Indiziermesskette. Beispiele für Drucksensoreinbauten in Bereichen hoher Umgebungstemperatur, z.b. um den Druckverlauf im Auslasskanal zu messen.

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1 Indiziermesskette Beispiele für Drucksensoreinbauten in Bereichen hoher Umgebungstemperatur, z.b. um den Druckverlauf im Auslasskanal zu messen. Einbau mit Kühladapter zur Sensorkühlung Aufbau für eine Druckmessung hinter dem Auslasskanal eines Zylinders Prof. Dr.-Ing. P.-W. Manz 1

2 Aufbau einer Messanordnung für die Zylinderdruckindizierung Analoges Spannungssignal 10V... Indiziersystem- Funktionen: - A/D-Wandlung - Frequenzwandlung - Speicherung (RAM) Die Messkette besteht aus: 2 x Frequenzsignal: z.b. 360/Umdreh. piezoelektrischen Druckaufnehmern zur Signalerfassung einem Winkelmarkengeber zur Bereitstellung des Kurbelwinkelrasters in dem gemessen wird sowie die Umdrehungsinformation ein Messwerterfassungssystem zur Datenerfassung und ggf. Auswertung bei gekühlten Druckaufnehmern ein Kühlaggregat Bei der vorstehenden Abbildung handelt es sich um ein Beispiel für ein Indiziersystem alter Bauweise, bei dem die einzelnen Funktionen durch getrennte Baugruppen realisiert worden sind. Hierbei wird folgender Funktionsumfang realisiert: Datenerfassung über A/D-Wandler Messung der Kurbelwinkelinformation Datenspeicherung Auswertung Prof. Dr.-Ing. P.-W. Manz 2

3 Bei modernen Geräten ist die Bauform wesentlich kompakter und die Baugruppen sind hoch integriert. Quelle FEV Bei diesem Gerät handelt es sich um eine neue Bauform des vorher gezeigten Gerätes. Quelle Kistler Dieses Gerät ist noch kleiner und kompakter, da es speziell für den mobilen Einsatz im Fahrzeug konzipiert wurde. Die Entwicklung der Ladungsverstärker von den Anfängen der Zylinderdruckindizierung bis hin zum aktuellen technischen Stand. Prof. Dr.-Ing. P.-W. Manz 3

4 Ein Beispiel für einen Ladungsverstärker Typ Wesentliche Funktionen: Berücksichtigung der Kalibrierwerte des individuellen Zylinderdrucksensors Einstellung der Ladungsverstärkung für den gewählten Messbereich (z.b. 10 bar/volt) Signalwandlung innerhalb eines Spannungsbereiches von +/- 10V Filterung der Signale falls es erforderlich ist Die neue Bauform Typ 5018, die eine Möglichkeit zur direkten Datenübertragung der Einstellwerte zum Messsystem bietet und damit Fehlerquellen durch unterschiedliche Einstellungen von Ladungsverstärker und Messsystem vermeidet. Prof. Dr.-Ing. P.-W. Manz 4

5 Ein Beispiel für einen Winkelmarkengeber Winkelmarkengeber arbeiten am besten nach einem optischen Prinzip, weil dann elektrische Störeinflüsse minimiert werden können. Die Gradteilung der Messung läßt sich in gewissen Grenzen einstellen. Die Befestigung muss möglichst direkt an der Kurbelwelle erfolgen um Verdrehungen, wie sie z.b. bei einem Schwingungsdämpfer entstehen, zu vermeiden. Störeinflüsse bedingt durch den Messkettenaufbau Funktionsstörungen: a) Bei der Erdschleifenstörung liegt ein unterschiedliches Massepotenzial vor, das erhebliches Signalrauschen hervorruft. In der Regel sind solche Signale nicht mehr zu gebrauchen. Abhilfe bieten hier eine gemeinsame Masseleitung oder eine Stromversorgung über Trenntrafos. Prof. Dr.-Ing. P.-W. Manz 5

6 b) Bei der elektromagnetischen Störung werden die schwachen Signale des Sensors (wenige mv) z.b. von einer Zündleitung (10-30kV) beeinflusst. Abhilfe ist durch eine andere Leitungsführung oder durch eine gute Isolation möglich. Checkliste für Indiziermessketten: Um im Rahmen einer Versuchsdurchführung Fehler zu vermeiden ist es sinnvoll mit Hilfe einer einmal erarbeiteten Checkliste für Indiziermessketten den gesamten Messaufbau zu prüfen. Damit ist es möglich Fehler frühzeitig zu erkennen und zu vermeiden, es hilft aber auch um Fehler im System zu finden. Im folgenden wird beispielhaft so eine Liste vorgestellt. Die Zylinderdrucksensoren - Arbeitet die Kühlung bei der gekühlten Sensorbauform? - Wann war die letzte Kalibrierung? Gekühlte Bauform ca. alle 80h Ungekühlte Bauform ca. alle 40h - Ist der Sensoreinbau korrekt? Bohrungsdurchmesser > Bohrungslänge Anzugsmoment laut Herstellerangabe - Ist die elektrischen Verbindung am Sensor trocken? Wenn nicht dann 24h bei 100 C trocknen - Entsprechen die elektrischen Leitungen den Anforderungen? Spezifikation des Herstellers Zustand des Kabels keine Brüche in der Isolierung trockene Verbindungen max. Länge 1,5m Kabelführung außerhalb elektrischer Felder Nicht aus optischen Gründen z.b. mit den Zündkabeln verbinden Die Ladungsverstärker für die Zylinderdrucksensoren - Stimmen die Kalibrierfaktoren für die Sensoren? - Ist die Stromversorgung störungsfrei? z.b. Potenzialunterschiede - Ist die Signalverstärkung für den Anwendungsfall passend? - Sind die Filterfunktionen richtig eingestellt? Möglichst ohne Filterung arbeiten Drucksensoren in Einlass- und Auslasskanal - Arbeitet die Kühlung wenn ein Kühlung notwendig ist? - Wann war die letzte Kalibrierung? - Sind die richtigen Kabel verbaut worden? - Sind die richtigen Ladungsverstärker angeschlossen? - Sind die richtigen Kalibrierfaktoren eingestellt? - Stimmt die Signalverstärkung? Die Kabel zum Indiziersystem Ist die Kabelführung störungsfrei? Elektrische Felder vermeiden Heiße Zonen z.b. Auspuff vermeiden Die Anzahl der Kabel-Kupplungen minimieren um Signalverluste zu vermeiden Die Kabellänge nur so lang wie notwendig ausführen Prof. Dr.-Ing. P.-W. Manz 6

7 Das Indiziersystem (Messsystem mit PC) - Stimmen die Einstellungen der Software? Verstärkungsfaktor Messinkrement der thermodynamische Verlustwinkel Motordaten Verdichtungsverhältnis Pleuellänge Kurbelradius usw. Kraftstoffdaten - Bei programmierbaren AD-Wandlern die Einstellungen prüfen - Ist die Stromversorgung störungsfrei? - Bietet das Messsystem noch ausreichend Platz für die Messergebnisse? Der Winkelmarkengeber - Liegt der notwendige starre Anbau an der Kurbelwelle vor? - Ist die richtige Position ermittelt? - Wurde erneut montiert und die Position anschließend geprüft? - Sind die Leitungen richtig angeschlossen? 2 Signale - Entspricht die eingestellte Signal-Auflösung der Einstellung am Messgerät? - Ist das Gerät eventuell verschmutzt? z.b. durch Öl, Kraftstoff oder Kühlmittel Diese Checkliste erhebt nicht den Anspruch auf Vollständigkeit sondern ist nur als Beispiel gedacht um zu zeigen, wie ein erheblicher Anteil an Fehlern vermieden werden kann. Wichtig ist, so eine Liste aktuell an den Stand der Technik anzupassen und auch konsequent zu benutzen. Prof. Dr.-Ing. P.-W. Manz 7