DE2236943A1 - PRESSURE SENSOR DEVICE - Google Patents
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Description
Patentanwalt· Dlpl.-Ing. RSEETZ Dlpl'inn« K. LAMPnE Dr.-Ing» R1BEETZJnPatent Attorney Dlpl.-Ing. RSEETZ Dlpl'inn "K. LAMPnE Dr.-Ing" R 1 BEETZJn
95-19*126P(19.127H) 27. 7. 197295-19 * 126P (19.127H) July 27, 1972
Gegenstand der Erfindung 1st ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Abfühlung eines Druckes oder spezieller zur Anzeige von DruekMnderungen oder der Geschwindigkeit von Druckänderungen al» Folge von:Änderungen der Gr$$e oder des Querschnitts eines Körpers, der einer Expansion oder Kontraktion ausgesetzt wird. Sie befaßt sich ferner mit der AbfUhlung und der Anzeige derartiger Drücke oder Druckwechsel eines Fluides in eine« Behälter, beispielbweise einem Rohr oder einer Leitung.The invention 1st method and apparatus for sensing a pressure, or more specifically for displaying DruekMnderungen or the speed of pressure changes al "sequence of: changes in the size $$ e or the cross-section of a body that is subjected to expansion or contraction. It also deals with the sensing and display of such pressures or pressure changes of a fluid in a container, for example a pipe or a line.
Die!praktische Anwendung der Erfindung liegt Vorzugsweise in der Bestimmung und Anzeige der Arbeitsweise von Kompressions-ZUnd-MaBchinen oder anderen Brennkraftmaschinen mit brennstoffeinspritzung durch Bestimmung der Änderungen in der Brennstoffleitung und der ZylindergasdrückeThe practical application of the invention is preferably in the determination and display of the operation of Compression ignition machines or other internal combustion engines with fuel injection by determining the changes in the fuel line and the cylinder gas pressures
96-(4585)-SdBk96- (4585) -SdBk
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trotz der durch die Vibration, das Geräusch und die hohen Temperaturen verursachten Schwierigkeiten, die beim Betrieb einer derartigen Maschine auftreten. Die diesbezüglichen praktischen Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung.despite the by the vibration, the noise and the high Temperatures caused difficulties encountered in the operation of such a machine. The practical advantages of the invention in this regard result from the following description.
Das erfindungsgemäfle Verfahren zur AbfUhlung eines Druckes, eines Druckwechsels oder zur Bestimmung der Geschwindigkeit einer Druckänderung als Folge einer Oröflen- oder Querschnittsänderung eines Körpers zeichnet sich dadurch aus, dafl Drucksensoren an Körper oder dem Rohr angeordnet werden, dafl die Druckimpulse von diesen Elementen in elektrische Signale umgewandelt und über einen Schaltkreis zu einer Anzeigevorrichtung für den Druck oder die Druckweohsel geleitet werden.The inventive method for sensing a Pressure, a pressure change or to determine the speed of a pressure change as a result of an Oröflen- or a change in the cross-section of a body is characterized by the fact that pressure sensors are arranged on the body or on the pipe, so that the pressure pulses from these elements converted into electrical signals and via a circuit to a display device for the pressure or the Druckweohsel are conducted.
Die Erfindung ist ferner durch einen elektrischen Schaltkreis gekennzeichnet, welcher die auf Vibration, auf Geräusche oder eine hohe Temperatur zurückzuführenden unerwünschten Signale eliminiert oder dämpft, wobei dl· aufgenommenen Druck- oder Druckänderungssignale Im wesentlichen unbeeinfluflt erhalten bleiben. In der Praxis kann dl« Vorrichtung zur Bestimmung oder AbfUhlung von Druckimpulsen in der Brennstoffleitung einer Brennkraftmaschine und auoh von Änderungen des Oasdruckes Im Maschinenzylinder bzw. jedes Zylinders, durch Befestigen und Verbinden eines Rohres mit dem ZyIInderinneren verwendet «erden. 01· empfangenen Impuls· von der Brennstoffleitung oder vom Zylinderrohr können entweder getrennt oder zusammen genau· Informationen über dl· Arbeitswelse der Maschine geben.The invention is further characterized by an electrical circuit which eliminates or attenuates the undesired signals due to vibration, noise or a high temperature, the recorded pressure or pressure change signals remaining essentially unaffected. In practice, dl « Device for determining or sensing pressure pulses in the fuel line of an internal combustion engine and also of changes in the oas pressure in the machine cylinder or each cylinder, by attaching and connecting one Pipe with the inside of the cylinder. 01 · received impulse · from the fuel line or from the cylinder tube can either separately or together give precise · information about the · working status of the machine.
Dl· erfindungsgemäBe Vorrichtung wird besonders zw«okrnäfllg zum Testen und Instrumentieren einer !Compressions-» Zündungs-Maschine eingesetzt und liefert genaue AussagenThe device according to the invention is particularly useful for testing and instrumentation of a compression system. Ignition machine is used and provides precise information
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über die Kraftstoff drücke und die Oasdrücke unter dynamischen Bedingungen während des Maschinenbetriebes ohne Bewegung oder Störung irgendwelcher Komponenten, über derartige dynamische Parameter kann die Maschinendrehzahl, das Phasenverhältnis zwischen den Brennstoff-Einspritzimpulsen, das Phasenverhältnis zwischen den Brennstoffeinspritzimpulsen und den Oasdruckimpulsen, Druckimpulsänderungen, Drücke an irgendeinem Teil des Impulses und ganz allgemein die Arbeitsweise der Maschine bestimmt werden. Darüber hinaus läßt sich mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine Brennstoffdruckanzeige und Oas- oder Belastungsdruckanzeigen durchführen, ohne Beeinflussung durch Vibration, Geräusch oder hohe Temperatur der Maschine ob vorübergehend oder anderweitig.over the fuel pressures and the oas pressures under dynamic Conditions during machine operation without movement or disruption of any components, over Such dynamic parameters can be the engine speed, the phase relationship between the fuel injection pulses, the phase relationship between the fuel injection pulses and the gas pressure pulses, Pressure pulse changes, pressures at any part of the pulse and, in general, the operation of the machine can be determined. In addition, with the inventive Device perform a fuel pressure gauge and Oas or load pressure gauges without Influence by vibration, noise or high temperature of the machine, whether temporarily or otherwise.
Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, seine Anordnung und Betriebsweise anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:In the following an embodiment of the invention, its arrangement and mode of operation with reference to the Drawing explained in more detail. Show it:
Fig. 1 ein Paar Druck-Sensorelemente an einem Rohr oder einer Leitung, z.B. einer Kraftstoffleitung oder einem zu einem Motorzylinder führenden RohrjFigure 1 shows a pair of pressure sensing elements on a pipe or line, e.g., a fuel line or a pipe leading to an engine cylinder
Fig. 2 ein Diagramm der Abgangssignale der beiden Elemente;2 shows a diagram of the output signals of the two elements;
Fig. 3 einen elektrischen Leiterkreis, mit dem die Drucksensoren verbunden sindjFig. 3 shows an electrical conductor circuit with which the Pressure sensors are connected j
Fig. 4 eine Brennkraftmaschine-Uberwachungsanordnung.4 shows an internal combustion engine monitoring arrangement.
Die Drucksensoren 1 sind Umformer, die eine mechanische Belastung, einen Druck oder eine Bewegung in ein elektrisches Signal umwandeln. Gebräuchliche Umwandler sindThe pressure sensors 1 are transducers that convert a mechanical load, a pressure or a movement into an electrical one Convert signal. Common converters are
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piezoelektrische Kristallgeräte, Dehnungsmesser, induktive, kapazitive oder Differenz-Umformer oder Halbleitergeräte. Die Umformerelemente 1,1 sind vorzugsweise zu einem oder mehreren Paaren (oder aber allein) geordnet und in einem ,Oerät mit einer Klammer 2 kombiniert, die sie gegen das Äußere einer Leitung oder eines Rohres 3 drückt.piezoelectric crystal devices, strain gauges, inductive, capacitive or differential converters or semiconductor devices. The transducer elements 1, 1 are preferably arranged in one or more pairs (or individually) and in one , Oerät combined with a clamp 2, which presses it against the exterior of a line or a pipe 3.
Wie beispielsweise aus Fig. 1 ersichtlich, werden zwei gegenüberliegende piezoelektrische Kristallelemente 1,1, die den Umformer bilden, von einer Klammer 2 in Kontakt mit dem Rohr J> gehalten. Das Abgangssignal jedes Elementes 1 bei A und B ist in Fig. 2 dargestellt, in welcher die Inphase Signale I die Vibration und die übermäßigen Ausschläge 0 die Expansion und Kontraktion des Rohres "*> anzeigen, die von pulsierendem Gas oder Fluid verursacht werden. As can be seen, for example, from FIG. 1, two opposing piezoelectric crystal elements 1, 1, which form the transducer, are held in contact with the tube J> by a clamp 2. The exit signal of each element 1 at A and B is shown in Fig. 2, in which the in-phase signals I vibration and excessive deflections 0, the expansion and contraction of the tube "*> show caused by pulsating gas or fluid.
Die piezoelektrischen Elemente 1,1,sind an einen elektrischen Kreis angeschlossen (Fig. J5), der unerwünschte Signale durch Löschen der Inphase-Komponente I der Signale und Addieren der phasenverschiedenen Komponenten 0 eliminiert oder unterdrückt.The piezoelectric elements 1, 1 are connected to an electrical Circle connected (Fig. J5), the unwanted signals by deleting the in-phase component I of the signals and Adding the phase-different components 0 eliminated or suppressed.
Bei der Verwendung eines piezoelektrischen Kristallgerätes 1,1 kann der elektrische Kreis Feldeffekttransistoren, Integratoren, Hoch-Impedanz-Einrichtungen, Filternetzwerke, Differenzverstärker, Ladungsverstärker, Spannungsfolger oder irgendeine zweckmäßige Kombination dieser Elemente enthalten.When using a piezoelectric crystal device 1.1, the electrical circuit can be field effect transistors, Integrators, high-impedance devices, filter networks, differential amplifiers, charge amplifiers, voltage followers or contain any convenient combination of these elements.
Bei dem in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel gelangen die Signale von jedem piezoelektrischen Kristallelement 1,1 zu entsprechenden Eingangsverstärkern 5 und danach durchIn the embodiment shown in FIG. 3, arrive the signals from each piezoelectric crystal element 1,1 to respective input amplifiers 5 and thereafter through
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Filternetzwerke 6 zu einem Ausgangsverstärker 7, von wo sie dann zu geeigneten Anzeige- und/oder Aufzeijohnungsgeräten,. zum Beispiel einem Oszillographen, gelangen, von welchem die Impulsanzeige oder Verschiebung photographisch festgehalten werden kann. Derartige Einrichtungen können auch als Impulszähler wirken und geben daher die Umdrehungen pro Minute (RPM) der Motorkurbelwelle, als ein Beispiel, an* wenn die Leitung 3 eine Förderleitung von der Einspritzpumpe zur Maschine darstellt.Filter networks 6 to an output amplifier 7, from where they then to suitable display and / or Aufzeijohnungsgeräte. for example an oscilloscope, from which the pulse display or shift is photographed can be held. Such devices can also act as pulse counters and therefore give the revolutions per minute (RPM) of the engine crankshaft, as an example, at * if line 3 is a delivery line from the injection pump to the engine.
Zum Erhalt einer Zylinder-Gasdruckanzeige (d.h. der Kompression und des Verbrennungsdruckes) der Maschine kann ein an einem Ende verschlossenes, dünnwandiges Stahlrohr (Fig. 4) verwendet werden, dessen offenes Ende gasdicht an eine geeignete, normalerweise verstopfte öffnung im Zylinderkopf 15 befestigt ist. Der Adaptor umfaßt Dichtungen, wie z.B. ein O-Ring oder Ringe 16 aus wärmebeständigem Material, so daß nicht nur eine gasdichte Verbindung geschaffen wird, sondern auch eine verringerte Wärmeübertragung von der Maschine auf das Rohr 13 und somit zum Umformer oder den am Rohr 13 angeklemmten piezoelektrischen Elementen 11,11. Es ist verständlich, daß sich das Rohr entsprechend dem Oasdruck im jeweiligen Zylinder ausdehnt oder zusammenzieht und daher entsprechende Werte erhalten oder über einen elektrischen Kreis nach Fig. 3 auf einem Oszillographen angezeigt werden. Wird auf diese Weise ein Kompressionsdruck beobachtet, dann befindet sich der Motorkolben im oberen Totpunkt bei dem spitzen Druckpunkt der Anzeige C und ein'Referenzanzeiger kann an diesem Punkt angesetzt werden, welcher eine TDC-Anzeige liefert.To obtain a cylinder gas pressure reading (i.e. the compression and combustion pressure) of the engine a thin-walled steel tube closed at one end (Fig. 4) can be used, the open end of which is gas-tight to a suitable, normally clogged opening in the Cylinder head 15 is attached. The adapter includes seals such as an O-ring or rings 16 made of heat resistant Material so that not only a gas-tight connection is created, but also a reduced one Heat transfer from the machine to the tube 13 and thus to the converter or the piezoelectric clamped to the tube 13 Elements 11.11. It is understandable that the tube changes according to the pressure in the respective Cylinder expands or contracts and therefore receives corresponding values or according to an electrical circuit 3 can be displayed on an oscilloscope. If a compression pressure is observed in this way, then the engine piston is in top dead center at the acute pressure point of display C and a reference indicator can be started at this point, which provides a TDC display.
Gemäß einem besonderen Merkmal der Erfindung kann dieAccording to a particular feature of the invention, the
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obere Totpunkt- oder Impulsanzeige in Beziehung zu der Kraftstoff-Einspritz-Impulsanzeige F durch ein zweckmäßiges Oszillographenbild 10 (erforderlichenfalls mit photographischer Aufzeichnung) zur Prüfung oder Aufzeichnung der Arbeitsweise einer Brennkraftmaschine im Betrieb oder unter tatsächlichen Arbeitsbedingungen, wie z.B. der Maschine eines Ozean- oder anderen Motorschiffes gesetzt werden.top dead center or pulse display in relation to the Fuel injection pulse display F by means of a suitable oscilloscope image 10 (if necessary with photographic recording) for checking or recording the operation of an internal combustion engine in Operation or under actual working conditions, such as the engine of an ocean or other motor ship be set.
Der in Fig. 3 dargestellte Kreis mit den am Zylinderkopfrohr 13 angeschlossenen piezoelektrischen Kristallelementen 11,11 kann daher als Schaltkreis zur TDC-Anzeige in Relation zur Kraftstoff-rlnjektions-Impulsanzeige F von einem separaten piezoelektrischen Kristallelement 1,1 dienen, welche an der Kraftstoffleitung 3 über einen entsprechenden Verstärkungs- und Filterkreis der oben beschriebenen Art angeschlossen ist. Die Bestimmung und Auslegung der Kraftstoffanzeige in Relation zur Kompression TDC kann ebenso wie verschiedene andere Motorbedingungen ermittelt werden, aus denen Symptome möglicher Fehler, beispielsweise der Kraftstoff-Einspritzeinrichtung (d.h. der Pumpe und/oder des Injektors) oder der Brennkraftmaschine selbst festgestellt werden können, wobei eine Anzeige zu geringer Kompression auf verschlissene oder fehlerhafte Ventile und/oder einen ZyIInderverschleiß etc eines der Maschinenzylinder schließen läßt.The circle shown in Fig. 3 with the on the cylinder head tube 13 connected piezoelectric crystal elements 11,11 can therefore be used as a circuit for TDC display in relation to the fuel injection pulse display F serve from a separate piezoelectric crystal element 1.1, which is attached to the fuel line 3 via a corresponding Amplification and filter circuit of the one described above Kind of connected. The determination and interpretation of the fuel gauge in relation to the compression TDC can be determined as well as various other engine conditions from which symptoms of possible faults, for example the fuel injection device (i.e. the pump and / or the injector) or the internal combustion engine can be determined by yourself, showing an indication of insufficient compression on worn or worn faulty valves and / or cylinder wear etc one of the machine cylinders can be closed.
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Claims (7)
drucksensitives Element (1) an einem Rohr (3) angeordnet ist, welches mit einem auf Signale dieses Elementes ansprechenden und die Drucksignale anzeigenden elektrischen Kreis (5, 6, 7) verbunden ist.5. Apparatus for performing the method according to claim 1, characterized in that at least one
pressure-sensitive element (1) is arranged on a tube (3) which is connected to an electrical circuit (5, 6, 7) which responds to signals from this element and displays the pressure signals.
elektrischen Kreis verbunden sind, dessen Einrichtungen auf die von den Druckelementen in elektrische Impulse
umgesetzte Druckwerte ansprechen und den oberen Kolbentotpunkt des Zylinders mit den Kraftstoff-Injektionsimpulsen auf einem Oszillographen (10) vergleichen.7. Apparatus according to claim 5 and 6, characterized in that at least one pressure-sensitive element (11) on the hollow body (13) and at least one further pressure-sensitive element (1) on the fuel line (3) of the machine are arranged and that both pressure elements with one
electrical circuit are connected, its facilities to that of the pressure elements in electrical impulses
address the converted pressure values and compare the top dead center of the cylinder with the fuel injection pulses on an oscilloscope (10).
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