Alternative Konzepte für Glüh- und Zündkerzen mit integrierter Messsensorik zur Druckmessung in Brennräumen von Diesel- und Benzinmotoren

Zusammenfassung: Im Rahmen der hier vorliegenden Arbeit wurden Untersuchungen angestellt zur Findung von alternativen Druckmessprinzipien zur Erfassung des Zünddruckes im Brennraum von Kraftfahrzeugen. Es wurden mehrere Möglichkeiten zur Druckerfassung überprüft und die unterschiedlichen Prinzipien gegeneinander verglichen und bewertet. Zur Messung des Druckes wird dieser in eine Zwischengröße, eine Kraft, gewandelt. Diese Wandlung des Druckes in eine Kraft erfolgt durch einen Knickstab, der einseitig fest eingespannt ist. Der Druck wirkt auf die freie Stirnfläche des Knickstabes ein und erzeugt somit eine dem Druck proportionale Kraft auf den Stab. Um diese Zwischengröße zu messen, wurden mehrere Messsysteme untersucht und miteinander verglichen. Nach dem Vergleich der unterschiedlichen Systeme wurde sich für die Messung der Kraft mit Hilfe eines magnetoelastischen Kraftsensors entschieden. Als Verformungskörper wird bei dieser Lösung ein spezieller Metallstab mit einem großen magnetoelastischen Effekt ausgewählt. Es wird dabei die hohe Permeabilitätsänderung von Eisen-Nickel-Legierungen bei der Einleitung einer Kraft ausgenutzt. Diese Änderung beträgt bis zu 25% der Ausgangspermeabilität bei einer Kraft von 150N. Die Änderung wird durch ein um den Metallstab angebrachtes Spulensystem erfasst. Durch die Änderung der Permeabilität bei Krafteinleitung verändert sich die Induktivität der Spule. Diese Induktivitätsänderung wird mit Hilfe eines Schwingkreises gemessen. Das Messsystem wird in Resonanz betrieben und das Verhältnis des Spannungsabfalls über der Spule zur Speisespannung bei der Resonanzfrequenz gemessen. Aus diesem Verhältnis wird die Induktivität berechnet. An Hand der Messergebnisse ist zu erkennen, dass die Permeabilitätsänderung in einem nichtlinearen Zusammenhang zur eingeleiteten Kraft steht. Es wurden Versuche durchgeführt, bei denen das Messelement mit einer Kraft von 600N belastet wird. Diese Kraft entspricht bei diesem Versuchsaufbau einem Druck von 477bar. Die maximale Änderung der Induktivität beträgt hierbei 1,02% der Grundinduktivität des Messelementes. Diese Erkenntnisse geben Anlass, diese Thematik in weiterführenden Arbeiten genauer zu untersuchen