DE3013770A1

DE3013770A1 - Sensor

Info

Publication number: DE3013770A1
Application number: DE19803013770
Authority: DE
Inventors: Kurt Dr.-Ing. 7000 Stuttgart Binder; Theodor Prof. Dr.-Ing. 1000 Berlin Gast; Günter Dipl.-Ing. 7257 Ditzingen Hönig
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1980-04-10
Filing date: 1980-04-10
Publication date: 1981-10-29
Also published as: DE3013770C2

Description

Sensor
Stand der Technik Die Erfindung geht aus von einem Sensor nach der Gattung des Hauptanspruches. Es ist bekannt, daß bei Brennkraftmaschinen unter bestimmten Arbeitsbedingungen ein sogenanntes Klopfen auftritt. Hierunter versteht man tonfrequente Schwingungen des komprimierten Kraftstoff-Luft-Gemisches, die durch eine Stoßwelle ausgelöst werden.
Während dieser Schwingungen ist der Wärmeübergang an Kolben und Zylinderwänden der Brennkraftmaschine stark überhöht. Dies bedingt eine schädliche thermische Überlastung dieser Flächen, so daß das Klopfen grundsätzlich zu vermeiden ist. Da man jedoch andererseits bestrebt ist, den bestehenden Arbeitsbereich der Brennkraftmaschine möglichst weitgehend auszunützen, besteht Interesse an einem Sensor, der das Klopfen frühzeitig und sicher anzeigt.
Bekannte Sensoren zu diesem Zweck sind piezoelektrische Druckindikatoren, die in eine besondere Bohrung im Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine eingeschraubt werden und mit dem Innenraum des Zylinders der Brennkraftmaschine in Verbindung stehen. Eine derartige Befestigungsart ist jedoch außerordentlich aufwendig und teuer.
Aus dem Buch von Camenzind, Circuit Design for Integrated Electronics, Addison-Wesley Publishing Company, 1968 ist ein Resonanzelement bekannt, das aus einer resonanzfähigen Zunge besteht, die über einem Kanal einer FET-Struktur angeordnet ist.
Vorteile der Erfindung Der erfindungsgemäße Sensor mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat gegenüber den bekannten Klopfsensoren den Vorteil, daß der Sensor außen an der Brennkraftmaschine angebracht werden kann und daß das Resonanzelement unmittelbar Bestandteil einer elektronischen Schaltung ist, so daß ein besonders kompakter Aufbau bei gleichzeitig hoher Empfindlichkeit möglich ist.
Zeichnung Ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Sensors ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Resonanzelementes; Fig. 2: eine Draufsicht der in Fig. 1 dargestellten Anordnung.
Beschreibung des Ausführungsbeispieles Bei dem in Fig. 1 dargestellten Resonanzelement ist auf einem Substrat 10 vermittels eines Fußteiles 11-eine resonanzfähige Zunge 12 befestigt, die über einem Kanal 13, der ein Gate einer FET-Struktur bildet, angeordnet ist. Die FET-Struktur 14 weist weiterhin eine Source-Elektrode 15 und eine Drain-Elektrode 16 auf. Unter dem freien Ende der Zunge 12 ist eine Elektrodenplatte 17 angeordnet, die mit einer Spannungsquelle 18 verbunden ist. Die Drain-Elektrode 16 ist weiterhin an eine Gleichspannungsquelle 19 und über einen Koppelkondensator 20 an eine Klemme 21 angeschlossen.
Die in Fig. 1 dargestellte Anordnung bildet ein resonantes System, wobei die Resonanzfrequenz der Zunge 12 in bekannter Weise von ihrer Länge, Breite, von der Dichte des verwendeten Materiales und vom Elastizitätsmodul des Materiales abhängt. Wird die Anordnung entsprechend Fig. 1 nun mit einem schwingungsfähigen Teil der Brennkraftmaschine verbunden und ist die Resonanzfrequenz der Zunge 12 so eingestellt, daß sie der Klopffrequenz der jeweiligen Brennkraftmaschine entspricht, entsteht beim Klopfen der Brennkraftmaschine eine resonante Schwingung der Zunge 12. Diese Resonanzerscheinung wirkt sich über den Kanal 13 auf die FET-Struktur aus, die im Takt der Schwingungsbewegung der Zunge 12 moduliert wird. Das Resonanzsignal läßt sich dann über den Koppelkondensator 20 und die Klemme 21 abgreifen und in an sich bekannter Weise weiterverarbeiten.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist in Fig. 2 dargestellt. Hierbei wird die gleiche Vorrichtung wie in Fig. 1 verwendet, mit dem Unterschied, daß die FET-Struktur 14 eine weitere Gate-Elektrode 22 aufweist, die von einem Hochfrequenzgenerator 23 gespeist wird. Durch Einspeisung des Hochfrequenzsignales aus der Hochfrequenzgenerator 23 ist eine Messung der Resonanz im Trägerfrequenzverfahren möglich, wenn die Frequenz des Hochfrequenzgenerators 23 wesentlich höher liegt als die Resonanzfrequenz der Zunge 12. Auf diese Weise ist es möglich, bereits am Meßort den Meßwert in einen Frequenzbereich umzusetzen, der frei von den im Kraftfahrzeug üblichen Störsignalen ist.
Will man die Resonanz der Zunge 12 in definierter Weise bedämpfen, kann man sich hierzu der Elektrodenplatte 17 bedienen. über die Spannungsquelle 18 wird hierzu eine Polarisationsspannung zwischen die Zunge 12 und die Elektrodenplatte 17 gelegt, so daß sich zwischen dem freien Ende der Zunge 12 und der Elektrodenplatte 17 ein elektrisches Feld ausbildet. Die durch Anlegung einer konstanten Polarisationsspannung auftretende Kraft zwischen dem freien Ende der Zunge 12 und der Elektrodenplatte 17 bewirkt dabei die gewünschte Dämpfung der Zunge 12.
Sensor Zusainmenfassung Es wird ein Sensor zur Erfassung der beim Klopfen einer Brennkraftmaschine auftretenden Schwingungen mit Hilfe eines Resonanzelementes vorgeschlagen, bei dem als Resonanzelement ein an sich bekannter Feldeffekttransistor-Resonator, bestehend aus einer resonanzfähigen Zunge, die über einem Kanal einer FET-Struktur angeordnet ist, verwendet wird.
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Claims

Ansprüche 1. Sensor zur Erfassung der beim Klopfen einer Brennkraftmaschine auftretenden Schwingungen mit Hilfe eines Resonanzelementes, dadurch gekennzeichnet, daß als Resonanzelement ein an sich bekannter Feldeffekttransistor-Resonator, bestehend aus einer resonanzfähigen Zunge (12), die über einem Kanal (13) einer FET-Struktur (14) angeordnet ist, verwendet wird.
2. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die FET-Struktur (14) ein zusätzliches Gate (22) aufweist, über das die FET-Struktur (14) mit einer Frequenz modulierbar ist, die wesentlich höher als die Klopffrequenz liegt.
3. Sensor nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das freie Ende der Zunge (12) in dichtem Abstand von einer Elektrodenplatte (17) angeordnet ist und zur Dämpfung des Resonanzelementes eine Polarisationsspannung zwischen Zunge (12) und Elektrodenplatte (17) geschaltet ist.