DE4226012A1 - Cylinder head seal for internal combustion engine - has combustion pressure measurement detector consisting of pressure-sensitive resistance located between crossing conductive tracks in seal to detect combustion irregularities - Google Patents
Cylinder head seal for internal combustion engine - has combustion pressure measurement detector consisting of pressure-sensitive resistance located between crossing conductive tracks in seal to detect combustion irregularitiesInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Zylinderkopfdichtung für Verbrennungskraftmaschinen mit mindestens einer auf der Dichtung angeordneten Meßvorrichtung zur indirekten Erfassung des Brennraumdruckes einer Verbrennungskraftmaschine insbesondere zur Erkennung von Unregelmäßigkeiten im Verbrennungsablauf beim Betrieb von Verbrennungskraftmaschinen.The invention relates to a cylinder head gasket for Internal combustion engines with at least one the seal arranged measuring device for indirect detection of the combustion chamber pressure Internal combustion engine in particular for detection of irregularities in the combustion process when Operation of internal combustion engines.
Es ist bekannt, Zylinderkopfdichtungen für Verbrennungskraftmaschinen mit Meßvorrichtungen auszurüsten, über die Unregelmäßigkeiten des Verbrennungsablaufes beim Betrieb von Verbrennungskraftmaschinen durch Motorklopfen oder Motoraussetzer erfaßt und zur Steuerung eines störungsfreien Verbrennungsablaufes des Motors verwendet werden können.It is known for cylinder head gaskets Internal combustion engines with measuring devices equip, about the irregularities of the Combustion process in the operation of Internal combustion engines by engine knock or Engine misfires detected and to control a trouble-free combustion process of the engine can be used.
Nach beispielsweise der DE-OS 40 15 109 bestehen die Meßvorrichtungen aus Weg-, Kraft- und/oder Druckaufnehmern, die auf der Dichtung benachbart zu den Brennraumöffnungen angeordnet sind, um dort die Dichtspaltbewegungen zwischen Motorblock und Zylinderkopf zu erfassen und zu kontrollieren. Nach der DE-OS 36 20 733 werden für diese Zwecke magnetorestriktive Wegaufnehmer, nach der DE-OS 30 06 603 werden dafür bis in die Brennraumeinfassungen reichende Thermoelemente und nach der PCT-PA-WO 89 03 520 bis in die Brennraumöffnungen reichende Ionenstromsonden verwendet.According to, for example, DE-OS 40 15 109 Measuring devices from displacement, force and / or Pressure transducers that are adjacent to the seal the combustion chamber openings are arranged to there the Sealing gap movements between engine block and Detect and control the cylinder head. To DE-OS 36 20 733 are used for these purposes magnetorestrictive displacement transducer, according to the DE-OS 30 06 603 for this up to Thermocouples and combustion chamber surrounds according to PCT-PA-WO 89 03 520 to the Ion current probes reaching combustion chamber openings used.
All diese Meßvorrichtungen sind relativ empfindliche Meßgeräte, die bei den unter Betriebsbedingungen im Motor herrschenden hohen Drücken und Temperaturen hohen Verschleißbelastungen ausgesetzt sind. Sie müssen daher zum Schutz mit Folien umhüllt oder in besondere Vertiefungen der Dichtungen eingesetzt werden. Zusätzlich beeinträchtigen auf den Dichtungen aufliegende Meßvorrichtungen und ihre für die elektrische Auswertung der Meßergebnisse erforderlichen elektrischen Zuleitungen vor allem das Abdichtverhalten der Dichtungen nachteilig. Die meisten in Serie laufenden Zylinderkopfdichtungen sind mit derartigen Meßvorrichtungen ohne Beeinträchtigung ihres Funktionsverhaltens überhaupt nicht ausrüstbar und müßten zur Abhilfe völlig neu konzipiert werden.All of these measuring devices are relatively sensitive Measuring devices that are used in the operating conditions in Engine prevailing high pressures and temperatures are exposed to high wear loads. they must therefore be covered with foils for protection or in special recesses of the seals used become. Additionally affect on the seals overlying measuring devices and their for electrical evaluation of the measurement results necessary electrical leads, especially that Sealing behavior of the seals disadvantageous. The Most cylinder head gaskets are in series with such measuring devices without interference their behavior cannot be equipped at all and would have to be completely redesigned to remedy this.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Zylinderkopfdichtung gemäß Oberbegriff des Hauptpatentanspruches zu schaffen, deren Meßvorrichtungen sich einfach und störungssicher möglichst ohne Beeinträchtigung des Funktionsverhaltens auf der Dichtung montieren lassen.The present invention is therefore based on the object based on a cylinder head gasket according to the preamble of the main patent claim to create Measuring devices are simple and fail-safe if possible without affecting the Have the functional behavior mounted on the seal.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Zylinderkopfdichtung gelöst, deren Meßvorrichtungen aus zwei sich überdeckenden und/oder sich kreuzenden elektrischen Leiterbahnen bestehen, zwischen denen im Überdeckungsbereich und/oder im Kreuzungsbereich ein elektrisch resistives Material angeordnet ist, welches bei Druckbeaufschlagung, abhängig vom Druck, seinen elektrischen Widerstand ändert.According to the invention, this object is achieved by a Cylinder head gasket released, their measuring devices of two overlapping and / or crossing electrical conductor tracks exist between which in Coverage area and / or in the intersection area electrically resistive material is arranged, which when pressurized, depending on the pressure, its electrical resistance changes.
Bevorzugt ist dabei die Meßvorrichtung in einem Bereich der Dichtung angeordnet, der zur Erzielung einer optimalen Abdichtwirkung der Dichtung mit polymeren Auflagen oder Beschichtungen versehen wird, so daß die Meßvorrichtung nach Fertigstellung der Dichtung in das polymere Material eingebettet ist und dort zusammen mit dem polymeren Material die ohnehin erforderliche Auflage oder Beschichtung bildet. Dadurch ist die Meßvorrichtung nach außen geschützt und isoliert und stört nicht das Funktionsverhalten beziehungsweise Abdichtverhalten der Dichtungen.The measuring device is preferably in one Area of the seal arranged to achieve an optimal sealing effect of the seal polymeric overlays or coatings, so that the measuring device after completion of the Seal is embedded in the polymeric material and there together with the polymeric material anyway forms the required pad or coating. This protects the measuring device from the outside and does not isolate and interfere with functional behavior or sealing behavior of the seals.
Die auf der Dichtung angeordneten und sich überdeckenden oder kreuzenden Leiterbahnen sind mit elektrischen, nach außen führenden Zuleitungen beziehungsweise Ableitungen versehen. Unter Meßbedingungen im motorischen Betrieb flieht jetzt in einer Leiterbahn ein elektrischer Strom, der an den Überdeckungsbereichen oder Kreuzungsbereichen zur zweiten Leiterbahn entsprechend dem elektrischen Widerstand des dazwischen angeordneten, elektrisch resistiven Materials fließt. Der elektrische Widerstand kann dann beispielsweise mit einer Wheatstone′schen Brückenschaltung bestimmt werden. Druckänderungen durch Motorklopfen oder Motoraussetzer führen zu Widerstandsänderungen des druckempfindlichen, elektrisch resistiven Materials. Sie werden bei der Widerstandsmessung angezeigt und können elektronisch ausgewertet und gegebenenfalls zur Steuerung des Verbrennungsablaufes im Motor eingesetzt werden. Möglich ist dabei auch die Einstellung eines definierten Dichtpressungsdruckes beim Einspannen der Zylinderkopfdichtung zwischen Motorblock und Zylinderkopf während der Montage.The arranged on the seal and itself overlapping or crossing conductor tracks are with electrical leads leading to the outside or derivatives. Under Measurement conditions in motor operation are now fleeing an electrical current that is connected to the Coverage areas or crossing areas for second conductor track corresponding to the electrical Resistance of the interposed, electrical resistive material flows. The electric one Resistance can then, for example, with a Wheatstone bridge circuit can be determined. Pressure changes due to engine knock or engine misfires lead to changes in resistance of the pressure sensitive, electrically resistive material. They are displayed during the resistance measurement and can be evaluated electronically and, if necessary, for Control of the combustion process used in the engine become. It is also possible to set one defined sealing pressure when clamping the Cylinder head gasket between engine block and Cylinder head during assembly.
Die elektrischen Leiterbahnen und ihre Zuleitungen und Ableitungen bestehen aus elektrisch leitenden Metalldrähten, bevorzugt aber aus handelsüblichen, elektrisch leitenden Polymeren. Als elektrisch resistives, druckabhängig seinen Widerstand änderndes Material werden handelsübliche, meist mit Graphit und/oder Molybdändisulfid gefüllte, resistive Polymere verwendet, und als die Auflagen oder Beschichtungen der Dichtungen bildende Materialien werden die in der Dichtungstechnik üblichen Polymere, meist aus Silikonelastomeren, verwendet.The electrical conductor tracks and their supply lines and Derivatives consist of electrically conductive Metal wires, but preferably from commercially available, electrically conductive polymers. As electric resistive, pressure-dependent changing its resistance Material become commercially available, mostly with graphite and / or molybdenum disulfide filled, resistive polymers used, and as the overlays or coatings The materials forming the seals are those in the Sealing technology usual polymers, mostly from Silicone elastomers used.
Durch die Verwendung von Polymeren für die elektrischen Leiter mit ihren Ableitungen und Zuleitungen, als elektrisch resistives Material und für die Auflagen beziehungsweise Beschichtungen der Dichtungen ist es ohne größere Aufwendungen möglich, die Materialien nacheinander auf die Dichtung im Siebdruckverfahren aufzubringen. Dabei dient das Auflagen- beziehungsweise Beschichtungsmaterial auch als Isolation der elektrischen Leiter gegenüber der gegebenenfalls metallischen Zylinderkopfdichtungsplatte und gegenüber der auf der Zylinderkopfdichtung aufliegenden Dichtfläche des metallischen Zylinderkopfes beziehungsweise des Motorblockes.By using polymers for the electrical conductors with their derivatives and Leads, as an electrically resistive material and for the supports or coatings of the Seals it is possible without major expenditure, the materials one by one on the seal in the Screen printing process. This serves Cover or coating material too as insulation of the electrical conductors from the optionally metallic Cylinder head gasket plate and opposite that on the Cylinder head gasket overlying the sealing surface of the metallic cylinder head or Engine block.
Durch die Erfindung ist somit eine Zylinderkopfdichtung mit einer Meßvorrichtung zur Erkennung von durch Unregelmäßigkeiten im Verbrennungsablauf erzeugten Druckänderungen geschaffen, die mit relativ einfachen Mitteln auf der Dichtung ohne Störung des Funktionsverhaltens der Dichtung zu montieren ist. Die Meßvorrichtung selbst ist wenig empfindlich gegenüber äußeren Einflüssen und arbeitet dadurch störungssicher, wobei das als Einbettung dienende Auflagenmaterial oder Beschichtungsmaterial die Meßvorrichtung zusätzlich schützt und isoliert.The invention thus is a Cylinder head gasket with a measuring device for Detection of irregularities in the Combustion process generated pressure changes created with relatively simple means on the Seal without disturbing the functional behavior of the Seal must be installed. The measuring device itself is little sensitive to external influences and works thereby fail-safe, whereby the as Embedding material or Coating material the measuring device in addition protects and insulates.
Da die Meßvorrichtung auf die Dichtung auftragbar ist, ohne das Funktionsverhalten der Dichtung selbst zu stören, lassen sich vorteilhaft und ohne groben Aufwand und Neukonzipierungen auch Seriendichtungen mit den Meßvorrichtungen gemäß der Erfindung ausrüsten.Since the measuring device can be applied to the seal, without the functional behavior of the seal itself disturb, can be advantageous and without rough Effort and redesign also serial seals with the measuring devices according to the invention equip.
Die Anordnung der Meßvorrichtungen auf der Zylinderkopfdichtung ist dem Fachmann überlassen und richtet sich nach dem Anwendungsfall, bevorzugt ist jedem Verbrennungszylinder der Verbrennungskraftmaschine eine separate Meßvorrichtung zuzuordnen.The arrangement of the measuring devices on the Cylinder head gasket is left to the specialist and depends on the application, is preferred every combustion cylinder Internal combustion engine a separate measuring device assign.
Die Erfindung wird durch die beiden Abbildungen anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen:The invention is illustrated by the two figures of a preferred embodiment explained. Show it:
Fig. 1 schematisch eine gemäß der Erfindung mit Meßvorrichtungen ausgerüstete Zylinderkopfdichtung in Aufsicht, Fig. 1 shows schematically one of the invention equipped with measuring devices in accordance with the cylinder head gasket in plan view,
Fig. 2 vergrößert einen Querschnitt durch die Zylinderkopfdichtung der Fig. 1 im Bereich einer Meßvorrichtung in der Linie II-II. Fig. 2 enlarged a cross section through the cylinder head gasket of Fig. 1 in the area of a measuring device in the line II-II.
In Fig. 1 ist (1) eine Zylinderkopfdichtung für einen 4-Zylinder-Reihenmotor mit den vier nebeneinander liegenden Brennraumöffnungen (2). Die Randzone (3) der Zylinderkopfdichtung (1) ist mit einem zur Vereinfachung der Zeichnung durchsichtigen Silikonelastomer beschichtet und dient zur Dichtpressungserhöhung im Randbereich (3) der Zylinderkopfdichtung (1). In das Beschichtungsmaterial (4) der Randzone (3) sind, jeweils einer Brennraumöffnung (2) zugeordnet, vier Meßvorrichtungen (5) eingebettet.In Fig. 1 ( 1 ) is a cylinder head gasket for a 4-cylinder in-line engine with the four adjacent combustion chamber openings ( 2 ). The edge zone ( 3 ) of the cylinder head gasket ( 1 ) is coated with a silicone elastomer that is transparent to simplify the drawing and serves to increase the sealing pressure in the edge region ( 3 ) of the cylinder head gasket ( 1 ). A combustion chamber opening (2) four measuring devices (5) in the coating material (4) of the edge zone (3), each associated with embedded.
Die Meßvorrichtungen (5) bestehen aus der Meßstrecke (6) mit zwei aus dem Querschnittsbild der Fig. 2 erkennbaren, übereinanderliegenden Leiterbahnen (7, 8), die voneinander durch eine Schicht (9) aus elektrisch resistivem Material mit druckabhängiger Änderung des elektrischen Widerstandes voneinander getrennt sind. Die Leiterbahnen (7, 8) der Meßstrecke (6) sind mit den nach außen zu einer nicht dargestellten Widerstandsmeßvorrichtung führenden elektrischen Zu- beziehungsweise Ableitungen (10, 11) verbunden. Die Leiterbahnen (7, 8) und die Zu- und Ableitungen (10, 11) sind in das Beschichtungsmaterial (4) so eingebettet, daß gleichzeitig eine elektrische Isolation zur Zylinderkopfdichtungsplatte (1) und zum Zylinderkopf in Einbausituation (nicht dargestellt) entsteht.The measuring devices ( 5 ) consist of the measuring section ( 6 ) with two superimposed conductor tracks ( 7 , 8 ), which can be seen in the cross-sectional view of FIG. 2 and which are separated from one another by a layer ( 9 ) of electrically resistive material with a pressure-dependent change in the electrical resistance are separated. The conductor tracks ( 7 , 8 ) of the measuring section ( 6 ) are connected to the electrical supply and discharge lines ( 10 , 11 ) leading to the outside of a resistance measuring device (not shown). The conductor tracks ( 7 , 8 ) and the supply and discharge lines ( 10 , 11 ) are embedded in the coating material ( 4 ) in such a way that electrical insulation to the cylinder head gasket plate ( 1 ) and to the cylinder head in the installation situation (not shown) is produced at the same time.
Während des Meßvorganges im motorischen Betrieb fließt ein elektrischer Strom durch die Leiterbahnen (7 oder 8) und fließt proportional zum Widerstand des elektrisch resistiven Materials (9) zur zweiten Leiterbahn (8 beziehungsweise 7), so daß der Widerstand des elektrisch resistiven Materials mit der nicht dargestellten Widerstandsmeßvorrichtung (außerhalb der Dichtung 1) bestimmt werden kann. During the measuring process in motor operation, an electrical current flows through the conductor tracks ( 7 or 8 ) and flows in proportion to the resistance of the electrically resistive material ( 9 ) to the second conductor track ( 8 or 7 ), so that the resistance of the electrically resistive material does not resistance measuring device shown (outside the seal 1 ) can be determined.
Durch Motorklopfen oder Zündaussetzer erzeugte Druckänderungen bewirken eine Widerstandsänderung des elektrisch restriktiven Materials (9) im Bereich der Meßstrecke (6) und werden von der Widerstandsmeßvorrichtung (nicht dargestellt) erfaßt. Da in diesem Ausführungsbeispiel jeder Brennraumöffnung (2) eine Meßvorrichtung (5) zugeordnet ist, werden das Klopfen oder die Motoraussetzer in jedem Verbrennungsraum der Verbrennungskraftmaschine erfaßt und können zur optimalen Steuerung des Verbrennungsablaufes in den einzelnen Verbrennungsräumen herangezogen werden.Pressure changes generated by engine knock or misfires cause a change in the resistance of the electrically restrictive material ( 9 ) in the area of the measuring section ( 6 ) and are detected by the resistance measuring device (not shown). Since a measuring device ( 5 ) is assigned to each combustion chamber opening ( 2 ) in this exemplary embodiment, knocking or engine misfires are detected in each combustion chamber of the internal combustion engine and can be used for optimal control of the combustion process in the individual combustion chambers.
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