand zwischen einer Zylinderkopfschraube mit Dehnungsmesser und dem gemessenen Zylinder minimiert.

Als eine weitere Möglichkeit ist es manchmal wünschenswert, die Kraftstoffeinspritzung der Zylinder gruppenweise einzuregeln. So ist es z. B. bei manchen Kraftstoffeinspritzsystemen wie dem in U.S.-Patent Nr. 5,441,027 offenbarten wünschenswert, die vorderen und hinteren Betätigungselemente unabhängig nachzu­ stellen oder einer Diagnose zu unterziehen. Die vorderen Betä­ tigungselemente würden also nachgestellt, um die Zylinder 1, 2 und 3 einzuregeln, die hinteren Betätigungselemente würden zum Einregeln der Zylinder 4, 5 und 6 nachgestellt. In diesem Fall kann es wünschenswert sein, die Zylinderkopfschrauben mit Deh­ nungsmesser in den Positionen 82 und 89 anzuordnen. Die Zylin­ derkopfschraube in Position 82 würde dann Informationen über die vordere Zylindergruppe liefern, während die Zylinderkopf­ schraube in Position 89 Informationen über die hintere Zylin­ dergruppe liefern würde.

In Anbetracht der obigen Beschreibung ist es für den Fachmann offensichtlich, daß eine Zylinderkopfschraube mit Dehnungsmes­ ser gemäß der vorliegenden Erfindung zusammen mit einem Zylin­ derkopfdeckel verwendet werden kann, der eine Gruppe von Zylin­ dern eines Motors abdeckt, um Informationen über den Verbren­ nungsdruck in einer Gruppe von Zylindern zu liefern. Diese In­ formationen können von dem Motor-ECM auf Echtzeitbasis genutzt werden, um die Parameter der elektronischen Kraftstoffeinsprit­ zung des Motors auf optimale Leistung und/oder Kraftstoffspar­ samkeit einzuregeln. Des weiteren können die von solchen Zylin­ derkopfschrauben mit Dehnungsmesser gelieferten Informationen zu Zwecken der Wartungsdiagnose und der Fehlersuche und -besei­ tigung verwendet werden, um dem Mechaniker ein genaues Bild der Zylinderkopfdrücke während des Motorbetriebs zu geben.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es beispielsweise auch möglich, die Dehnung der Zylinderkopfschrauben auf jede dem Stand der Technik bekannte Weise zu messen, etwa durch Aufbrin­ gen einer dünnen akustoelektrischen Beschichtung auf den Kopf der Schraube oder durch Übertragen eines Ultraschallsignals durch die Schraube und Bestimmen der Dehnung der Schraube aus der Änderung des reflektierten Signals. Außerdem ist es im Rah­ men der vorliegenden Erfindung auch denkbar, andere Mittel als Schrauben zum Koppeln des Zylinderkopfes mit dem Motorblock zu verwenden, beispielsweise Muttern oder eine Mutter/Scheiben­ kombination, die an integral mit dem Motorblock ausgeformten Schrauben angebracht ist. Jede beliebige Verbindungsmethode kann verwendet werden, vorausgesetzt, der Befestigungsmittel ist in der Lage, die durch die Zylinderdrücke hervorgerufene Dehnung zu erfassen.

Claims (19)

1. Brennkraftmaschine mit:
einem Motorblock, der mindestens eine erste Gruppe von Zylin­ dern zum Verbrennen eines Kraftstoffs aufweist;
einem Kraftstoffsystem für die gesteuerte Zufuhr des Kraft­ stoffs an die erste Gruppe von Zylindern;
einem Zylinderkopf (80) für den Abschluß mindestens der ersten Gruppe von Zylindern, wenn er an dem Motorblock befestigt ist, und
einer Gruppe von Befestigungsmitteln, die zur Befestigung des Zylinderkopfes (80) an dem Motorblock dienen, von denen min­ destens eines einen Dehnungsmesser enthält, der zum Messen der Dehnung in diesem dient, die durch die über den Zylinderkopf (80) übertragenen Drücke in der ersten Gruppe von Zylindern hervorgerufen wird, und zur Datenübertragung an das Kraftstoff­ system angeschlossen ist, so daß die Zufuhr des Kraftstoffs an die erste Gruppe von Zylindern mindestens teilweise auf der Grundlage der durch das mindestens eine Befestigungsmittel erfaßten Dehnungsinformationen geregelt wird.

2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, bei der das mindestens eine Befestigungsmittel eine Schraube (10, 50, 60) mit einem in ihrem Inneren eingebauten Dehnungsmesser ist.

3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 2, bei der der Dehnungs­ messer eine Vollbrücken-Dehnungsmeßschaltung enthält.

4. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, bei der das Kraft­ stoffsystem ein Kraftstoffeinspritzsystem ist.

5. Brennkraftmaschine nach Anspruch 4, bei der das Kraft­ stoffeinspritzsystem die Kraftstoffzumessung an die erste Gruppe von Zylindern mindestens teilweise auf der Grundlage der durch den mindestens einem Befestigungsmitteln erfaßten Deh­ nungsinformationen elektronisch einstellt.

6. Brennkraftmaschine nach Anspruch 4, bei der das Kraft­ stoffeinspritzsystem den Einspritzzeitpunkt für die erste Gruppe von Zylindern mindestens teilweise auf der Grundlage der durch das mindestens eine Befestigungsmittel erfaßten Dehnungs­ informationen elektronisch einstellt.

7. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, bei der der Motorblock in seiner Gesamtheit eine zweite Gruppe von Zylindern aufweist, die größer ist als die erste Gruppe.

8. Kraftstoffsystem zur Verwendung mit einer Brennkraftma­ schine, das folgende Teile umfaßt:
ein Kraftstoffeinspritzsystem für die geregelte Zufuhr des Kraftstoffs an die Brennkraftmaschine, und Befestigungsmittel zum Befestigen eines Zylinderkopfes (80) für mehrere Zylinder an der Brennkraftmaschine, von denen minde­ stens eines einen Dehnungsmesser enthält, der zum Messen dessen Dehnung dient, die durch die Drücke in einer Gruppe von Zylin­ dern hervorgerufen wird, die von der Gruppe der Zylinder durch den Zylinderkopf (80) für mehrere Zylinder an das Befestigungs­ mittel übertragen werden;
bei der das Befestigungsmittel zur Datenübertragung an das Kraftstoffsystem angeschlossen ist, so daß dieses die Zufuhr des Kraftstoffs an die Brennkraftmaschine mindestens teilweise auf der Grundlage der durch das Befestigungsmittel erfaßten Dehnungsinformationen einstellt.

9. Kraftstoffsystem nach Anspruch 8, bei das Befestigungs­ mittel eine Schraube (10, 50, 60) mit einem in ihrem Inneren eingebauten Dehnungsmesser ist.

10. Kraftstoffsystem nach Anspruch 9, bei dem der Dehnungsmes­ ser eine Vollbrücken-Dehnungsmeßschaltung enthält.

11. Kraftstoffsystem nach Anspruch 8, bei dem das Kraftstoff­ einspritzsystem die Kraftstoffzumessung für die Einspritzung der Brennkraftmaschine mindestens teilweise auf der Grundlage der durch das Befestigungsmittel erfaßten Dehnungsinformationen einstellt.

12. Kraftstoffsystem nach Anspruch 8, bei dem das Kraftstoff­ einspritzsystem den Zeitpunkt der Kraftstoffeinspritzung in die Brennkraftmaschine mindestens teilweise auf der Grundlage der durch das Befestigungsmittel erfaßten Dehnungsinformationen einstellt.

13. Verfahren zum Steuern der Kraftstoffzumessung in einer Brennkraftmaschine, das folgende Schritte umfaßt:

• a) Messen einer Dehnung, die in einem Befestigungsmittel für einen Zylinderkopf für mehrere Zylinder durch Drücke in einer ersten Gruppe von Zylindern der Brennkraftmaschine hervorge­ rufen wird;
• b) Bestimmen ausgewählter Verbrennungsdaten zumindest teil­ weise auf der Grundlage der in Schritt (a) gemessenen Dehnung für jeden Zylinder der ersten Gruppe von Zylindern;
• c) Vergleichen der bestimmten Verbrennungsdaten mit vorbe­ stimmten gewünschten Verbrennungsdaten; und
• d) Regeln der Kraftstoffzumessung zu den Zylinder zumindest teilweise auf der Grundlage des Vergleichs von Schritt (c) für jeden Zylinder der ersten Gruppe von Zylindern.

14. Verfahren nach Anspruch 13, bei dem für Schritt (a) eine Zylinderkopfschraube (10, 50, 60) eingesetzt wird, die einen in ihrem Inneren eingebauten Dehnungsmesser aufweist.

15. Verfahren nach Anspruch 14, bei dem der Dehnungsmesser eine Vollbrücken-Dehnungsmeßschaltung enthält.

16. Verfahren nach Anspruch 13, bei dem Schritt (b) das Be­ stimmen des Zylinderdrucks über der Zeit für jeden Zylinder der ersten Gruppe von Zylindern umfaßt.

17. Verfahren nach Anspruch 13, bei dem Schritt (d) das Ein­ regeln der Kraftstoffzumessung zur Einspritzung für jeden Zylinder der ersten Gruppe von Zylindern umfaßt.

18. Verfahren nach Anspruch 13, bei dem Schritt (d) das Ein­ regeln des Zeitpunktes der Einspritzung für jeden Zylinder der ersten Gruppe von Zylindern umfaßt.

19. Verfahren nach Anspruch 13, bei dem die Brennkraftmaschine in ihrer Gesamtheit eine zweite Gruppe von Zylindern enthält, die größer ist als die erste Gruppe.