|
|
 |
|
Besondere Anforderungen an Drucksensoren für den Einsatz in der Entwicklung von RennsportmotorenDie Indiziertechnik wird in der Entwicklung von Rennsportmotoren mit einer ähnlichen Zielsetzung eingesetzt wie in der Entwicklung von Serienmotoren. Hauptsächliche Ziele der Entwicklung von Rennsportmotoren sind die thermodynamische Optimierung des Verbrennungsvorganges und des Ladungswechsels sowie die Reduzierung der Reibverluste. Allerdings sind hierzu die Anforderungen an die Messtechnik und im Besonderen an die Drucksensoren erheblich höher als bei Serienmotoren, weil die Messungen je nach Anwendung (z.B. F1, Nascar oder Racetruck) bei hohen Beschleunigungen, hohen Drehzahlen bzw. hohen Brennraumdrücken durchgeführt werden. Im Folgenden werden die besonderen Anforderungen an die Eigenschaften der Drucksensoren resultierend aus der Anwendung aufgelistet.
- Eingeschränkter Bauraum
- Sehr gutes Signal / Rausch-Verhältnis
- Geringe thermische Empfindlichkeitsänderung
- Geringe Verformungsempfindlichkeit
- Geringe zyklische Drift
- Reduzierter Einfluss von Beschleunigungen
Die Reproduzierbarkeit von Messergebnissen stellt ebenfalls eine besondere Anforderung für die Entwicklung von Rennsportmotoren dar. Häufig werden in der Entwicklung von Rennsportmotoren nur kleine Fortschritte erzielt, die dann aber auch in den Messungen nachgewiesen werden sollten. Das setzt voraus, dass der Einfluss der verwendeten Messinstrumente vom Drucksensor bis zum Indiziergerät auf die Messung möglichst gering ist. Auf den Drucksensor bezogen bedeutet das eine konstante Produktqualität ohne nennenswerte Schwankungen in den Messeigenschaften während des Einsatzes.
Zusammengefasst lässt sich Folgendes festhalten. Die heute erhältlichen Drucksensoren erfüllen einen Großteil der beschriebenen Eigenschaften. Allerdings bleibt noch genügend Spielraum für die Verbesserung der Drucksensoren, z. B. in Bezug auf die Lebensdauer. Hierzu arbeitet die AVL kontinuierlich an der Weiterentwicklung der Drucksensoren.
 | | Abb1: GR14D (M5) |
Die oben aufgeführten besonderen Anforderungen an die Eigenschaften der Drucksensoren seien im folgenden nun detailiert beschrieben:
| | | Der eingeschränkte Bauraum im Zylinderkopf von Rennsportmotoren, insbesondere F1-Motoren, gestattet nur die Montage von Drucksensoren mit kleinem Durchmesser. Hier hat sich M5 als Standard durchgesetzt. | | Signal / Rausch-Verhältnis: | | Das von den Anwendern geforderte hohe „Signal / Rausch-Verhältnis“ wird über den Einsatz von Kristallen realisiert, die speziell für den Einsatz im piezoelektrischen Drucksensor entwickelt wurden. | | Thermische Empfindlichkeitsänderung: | | Die Kristalle sollen die Anforderung an eine möglichst geringe thermische Empfindlichkeitsänderung erfüllen, diese liegt idealerweise in einem Streuband von max. ± 2% im Einsatz bei Temperaturen bis 400°C. | | Verformungsempfindlichkeit: | | Eine potentielle Fehlerquelle stellt die Verformungsempfindlichkeit dar. Verformungen an der Einbaustelle können zu einer Vorspannung der Messelemente im Sensor und dadurch zu einem druckunabhängigen Ladungsabfluss führen, der das Messergebnis verfälscht.
Idealerweise ist der Sensor mit reduzierter Verformungsempfindlichkeit so konstruiert, dass die Messelemente mechanisch von dem Gewinde vollständig entkoppelt sind, so dass eine Übertragung z.B. der Zylinderkopfverformungen auf die Messelemente nicht stattfindet. | | | | Die zyklische Drift als Reaktion des Sensors auf den Wärmeeintrag aus der Verbrennung mit resultierendem Temperaturgradienten an der Membran kann über eine spezielle Membrangeometrie reduziert werden, sodass die Wärmeableitung zum größten Teil über das Sensorgehäuse geführt wird. | | | | Weiterhin lässt sich die Messgenauigkeit durch die Reduktion des Einflusses von unerwünscht auftretenden Beschleunigungen, z.B. durch Ventilschlagen, mit Hilfe einer Beschleunigungskompensation erhöhen. |
|
|
|
|