CH717633A2 - Pressure sensor for detecting a combustion chamber pressure in internal combustion engines. - Google Patents

Pressure sensor for detecting a combustion chamber pressure in internal combustion engines. Download PDF

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CH717633A2
CH717633A2 CH00728/21A CH7282021A CH717633A2 CH 717633 A2 CH717633 A2 CH 717633A2 CH 00728/21 A CH00728/21 A CH 00728/21A CH 7282021 A CH7282021 A CH 7282021A CH 717633 A2 CH717633 A2 CH 717633A2
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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Druckaufnehmer zum Erfassen eines Brennraumdrucks bei Brennkraftmaschinen, insbesondere Diesel- und Gasmotoren, der ein Sensorgehäuse (1) mit einem außen angeordneten Gewinde (5) zum Befestigen in einer entsprechenden Ausnehmung und einem Frontabschnitt, der beim Erfassen des Brennraumdrucks mit einem Brennraum in Fluidverbindung steht, und ein auf Druck reagierendes Messelement (3) umfasst, das umfangsseitig von dem Sensorgehäuse umgeben und innerhalb des Frontabschnitts des Sensorgehäuses angeordnet ist, wobei das Messelement (3) an seiner zum Inneren des Sensorgehäuses gewandten Oberseite mindestens ein Druckmesselement (9) aufweist. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass eine der Oberseite gegenüberliegende Unterseite des Messelements in Längsrichtung des Druckaufnehmers gesehen mit Abstand zu einem Frontende des Druckaufnehmers angeordnet ist, wobei der Abstand von dem Frontende zu der Unterseite des Messelements nicht mehr als 150%, vorzugsweise nicht mehr als 130%, bevorzugterweise nicht mehr als 120% des Nenndurchmessers des Gewindes zum Befestigen des Sensorgehäuses beträgt.The invention relates to a pressure sensor for detecting a combustion chamber pressure in internal combustion engines, in particular diesel and gas engines, which has a sensor housing (1) with a thread (5) arranged on the outside for fastening in a corresponding recess and a front section which, when detecting the combustion chamber pressure, is connected to a combustion chamber is in fluid communication and comprises a pressure-responsive measuring element (3) which is surrounded on the circumference by the sensor housing and is arranged within the front section of the sensor housing, the measuring element (3) having at least one pressure measuring element (9) on its upper side facing towards the interior of the sensor housing having. The invention is characterized in that an underside of the measuring element opposite the upper side is arranged at a distance from a front end of the pressure transducer, as seen in the longitudinal direction of the pressure transducer, the distance from the front end to the underside of the measuring element being no more than 150%, preferably no more than 130%, preferably no more than 120%, of the nominal diameter of the thread for attaching the sensor housing.

Description

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft einen Druckaufnehmer zum Erfassen eines Brennraumdrucks bei Brennkraftmaschinen. The present invention relates to a pressure sensor for detecting a combustion chamber pressure in internal combustion engines.

[0002] Solche Druckaufnehmer oder auch Drucktransmitter werden seit geraumer Zeit zur Erfassung des Drucks in Brennräumen von Brennkraftmaschinen eingesetzt, bevorzugt zur Messung der Arbeitsdrücke im Zylinderkopf von Brennkraftmaschinen, bspw. für 2- oder 4-Takt-Schiffsdiesel-Großmotoren und dergleichen. Dabei müssen Drücke im Bereich bis zu 800 bar bei durchschnittlichen Brennraumtemperaturen im Bereich von etwa 2000 bis 3000 Grad Celsius beherrscht werden, die an bestimmten Stellen im Brennraum auch darüber liegen können. Such pressure transducers or pressure transmitters have been used for some time to detect the pressure in the combustion chambers of internal combustion engines, preferably for measuring the working pressures in the cylinder head of internal combustion engines, e.g. for 2- or 4-stroke marine diesel engines and the like. Pressures in the range of up to 800 bar at average combustion chamber temperatures in the range of around 2000 to 3000 degrees Celsius must be mastered, which can also be higher at certain points in the combustion chamber.

[0003] Die am Markt etablierten Lösungen können technologisch in zwei Hauptgruppen unterteilt werden. Zum einen Druckaufnehmer, die piezoelektrisch arbeiten, bekannt etwa aus DE 10 2014 116 760, sowie zum anderen Druckaufnehmer, die den Druck mit Hilfe von Dehnmessstreifen bestimmen, bekannt etwa aus DE 10 2016 124 410. The solutions established on the market can be divided technologically into two main groups. On the one hand, pressure sensors that work piezoelectrically, known from DE 10 2014 116 760, for example, and on the other hand, pressure sensors that determine the pressure with the help of strain gauges, known, for example, from DE 10 2016 124 410.

[0004] Die am weitesten verbreitete Einbauweise für beide Bauformen ist eine Schulterdichtung, welche die axiale Vorspannung über ein Gewinde zur Befestigung bei der Montage erhält. Bevorzugte Gewinde sind hier metrische Feingewinde, insbesondere M8x0,75; M8x1; M10x1 und M14x1,25. The most common type of installation for both types is a shoulder seal, which receives the axial preload via a thread for attachment during assembly. Preferred threads here are metric fine threads, in particular M8x0.75; M8x1; M10x1 and M14x1.25.

[0005] Im Folgenden soll weiter auf die Dehnmessstreifen-basierte Drucktransmitter und - sensoren eingegangen werden. Hier haben sich zwei Bauformen etabliert, zum einen so genannte frontbündige Ausführungen, bekannt etwa aus DE 10 2018 113 935 oder DE 10 2009 030 702 und Ausführungen mit einem Gaskanal, bekannt etwa aus DE 10 2015 001 213, bei denen die Druckbestimmung nicht direkt am Vorderende des Druckaufnehmers erfolgt, sondern der Druck über den Gaskanal in das Innere des Druckaufnehmers geleitet wird und erst dort eine Bestimmung stattfindet. [0005] The strain gauge-based pressure transmitters and sensors will be discussed further below. Two designs have become established here, on the one hand so-called front-flush designs, known for example from DE 10 2018 113 935 or DE 10 2009 030 702, and designs with a gas channel, known for example from DE 10 2015 001 213, in which the pressure determination is not directly on the front end of the pressure sensor, but the pressure is conducted via the gas channel into the interior of the pressure sensor and only there does a determination take place.

[0006] Die frontbündigen Ausführungen verfügen über eine einbauoptimierte Bauform, welche das Totvolumen eines Gaskanals durch einen namensgebenden, nahezu frontbündigen, Einbau zur Brennraumwand minimieren. Hierdurch können akustische Resonanzen, so genannte Pfeifenschwingungen, welche das Messergebnis beeinträchtigen können, weitestgehend vermieden werden. The front-flush designs have an installation-optimized design that minimizes the dead volume of a gas duct through an almost front-flush installation to the combustion chamber wall, which gives it its name. As a result, acoustic resonances, so-called whistling vibrations, which can impair the measurement result, can be largely avoided.

[0007] Nachteilig wirkt sich bei dieser Bauform jedoch eine komplex zu fertigende Mechanik, die thermisch stark belastete frontseitige Membran sowie die geringe Überdruckfestigkeit aus. [0007] A disadvantage of this design, however, is the complex mechanism to be manufactured, the front-side membrane, which is subject to high thermal loads, and the low overpressure resistance.

[0008] Ausführungen mit einem Gaskanal hingegen besitzen eine axiale Gasführung durch einen sich von der Vorderseite des Druckaufnehmers in das Innere erstreckenden Kanal, der hin zu einer dem Brennraum abgewandt angeordneten Membrandruckmesszelle verläuft. Diese Membrandruckmesszelle ist als kostengünstig produzierbares Teil, vor allem in Dünnschichttechnologie mit Dehnmessstreifen als Druckmesselement, in großen Mengen auf dem Markt verfügbar. [0008] Versions with a gas duct, on the other hand, have an axial gas flow through a duct which extends from the front side of the pressure sensor into the interior and runs towards a membrane pressure measuring cell which is arranged away from the combustion chamber. This diaphragm pressure measuring cell is available on the market in large quantities as a part that can be produced inexpensively, especially in thin-film technology with strain gauges as the pressure measuring element.

[0009] Ein wesentlicher Grund für die Positionierung der Membrandruckmesszelle oberhalb des Gewindes und der Dichtung (also an einem Ort angeordnet ist, der bei einer Druckmessung von einem dem Messdruck ausgesetzten Ende des Druckaufnehmers weiter entfernt ist als das Gewinde oder die Dichtung) ist der praktisch nicht mehr messbare Einfluss des Einschraubdrehmomentes auf das Messergebnis. A major reason for positioning the membrane pressure measuring cell above the thread and the seal (i.e. it is arranged at a location which, during a pressure measurement, is further away from an end of the pressure sensor exposed to the measured pressure than the thread or the seal) is practical no longer measurable influence of the screwing torque on the measurement result.

[0010] Weiter ist nachteilhaft, dass -obwohl sich diese Bauform in zahlreichen Applikationen bewährt hat- in einigen Anwendungen die Gefahr einer akustischen Resonanz (Pfeifenschwingungen) innerhalb der axialen Gasführung besteht, die zu einem ungewünschten Beeinträchtigen des Messergebnisses führen kann. Zudem kann beim Betrieb der Brennkraftmaschine im Teillastbereich eine Verschmutzung der Gasführung durch unvollständige Verbrennung erfolgen, so dass es unter Umständen zu einem Verschließen der Gasführung und einem daraus resultierenden Beeinträchtigung des Messergebnisses der Druckmessung kommen kann. Another disadvantage is that -although this design has proven itself in numerous applications- in some applications there is a risk of acoustic resonance (whistling) within the axial gas flow, which can lead to an undesirable impairment of the measurement result. In addition, when the internal combustion engine is operated in the partial-load range, the gas duct can become contaminated due to incomplete combustion, so that the gas duct can be blocked under certain circumstances and the measurement result of the pressure measurement may be impaired as a result.

[0011] So zeigt die DE 10 2016 124 410 den Herstellungsprozess für einen frontbündigen Sensor (auch: Druckaufnehmer) durch Einsatz generativer Fertigungsverfahren. Dabei wird das Sensorelement schichtweise aufgebaut und ermöglicht daher komplexe Strukturen. Nachteilig ist bedingt durch den Prozess die inhomogene Struktur des Materials und die schlechte Maßhaltigkeit generativer Fertigungsverfahren. [0011] DE 10 2016 124 410 shows the manufacturing process for a flush-mounted sensor (also: pressure transducer) using additive manufacturing processes. The sensor element is built up in layers and therefore enables complex structures. Due to the process, the disadvantage is the inhomogeneous structure of the material and the poor dimensional accuracy of additive manufacturing processes.

[0012] Weiter zeigt die DE 10 2018 113 935 einen frontbündigen Membrandrucksensor bestehend aus einer Membranscheibe, einer Messfeder und Montagehülse. Diese werden in ein Sensorgehäuse mit Aufnahme für einen Dichtring gefügt. Hiermit wird ein schulterdichtender, frontbündiger Drucksensor realisiert. Nachteilig ist jedoch die, im Vergleich zu rückversetzten Drucksensoren, komplexe, präzise zu fertigende Mechanik. [0012] Furthermore, DE 10 2018 113 935 shows a flush diaphragm pressure sensor consisting of a diaphragm disk, a measuring spring and a mounting sleeve. These are placed in a sensor housing with a seat for a sealing ring. A shoulder-sealing, front-flush pressure sensor is hereby realized. The disadvantage, however, is the complex mechanics that have to be manufactured precisely in comparison to set-back pressure sensors.

[0013] Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die verschiedenartigen oben aufgezeigten Unzulänglichkeiten herkömmlicher Druckaufnehmer zu überwinden oder abzumildern. It is the object of the present invention to overcome or mitigate the various deficiencies of conventional pressure transducers outlined above.

[0014] Diese Aufgabe wird gelöst durch einen erfindungsgemäßen Druckaufnehmer, der sämtliche Merkmale des Anspruchs 1 aufweist. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Druckaufnehmers sind dabei in den abhängigen Ansprüchen aufgeführt. [0014] This object is achieved by a pressure sensor according to the invention, which has all the features of claim 1. Advantageous configurations of the pressure sensor are listed in the dependent claims.

[0015] Nach der Erfindung ist vorgesehen, dass der Druckaufnehmer zum Erfassen eines Brennraumdrucks bei Brennkraftmaschinen, insbesondere Diesel- und Gasmotoren ein Druckaufnehmergehäuse mit einem außen angeordneten Gewinde zum Befestigen in einer entsprechenden Ausnehmung und einem Frontabschnitt, der beim Erfassen des Brennraumdrucks mit einem Brennraum in Fluidverbindung steht, und ein auf Druck reagierendes Messelement umfasst, das umfangsseitig von dem Druckaufnehmergehäuse umgeben und innerhalb des Frontabschnitts des Druckaufnehmergehäuses angeordnet ist, wobei das Messelement an seiner zum Inneren des Druckaufnehmergehäuses gewandten Oberseite mindestens ein Druckmesselement aufweist. Der Druckaufnehmer ist dadurch gekennzeichnet, dass eine der Oberseite gegenüberliegende Unterseite des Messelements in Längsrichtung des Druckaufnehmers gesehen mit Abstand zu einem Frontende des Druckaufnehmers angeordnet ist, wobei der Abstand von dem Frontende zu der Unterseite des Messelements nicht mehr als 150%, vorzugsweise nicht mehr als 130%, bevorzugterweise nicht mehr als 120% des Nenndurchmessers des Gewindes zum Befestigen des Druckaufnehmergehäuses beträgt. According to the invention, it is provided that the pressure sensor for detecting a combustion chamber pressure in internal combustion engines, in particular diesel and gas engines, has a pressure sensor housing with a thread arranged on the outside for fastening in a corresponding recess and a front section which, when detecting the combustion chamber pressure, has a combustion chamber in is fluidly connected, and comprises a pressure-responsive measuring element, which is peripherally surrounded by the pressure sensor housing and is arranged within the front section of the pressure sensor housing, the measuring element having at least one pressure measuring element on its upper side facing towards the interior of the pressure sensor housing. The pressure sensor is characterized in that an underside of the measuring element opposite the upper side is arranged at a distance from a front end of the pressure sensor, as seen in the longitudinal direction of the pressure sensor, the distance from the front end to the underside of the measuring element being no more than 150%, preferably no more than 130%, preferably not more than 120% of the nominal diameter of the thread for fastening the pressure transducer housing.

[0016] Durch das Begrenzen des Abstands werden akustische Resonanzen (Pfeifenschwingungen) unterdrückt, wobei gleichzeitig durch das zurückversetzte Anordnen des Messelements dieses vor übermäßiger Temperaturbelastung geschützt wird, dabei aber gleichzeitig noch eine ausreichende Wärmeeinwirkung zum Abbrand von Verbrennungsresten zugelassen wird. By limiting the distance, acoustic resonances (whistling) are suppressed, while at the same time the measuring element is protected from excessive thermal stress by the set-back arrangement of the measuring element, but at the same time sufficient heat is allowed to burn off combustion residues.

[0017] Nach der Erfindung werden also die Unvollkommenheiten der beiden bekannten Bauformen von Zylinderdrucksensoren bzw. Druckaufnehmern, rückversetzte Sensoren und frontbündige Sensoren, überwunden. According to the invention, the imperfections of the two known designs of cylinder pressure sensors or pressure transducers, set-back sensors and front-flush sensors, are overcome.

[0018] Dies gelingt durch eine zumindest in seiner Länge optimierte Gasführung zwischen der dem Brennraum zugewandten Frontseite des Druckaufnehmers und der Unterseite des Messelementes, welches das Totvolumen minimiert und ein optimiertes Verhältnis von Länge des Gaskanals zu einer durch den Gewindedurchmesser festgelegten Breite des Druckaufnehmers liefert. This is achieved by at least length-optimized gas routing between the front side of the pressure sensor facing the combustion chamber and the underside of the measuring element, which minimizes the dead volume and provides an optimized ratio of the length of the gas channel to a width of the pressure sensor determined by the thread diameter.

[0019] Nach einer Fortbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Abstand von dem Frontende zu der Unterseite des Messelements im Bereich von 20-80%, vorzugsweise im Bereich von 30-50% und bevorzugterweise im Bereich von 37-43% des Nenndurchmessers des Gewindes zum Befestigen des Druckaufnehmergehäuses liegt. According to a further development of the invention it can be provided that the distance from the front end to the underside of the measuring element is in the range of 20-80%, preferably in the range of 30-50% and preferably in the range of 37-43% of the nominal diameter of the thread for fastening the pressure sensor housing.

[0020] Der Abstand von dem Frontende zu dem Messelement, welcher bei 40% des Nenndurchmessers des Gewindes zum Befestigen des Druckaufnehmergehäuses liegt, liefert sehr überzeugende Ergebnisse bei der Unterdrückung der Pfeifenschwingungen. Bei dieser vorteilhaften Ausführung ist das Verhältnis des Durchmessers des Gewindes zur Befestigung zum axialen Abstand des Messelementes zur Unterseite des Druckaufnehmers 1 :0,4. Hieraus ergibt sich ein optimales Aspektverhältnis, welches sowohl die thermische Belastung als auch die Reduktion der Pfeifenschwingung optimiert. The distance from the front end to the measuring element, which is 40% of the nominal diameter of the thread for attaching the pressure transducer housing, provides very convincing results in suppressing the whistle vibrations. In this advantageous embodiment, the ratio of the diameter of the thread for attachment to the axial distance between the measuring element and the underside of the pressure sensor is 1:0.4. This results in an optimal aspect ratio, which optimizes both the thermal load and the reduction of the whistle vibration.

[0021] Nach einer optionalen Modifikation der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Druckaufnehmergehäuse ein Vorsatzteil aufweist, das einen Gaskanal von dem Frontende zu der zum Frontende zugewandten Seite des Messelements bildet. Dies vereinfacht die Herstellung des Gehäuses, da eine offene Seite des Druckaufnehmergehäuses mit einem Vorsatzteil abgeschlossen werden kann. According to an optional modification of the invention, it can be provided that the pressure transducer housing has an attachment that forms a gas channel from the front end to the side of the measuring element facing the front end. This simplifies the manufacture of the housing, since an open side of the pressure sensor housing can be closed off with an attachment.

[0022] Dabei kann innerhalb des Gaskanals ein Diffusor angeordnet sein, um die während eines Verbrennungsvorgangs auftretende thermische Belastung gleichmäßig auf das Messelement zu übertragen. Dieser Diffusor hilft einer übermäßigen thermischen Belastung entgegenzuwirken, die sich aufgrund der Einbausituation des Drucknehmers auf nur einen kleinen Teil des Messelements konzentrieren kann. [0022] In this case, a diffuser can be arranged within the gas channel in order to uniformly transfer the thermal load occurring during a combustion process to the measuring element. This diffuser helps to counteract excessive thermal stress, which can be concentrated on only a small part of the measuring element due to the installation situation of the pressure sensor.

[0023] Zudem sorgt der Diffusor für ein gleichmäßiges Auftreffen einer Verbrennungswolke auf das Messelement, so dass eine ungleichmäßige Abnutzung entgegengewirkt wird. [0023] In addition, the diffuser ensures that a combustion cloud hits the measuring element evenly, so that uneven wear is counteracted.

[0024] Weiter kann nach einer vorteilhaften Variante der Erfindung vorgesehen sein, dass das Vorsatzteil und Diffusor einstückig ausgebildet sind. Hierdurch wird die Gesamtanzahl an erforderlichen Bauteilen weiter reduziert, was auch hinsichtlich der Produktionskosten von Vorteil ist. Durch diese Funktionsintegration wird die Anzahl der erforderlichen Bauteile sowie der Verbindungsstellen reduziert, welches neben der bereits erwähnten Kostenreduktion auch potentielle Fehlerquellen reduziert. It can further be provided according to an advantageous variant of the invention that the attachment and diffuser are formed in one piece. This further reduces the total number of components required, which is also advantageous in terms of production costs. This functional integration reduces the number of components required and the number of connection points, which, in addition to the cost reduction already mentioned, also reduces potential sources of error.

[0025] Nach der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Gewinde zum Befestigen des Druckaufnehmergehäuses ein Gewinde vom Typ M8x0,75, M8x1, M10x1 oder M 14x1,25 ist. According to the invention it can be provided that the thread for fastening the pressure transducer housing is a thread of the type M8x0.75, M8x1, M10x1 or M 14x1.25.

[0026] Beispielhaft anhand eines Gewindes vom Typ M8x0,75, das einen Nenndurchmesser von 8mm besitzt, kann leicht nachvollzogen werden, dass der maximale Abstand des Messelements von der Frontseite des Drucknehmers nicht mehr als 9,6mm (=1,2 x 8mm) entfernt sein darf, damit die Vorteile der vorliegenden Erfindung noch ausreichend stark zum Tragen kommen. [0026] As an example, using a thread of the type M8x0.75, which has a nominal diameter of 8mm, it can be easily understood that the maximum distance of the measuring element from the front of the pressure sensor is no more than 9.6mm (=1.2 x 8mm) may be removed so that the advantages of the present invention are still sufficiently effective.

[0027] Nach einer Fortbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Druckaufnehmergehäuse eine Zylindermantelfläche umfasst, an dessen Außenumfang das Gewinde zum Befestigen des Druckaufnehmergehäuses angeordnet ist und in dessen frontseitige Deckfläche das Vorsatzteil eingeführt ist. According to a further development of the invention it can be provided that the pressure sensor housing comprises a cylinder surface, on the outer circumference of which the thread for fastening the pressure sensor housing is arranged and in whose front cover surface the attachment is inserted.

[0028] Das Vorsatzteil kann dabei also eine Art Deckel darstellen, der die Zylindermantelfläche an seinem offenen Ende abdeckt. Dabei kann das Vorsatzteil auf unterschiedliche Arten mit der Zylindermantelfläche des Druckaufnehmers verbunden sein, bspw. durch Kleben, Löten, Schweißen oder auch eine Gewindeverbindung. The attachment can thus represent a kind of cover that covers the cylindrical surface at its open end. In this case, the attachment can be connected to the cylinder jacket surface of the pressure sensor in different ways, for example by gluing, soldering, welding or a threaded connection.

[0029] Weiter kann nach der Erfindung vorgesehen sein, dass das Messelement an dem Vorsatzteil befestigt ist, vorzugsweise an einer vom Frontende abgewandten Seite des Vorsatzteils. It can further be provided according to the invention that the measuring element is attached to the attachment, preferably on a side facing away from the front end of the attachment.

[0030] Das Vorsatzteil dichtet in Verbindung mit dem daran angeordneten Messelement das Innere des Druckaufnehmergehäuses ab, so dass das Messelement einem Druckunterschied ausgesetzt ist. Die zum Frontende zugewandte Seite des Messelements ist dabei einem Messdruck ausgesetzt, wohingegen die davon abgewandte Seite des Messelements dem im Inneren des Druckaufnehmergehäuses herrschenden Normaldruck ausgesetzt ist. The attachment, in conjunction with the measuring element arranged thereon, seals the interior of the pressure sensor housing, so that the measuring element is exposed to a pressure difference. The side of the measuring element facing the front end is exposed to a measuring pressure, whereas the side of the measuring element facing away from it is exposed to the normal pressure prevailing in the interior of the pressure sensor housing.

[0031] Vorzugsweise kann dabei vorgesehen sein, dass das Vorsatzteil einen seine beiden flächigen Seiten fluidisch miteinander verbindenden Gaskanal aufweist, der vorzugsweise mittig in Längsrichtung des Vorsatzteils angeordnet ist. Die beiden flächigen Seiten des Vorsatzteils können dabei eine kreisförmige Außenkontur aufweisen, die mit der Innenseite einer Zylindermantelfläche (ggf. über ein Gewinde oder dergleichen) in Kontakt steht. Preferably, it can be provided that the attachment part has a gas channel which fluidly connects its two flat sides to one another and which is preferably arranged centrally in the longitudinal direction of the attachment part. The two flat sides of the attachment can have a circular outer contour that is in contact with the inside of a cylindrical surface (possibly via a thread or the like).

[0032] Zudem kann vorgesehen sein, dass eine erste flächige Seite eben ausgeführt und von dem Druckaufnehmergehäuse abgewandt ist und eine zweite flächige Seite sich stufenartig zu einer Mitte hin absetzt, so dass die stufenartige Absetzung sich von dem Frontende weg in das Druckaufnehmergehäuse hinein erstreckt. In addition, it can be provided that a first flat side is flat and faces away from the pressure sensor housing and a second flat side is stepped towards a center, so that the stepped offset extends away from the front end into the pressure sensor housing.

[0033] Dabei kann das Vorsatzteil rotationsymmetrisch oder drehsymmetrisch sein, wobei vorzugsweise die Rotationsachse parallel zu der Längsachse des Druckaufnehmers verläuft. The attachment can be rotationally symmetrical or rotationally symmetrical, with the axis of rotation preferably running parallel to the longitudinal axis of the pressure sensor.

[0034] Zudem kann nach der Erfindung vorgesehen sein, dass das Messelement die Form eines Sacklochs aufweist und in seiner Sacklochausnehmung einen stufenartig in das Innere des Druckaufnehmergehäuses hineinragenden Bestandteil des Vorsatzteils aufnimmt. In addition, it can be provided according to the invention that the measuring element has the shape of a blind hole and in its blind hole recess receives a step-like protruding into the interior of the pressure transducer housing part of the attachment part.

[0035] Nach einer optionalen Modifikation der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Druckaufnehmergehäuse in seinem Übergang weg vom Frontabschnitt eine umfangsseitig verlaufende Auskragung aufweist, die dazu ausgelegt ist, gegen eine Anschlagkante oder ein Dichtelement anzuschlagen. According to an optional modification of the invention, it can be provided that the pressure transducer housing has a circumferential projection in its transition away from the front section, which is designed to strike against a stop edge or a sealing element.

[0036] Vorzugsweise kann vorgesehen sein, dass das mindestens eine an der Oberseite des Messelements (3) angeordnete Druckmesselement (9) als Dehnmesselement oder als Dehnungsmessstreifen ausgebildet ist. Das Dehnmesselement ist dazu ausgelegt, eine durch Druck hervorgerufene Verformung des Messelements zu erfassen und in einen Druckwert zu überführen. It can preferably be provided that the at least one pressure measuring element (9) arranged on the top side of the measuring element (3) is designed as a strain gauge element or as a strain gauge. The expansion measuring element is designed to detect a deformation of the measuring element caused by pressure and to convert it into a pressure value.

[0037] Dabei kann es von Vorteil sein, wenn mehrere Dehnmesselemente bzw. Dehnungsmessstreifen zu einer Wheatstoneschen Vollbrücke verschaltet sind. Eine besonders genaue Bestimmung der Kraft erhält man, wenn in der Wheatstoneschen Vollbrücke pro Halbbrücke jeweils ein Dehnmessstreifen auf Stauchung und einer auf Dehnung belastet ist, wodurch sich eine maximale Empfindlichkeit auf Krafteinwirkung erzielen lässt. It can be advantageous if several strain gauges or strain gauges are connected to form a full Wheatstone bridge. A particularly precise determination of the force is obtained if in the Wheatstone full bridge per half bridge one strain gauge is subjected to compression and one to elongation, which means that maximum sensitivity to the effects of force can be achieved.

[0038] Vorzugsweise umfasst der erfindungsgemäße Druckaufnehmer ferner einen temperaturabhängigen Widerstand an der Außenseite des Messelements zur Kompensation eines Temperatureinflusses während der Messung. Der temperaturabhängige Widerstand wird dann dazu genutzt, die temperaturinduzierte Dehnung bzw. Stauchung des Messelements zu kompensieren, da diese auch erfasst und bei der Ermittlung einer einwirkenden Kraft herangezogen werden kann. Diesen Effekt gilt es zu kompensieren, wozu nun der temperaturabhängige Widerstand herangezogen wird. Preferably, the pressure sensor according to the invention also includes a temperature-dependent resistor on the outside of the measuring element to compensate for a temperature influence during the measurement. The temperature-dependent resistance is then used to compensate for the temperature-induced expansion or compression of the measuring element, since this can also be recorded and used to determine an acting force. It is necessary to compensate for this effect, for which purpose the temperature-dependent resistance is used.

[0039] Nach der Erfindung kann ferner vorgesehen sein, dass das Druckaufnehmergehäuse, das Vorsatzteil und/oder das Messelement aus einem Metall ist/sind, vorzugsweise einem hochfesten Metall, bevorzugterweise aus dem martensitischen Stahl 1.4542 oder 1.4548 oder der Nickelbasislegierung Inconel 718, deren chemische Zusammensetzung aus 50,0 -5 5,0% Ni, 17,0 - 21,0% Cr, 4,75 - 5,50% TA+Nb, 2,80 - 3,30% Mo, 0,65 - 1,15% Ti, 0,20 - 0,80% AI, ≤ 0,3% Cu, ≤ 0,08% C, ≤ 0,35% Si und ≤ 1,0% Co besteht. According to the invention, it can also be provided that the pressure sensor housing, the attachment and/or the measuring element is/are made of a metal, preferably a high-strength metal, preferably made of martensitic steel 1.4542 or 1.4548 or the nickel-based alloy Inconel 718, the chemical Composition of 50.0 -5 5.0% Ni, 17.0 - 21.0% Cr, 4.75 - 5.50% TA+Nb, 2.80 - 3.30% Mo, 0.65 - 1 .15% Ti, 0.20 - 0.80% Al, ≤ 0.3% Cu, ≤ 0.08% C, ≤ 0.35% Si and ≤ 1.0% Co.

[0040] Vorzugsweise kann vorgesehen sein, dass der thermische Ausdehnungskoeffizient von Druckaufnehmergehäuse, Vorsatzteil und Messelement identisch ist oder um weniger als 5% vom nominal größten Koeffizient abweicht. Dadurch wird erreicht, dass ungewünschte, asymmetrische bzw. inhomogene Deformationen bedingt durch die thermische Ausdehnung des Materials vermieden werden. It can preferably be provided that the thermal expansion coefficient of the pressure transducer housing, attachment and measuring element is identical or deviates from the nominally largest coefficient by less than 5%. This ensures that undesired, asymmetrical or inhomogeneous deformations caused by the thermal expansion of the material are avoided.

[0041] Nach einer weiteren Fortbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Messelement auf Höhe des außen am Druckaufnehmergehäuse verlaufenden Gewindes angeordnet ist. According to a further development of the invention, it can be provided that the measuring element is arranged at the level of the thread running on the outside of the pressure sensor housing.

[0042] Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung werden aufgrund der nachfolgenden Figurenbeschreibung ersichtlich. Dabei zeigen: Fig. 1: eine Schnittansicht des relevanten Teils des erfindungsgemäßen Druckaufnehmers, Fig. 2: eine weitere Schnittansicht der aus der Fig. 1 bekannten Struktur zusammen mit einer Dichtung und Angaben zum Durchmesser des Gewindes sowie dem Abstand des Messelements zu einem vorderen Ende, Fig. 3: einen möglichen Einbau des Druckaufnehmers in einer Montagebohrung eines Zylinderkopfs, und Fig. 4: einen Aufbau des Druckaufnehmers mit einer Aufbau- und Verbindungstechnik zum elektrischen Anschluss mehrerer Druckmesselemente sowie eines Temperaturmesselementes, und Fig. 5 die elektrische Verschaltung und mechanische Belastungsart der Druckmesselemente (9) einer besonders vorteilhaften Vollbrückenschaltung.[0042] Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the following description of the figures. 1 shows a sectional view of the relevant part of the pressure sensor according to the invention, FIG. 2 shows a further sectional view of the structure known from FIG. 1 together with a seal and information on the diameter of the thread and the distance of the measuring element from a front end , Fig. 3: a possible installation of the pressure sensor in a mounting hole of a cylinder head, and Fig. 4: a structure of the pressure sensor with a structure and connection technology for the electrical connection of several pressure measuring elements and a temperature measuring element, and Fig. 5 the electrical wiring and type of mechanical load the pressure measuring elements (9) of a particularly advantageous full bridge circuit.

[0043] Fig. 1 zeigt eine Schnittansicht des erfindungsgemäßen Druckaufnehmers. Dieses weist ein Druckaufnehmergehäuse 1 auf, das an seinem Frontende 12, welches bei einer Messung in den Brennraum eines Zylinders eingeführt wird, ein Vorsatzteil 14 aufweist. Das Druckaufnehmergehäuse 1 verfügt dabei an seiner Außenseite über ein umlaufendes Gewinde 5, das dazu genutzt wird, den Druckaufnehmer in einer Montagebohrung mit einem zugehörigen Gegengewinde zu befestigen. Oberhalb, also an der zum Frontende 12 abgewandten Seite des Gewindes 5 ist eine Auskragung vorgesehen, die zum Abdichten des Brennraums genutzt werden kann. Typischerweise legt sich diese umlaufende Auskragung gegen einen Anschlagabschnitt der Montagebohrung, so dass nur der unterhalb der Auskragung sich Richtung Frontende 12 erstreckende Bereich des Druckaufnehmergehäuses 1 dem Druck im Brennraum ausgesetzt ist. 1 shows a sectional view of the pressure sensor according to the invention. This has a pressure transducer housing 1, which has an attachment 14 at its front end 12, which is introduced into the combustion chamber of a cylinder during a measurement. The pressure sensor housing 1 has a circumferential thread 5 on its outside, which is used to fasten the pressure sensor in a mounting hole with an associated mating thread. Above, that is to say on the side of the thread 5 facing away from the front end 12, a projection is provided which can be used to seal off the combustion chamber. Typically, this peripheral projection lies against a stop section of the assembly bore, so that only the area of the pressure sensor housing 1 extending below the projection in the direction of the front end 12 is exposed to the pressure in the combustion chamber.

[0044] Das Innere des Druckaufnehmergehäuses 1 ist über das Vorsatzteil 14 sowie ein daran angeordnetes Messelement 3 dichtend abgetrennt. Das Druckaufnehmergehäuse 1 kann einen hülsenartigen Abschnitt aufweisen, der im Wesentlichen der Form einer Zylindermantelfläche entspricht. An dessen vorderem Ende wird das Vorsatzteil 14 aufgesetzt, das im Zusammenspiel mit dem Messelement 3 das Innere des Druckaufnehmergehäuses abdichtet. Die vom Druckaufnehmergehäuse 1 abgewandte Fläche des Vorsatzteils 14 stellt das Frontende 12 des Druckaufnehmers dar und ist eben ausgeformt. Die davon abgewandte Seite des Vorsatzteils 14 besitzt mehrere stufenartige Erhebungen, die sich hin zu einer Mitte des Vorsatzteils 14 erheben. Da der Grundaufbau des Vorsatzteils 14 eine kreisförmige Scheibe darstellen kann, dessen Außenumfang mit der Innenseite der hülsenartigen Zylindermantelfläche des Druckaufnehmergehäuses verbunden ist, stellen die stufenartigen Erhebungen kreissegmentartige Elemente dar, die sich hin zu einer Mitte der kreisförmigen Scheibe erheben. The interior of the pressure transducer housing 1 is sealed off via the attachment 14 and a measuring element 3 arranged thereon. The pressure transducer housing 1 can have a sleeve-like section which essentially corresponds to the shape of a cylinder jacket surface. Attachment 14 is placed on its front end, which, in cooperation with measuring element 3, seals the interior of the pressure sensor housing. The surface of the attachment part 14 facing away from the pressure sensor housing 1 represents the front end 12 of the pressure sensor and is formed flat. The side of the attachment 14 facing away therefrom has a plurality of step-like elevations which rise towards a center of the attachment 14 . Since the basic structure of the attachment 14 can be a circular disk whose outer circumference is connected to the inside of the sleeve-like cylindrical jacket surface of the pressure sensor housing, the stepped elevations represent circular-segment-like elements that rise towards the center of the circular disk.

[0045] Durch das Vorsatzteil 14 verläuft ein Gaskanal 2, der die beiden flächigen Seiten miteinander verbindet. So ist in der Mitte der Frontseite 12 eine Ausnehmung vorgesehen, die eine fluidische Verbindung zu der zum Inneren des Druckaufnehmergehäuses 1 gewandten Seite des Vorsatzteils 14 erstellt. A gas channel 2 runs through the attachment 14 and connects the two flat sides to one another. A recess is provided in the middle of the front side 12 , which establishes a fluidic connection to the side of the attachment part 14 facing the interior of the pressure transducer housing 1 .

[0046] Das Messelement nimmt dabei in der Art eines Sacklochs eine oder mehrere der stufenartigen Erhebungen der zum Inneren gewandten Seite des Vorsatzteils 14 auf. Dabei ist das Messelement 3 dichtend an dem Vorsatzteil 14 befestigt und umschließt den innenseitigen Auslass des Gaskanals. Entsteht durch einen Verbrennungsvorgang nun ein besonders hoher Druck, so führt der Gaskanal 2 dazu, dass dieser Druck an eine Seite des Messelements 3 weitergegeben wird, wohingegen die zum Inneren des Druckaufnehmergehäuses 1 gewandte Seite des Messelements 3 diesem hohen Druck nicht ausgesetzt ist. Diese Druckdifferenz führt zu einer Variation des Messelements 3, die mittels an der zum Frontende 12 abgewandten Seite vorgesehenen Druckmesselemente 9 bzw. einem Temperaturmesselement 15 eine Druckbestimmung zulassen. The measuring element accommodates one or more of the step-like elevations on the side of the attachment 14 facing the inside in the manner of a blind hole. The measuring element 3 is attached to the attachment part 14 in a sealing manner and encloses the inside outlet of the gas channel. If a particularly high pressure arises as a result of a combustion process, the gas channel 2 causes this pressure to be passed on to one side of the measuring element 3, whereas the side of the measuring element 3 facing the interior of the pressure sensor housing 1 is not exposed to this high pressure. This pressure difference leads to a variation of the measuring element 3, which allows a pressure determination by means of pressure measuring elements 9 or a temperature measuring element 15 provided on the side facing away from the front end 12.

[0047] Das Bezugszeichen 16 zeigt dabei eine Rotationsachse 16, die parallel zur Längsrichtung des Druckaufnehmers verläuft. Insbesondere das Vorsatzteil und auch das daran befestigte Messelement 3 sind zu dieser Achse 16 dreh- bzw. rotationssymmetrisch. The reference number 16 shows an axis of rotation 16 which runs parallel to the longitudinal direction of the pressure sensor. In particular, the attachment and also the measuring element 3 fastened to it are rotationally symmetrical to this axis 16 .

[0048] Ferner kann das Vorsatzteil 14 nicht nur einen einfachen Gaskanal 2 aufweisen, sondern einen Diffusor 4 enthalten, der dafür sorgt, dass die durch den Gaskanal 2 geführte Strömung gleichmäßig auf das Messelement 3 trifft. Durch den Diffusor 4 wird die thermische Belastung in der Verbrennungsphase gleichmäßig auf die Mechanik des Messelements 3 verteilt, so dass es nicht zu einem ungleichmäßigen Erhitzen des Messelements 3 kommt, das für eine fehlerhafte Messung des Drucks sorgen könnte. Furthermore, the attachment 14 can not only have a simple gas channel 2, but also contain a diffuser 4, which ensures that the flow guided through the gas channel 2 hits the measuring element 3 evenly. The diffuser 4 distributes the thermal load in the combustion phase evenly over the mechanics of the measuring element 3, so that there is no uneven heating of the measuring element 3, which could cause an incorrect measurement of the pressure.

[0049] Der Diffusor kann bspw. durch das Vorsehen mehrerer sternförmig angeordneter Kanäle mit verringertem Durchmesser oder aber anderen Elementen in dem Gaskanal verwirklicht sein, die zu einer gleichmäßigen Verteilung beitragen bzw. eine Umlenkung der Strömung in dem Gaskanal bewirken. Die konkrete Ausgestaltung des Diffusors hängt dabei aber auch immer mit der tatsächlichen Anordnungs- und Einbauposition des Drucknehmers in dem Zylinderkopf zusammen, da hierdurch ebenfalls die Strömungscharakteristik beeinflusst wird. The diffuser can be realized, for example, by providing several channels arranged in a star shape with a reduced diameter or other elements in the gas channel that contribute to an even distribution or cause a deflection of the flow in the gas channel. However, the specific design of the diffuser is always related to the actual arrangement and installation position of the pressure sensor in the cylinder head, since this also influences the flow characteristics.

[0050] Wesentlich für die Vorteile der Erfindung ist, der Abstand der Unterseite 13 des Messelements 3 zu dem Frontende 12, also dem vorderen Ende des Druckaufnehmers, der nicht zu weit entfernt hiervon sein darf. What is essential for the advantages of the invention is the distance between the underside 13 of the measuring element 3 and the front end 12, ie the front end of the pressure sensor, which must not be too far away from it.

[0051] Fig. 2 zeigt dabei im Wesentlichen eine identische Darstellung wie die Fig. 1, bezeichnet nun aber auch den Nenndurchmesser 10 des Gewindes 5 sowie den Abstand 11 der Unterseite 13 des Messelements 3. Nach der Erfindung ist vorgesehen, dass das Verhältnis von Nenndurchmesser 10 des Gewindes 5 zum Abstand 11 der Unterseite 13 des Messelements 3 mindestens 1:1,5 beträgt, vorzugsweise mindestens 1:1,3 und bevorzugterweise mindestens 1:1,2. Fig. 2 shows essentially an identical representation as FIG. 1, but now also denotes the nominal diameter 10 of the thread 5 and the distance 11 of the underside 13 of the measuring element 3. According to the invention it is provided that the ratio of Nominal diameter 10 of the thread 5 to the distance 11 of the underside 13 of the measuring element 3 is at least 1:1.5, preferably at least 1:1.3 and preferably at least 1:1.2.

[0052] Die Unterseite 13 des Messelements 3 ist dabei diejenige Seite des Messelements 3, an deren gegenüberliegenden Seite Druckmesselemente 9 oder Dehnungsmessstreifen angeordnet sind. Es ist also diejenige Seite, die einem Hochdruck ausgesetzt wird und an deren Rückseite die hervorgerufene Veränderung erfasst und in einen Druckwert umgerechnet wird. The underside 13 of the measuring element 3 is that side of the measuring element 3 on the opposite side of which pressure measuring elements 9 or strain gauges are arranged. It is therefore the side that is exposed to high pressure and on the rear side of which the change caused is recorded and converted into a pressure value.

[0053] Ferner erkennt man in der Fig. 2 einen nicht zum Druckaufnehmer gehörenden Dichtungsring, gegen den die Auskragung 6 anschlägt. 2 also shows a sealing ring that does not belong to the pressure sensor and against which the projection 6 strikes.

[0054] Fig. 3 zeigt einen Einbau des Druckaufnehmers in einer Montagebohrung 19 eines Zylinderkopfs 18. Die Montagebohrung 19 weist dabei zwei unterschiedliche Durchmesser auf, um eine Anschlagkante für die Auskragung 6 des Druckaufnehmergehäuses 1 zu erzeugen. Zwischen der Anschlagkante und der Auskragung 6 ist dabei eine Dichtung 7 angeordnet, die für eine Abdichtung des mit dem Brennraum 8 des Zylinders in Fluidverbindung stehenden Frontabschnitts des Druckaufnehmergehäuses dient. shows an installation of the pressure sensor in a mounting hole 19 of a cylinder head 18. The mounting hole 19 has two different diameters in order to produce a stop edge for the projection 6 of the pressure sensor housing 1. A seal 7 is arranged between the stop edge and the projection 6 and serves to seal the front section of the pressure sensor housing that is in fluid communication with the combustion chamber 8 of the cylinder.

[0055] Man erkennt, dass das Messelement 3 nicht an vorderster Front des Druckaufnehmergehäuses 1 angeordnet ist, sondern durch das Vorsatzteil 14 geschützt ist. Dennoch ist eine Erfassung des Drucks in dem Brennraum 8 möglich, da das Vorsatzteil 14 über seinen Gaskanal 2 eine Verbindung hin zum Messelement 3, bzw. der für die Messung verantwortlichen Unterseite 13 des Messelements 3 erstellt. It can be seen that the measuring element 3 is not arranged at the foremost front of the pressure sensor housing 1 but is protected by the attachment part 14 . Nevertheless, it is possible to measure the pressure in the combustion chamber 8 since the attachment 14 creates a connection via its gas channel 2 to the measuring element 3 or the underside 13 of the measuring element 3 responsible for the measurement.

[0056] Fig. 4 zeigt eine weitere Schnittansicht des Druckaufnehmers, bei der -neben den bereits eingeführten Bestandteilen- weitere Bestandteile an der zum Inneren gewandten Seite des Messelements 3 dargestellt sind. FIG. 4 shows a further sectional view of the pressure sensor, in which—in addition to the components already introduced—further components are shown on the side of the measuring element 3 facing towards the interior.

[0057] Man erkennt dabei eine Aufbau- und Verbindungstechnik 17 zum elektrischen Anschluss der Druckmesselemente 9 sowie eines optional vorsehbaren Temperaturmesselementes 15. One can see a structure and connection technology 17 for the electrical connection of the pressure measuring elements 9 and an optionally provided temperature measuring element 15.

[0058] Die bei dem Druckaufnehmer vorzusehenden Dehnmessstreifen 9 können mittels Dünnschichttechnologie auf das Messelement 3 aufgebracht werden. Ferner kann auch an der Oberseite des Messelements 3 ein temperaturabhängiger Widerstand vorgesehen sein, der das Ausdehnen und das Zusammenziehen des Messelements 3, der nur aufgrund einer Temperaturschwankung erfolgt und nichts mit einer Druckvariation zu tun hat, herausrechnet bzw. kompensiert. The strain gauges 9 to be provided with the pressure sensor can be applied to the measuring element 3 by means of thin-film technology. Furthermore, a temperature-dependent resistor can also be provided on the upper side of the measuring element 3, which calculates or compensates for the expansion and contraction of the measuring element 3, which only occurs due to a temperature fluctuation and has nothing to do with a pressure variation.

[0059] Fig. 5 zeigt ein Schaltbild einer Wheatstoneschen Brücke, die jeweils vier Dehnmessstreifen 9 aufweist. Die Dehnmessstreifen 9 sind dabei auf der Oberseite des Messelements 3 angeordnet. Ein Dehnmessstreifen 9 ist dabei ein von einer Dehnung bzw. einer Stauchung des Messelements 3 abhängiger Widerstand, so dass bei einer entsprechenden Brückenverschaltung, wie sie in Fig. 5 gezeigt ist, die Ausgangsspannung UABin Abhängigkeit von der Eingangsspannung Uo einen Rückschluss auf den aktuellen Dehn- oder Stauchungszustand der Oberseite des Messelements 3 zulässt. Damit kann pro Halbbrücke jeweils ein Dehnmessstreifen auf Stauchung und einer auf Dehnung belastet sein, was aus der Fig. 5 durch die unterschiedlichen Pfeilrichtungen der jeweils links neben dem Dehnmessstreifen 9dargestellten Pfeile erkennbar ist. Dies ermöglicht eine verbesserte Empfindlichkeit auf eine Krafteinwirkung des Messelements. Zudem sind die Dehnmessstreifen 9 mit gleicher Belastungsart in den beiden Halbbrücken jeweils diagonal gegenüber zueinander angeordnet. Hieraus ergibt sich eine maximale Empfindlichkeit auf die Krafteinleitung von wobei k der Verstärkungskoeffizient der Dehnungsmessstreifen 9 ist. 5 shows a circuit diagram of a Wheatstone bridge, each having four strain gauges 9 . The strain gauges 9 are arranged on the upper side of the measuring element 3 . A strain gauge 9 is a resistance that is dependent on an elongation or compression of the measuring element 3, so that with a corresponding bridge connection, as shown in FIG. or compression state of the top of the measuring element 3 allows. In this way, one strain gauge per half bridge can be subjected to compression and one to strain, which can be seen from FIG. This enables improved sensitivity to a force acting on the measuring element. In addition, the strain gauges 9 with the same type of load are arranged diagonally opposite one another in the two half-bridges. This results in a maximum sensitivity to the application of force of where k is the amplification coefficient of the strain gauges 9 .

Bezugszeichenliste:Reference list:

[0060] 1 Druckaufnehmergehäuse 2 Gasführender Kanal 3 Messelement 4 Diffusor 5 Gewinde 6 Aufnahme für eine in axialer Richtung wirkende Dichtung 7 Dichtung 8 Brennraum 9 Druckmesselement(e) 10 Durchmessers des Gewindes 11 Axialer Abstand des Messelementes zur Unterseite des Druckaufnehmers 12 Unterseite des Druckaufnehmers 13 Druckbeaufschlagte Unterseite des Messelements 14 Vorsatzteil 15 Temperaturmesselement 16 Rotationsachse 17 Aufbau- und Verbindungstechnik 18 Zylinderkopf 19 Montagebohrung 1 Pressure sensor housing 2 Gas-carrying duct 3 Measuring element 4 Diffuser 5 Thread 6 Seat for a seal acting in the axial direction 7 Seal 8 Combustion chamber 9 Pressure measuring element(s) 10 Diameter of the thread 11 Axial distance of the measuring element from the underside of the pressure sensor 12 Underside of the pressure sensor 13 Pressurized underside of the measuring element 14 attachment 15 temperature measuring element 16 axis of rotation 17 construction and connection technology 18 cylinder head 19 mounting hole

Claims (15)

1. Druckaufnehmer zum Erfassen eines Brennraumdrucks bei Brennkraftmaschinen, insbesondere Diesel- und Gasmotoren, umfassend: ein Druckaufnehmergehäuse (1) mit einem außen angeordneten Gewinde (5) zum Befestigen in einer entsprechenden Ausnehmung (19) und einem Frontabschnitt, der beim Erfassen des Brennraumdrucks mit einem Brennraum in Fluidverbindung steht, ein auf Druck reagierendes Messelement (3), das umfangsseitig von dem Druckaufnehmergehäuse (1) umgeben und innerhalb des Frontabschnitts des Druckaufnehmergehäuses (1) angeordnet ist, wobei das Messelement (3) an seiner zum Inneren des Druckaufnehmergehäuses (1) gewandten Oberseite mindestens ein Druckmesselement (9) aufweist, dadurch gekennzeichnet,dass eine der Oberseite gegenüberliegende Unterseite (13) des Messelements (3) in Längsrichtung des Druckaufnehmers gesehen mit Abstand (11) zu einem Frontende (12) des Druckaufnehmers angeordnet ist, wobei der Abstand (11) von dem Frontende (12) zu der Unterseite (13) des Messelements (3) nicht mehr als 150%, vorzugsweise nicht mehr als 130%, bevorzugterweise nicht mehr als 120% des Nenndurchmessers (10) des Gewindes (5) zum Befestigen des Druckaufnehmergehäuses (1) beträgt.1. Pressure sensor for detecting a combustion chamber pressure in internal combustion engines, in particular diesel and gas engines, comprising: a pressure transducer housing (1) with an externally arranged thread (5) for fastening in a corresponding recess (19) and a front section which is in fluid communication with a combustion chamber when the combustion chamber pressure is detected, a pressure-responsive sensing element (3) circumferentially surrounded by the pressure transducer housing (1) and disposed within the front portion of the pressure transducer housing (1), wherein the measuring element (3) has at least one pressure measuring element (9) on its upper side facing the interior of the pressure sensor housing (1), characterized in that an underside (13) of the measuring element (3) opposite the upper side, viewed in the longitudinal direction of the pressure sensor, is arranged at a distance (11) from a front end (12) of the pressure sensor, the distance (11) from the front end (12) to the underside ( 13) of the measuring element (3) is no more than 150%, preferably no more than 130%, preferably no more than 120% of the nominal diameter (10) of the thread (5) for fastening the pressure transducer housing (1). 2. Druckaufnehmer nach Anspruch 1, wobei der Abstand (11) von dem Frontende (12) zu der Unterseite (13) des Messelements (3) im Bereich von 20-80%, vorzugsweise im Bereich von 30-50% und bevorzugterweise im Bereich von 37-43% des Nenndurchmessers des Gewindes (5) zum Befestigen des Druckaufnehmergehäuses (1) liegt. 2. Pressure sensor according to claim 1, wherein the distance (11) from the front end (12) to the underside (13) of the measuring element (3) is in the range of 20-80%, preferably in the range of 30-50% and more preferably in the range of 37-43% of the nominal diameter of the thread (5) for fastening the pressure transducer housing (1). 3. Druckaufnehmer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Druckaufnehmergehäuse (1) ein Vorsatzteil (14) aufweist, das einen Gaskanal (2) von dem Frontende (12) zu der zum Frontende (12) zugewandten Seite des Messelements (3) bildet.3. Pressure sensor according to one of the preceding claims, wherein the pressure sensor housing (1) has an attachment (14) which forms a gas channel (2) from the front end (12) to the side of the measuring element (3) facing the front end (12). 4. Druckaufnehmer nach dem vorhergehenden Anspruch 3, wobei innerhalb des Gaskanals (2) ein Diffusor (4) angeordnet ist, um die während eines Verbrennungsvorgangs auftretende thermische Belastung gleichmäßig auf das Messelement (3) zu übertragen.4. Pressure sensor according to the preceding claim 3, wherein a diffuser (4) is arranged within the gas channel (2) in order to uniformly transfer the thermal load occurring during a combustion process to the measuring element (3). 5. Druckaufnehmer nach dem vorhergehenden Anspruch 4, wobei Vorsatzteil (14) und Diffusor (4) einstückig ausgebildet sind.5. Pressure sensor according to the preceding claim 4, wherein attachment part (14) and diffuser (4) are integrally formed. 6. Druckaufnehmer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Gewinde (5) zum Befestigen des Druckaufnehmergehäuses (1) ein Gewinde (5) vom Typ M8x0,75, M8x1, M10x1 oder M14x1,25 ist.6. Pressure sensor according to one of the preceding claims, wherein the thread (5) for fastening the pressure sensor housing (1) is a thread (5) of the type M8x0.75, M8x1, M10x1 or M14x1.25. 7. Druckaufnehmer nach einem der vorhergehenden Ansprüche 3 bis 6, wobei das Druckaufnehmergehäuse (1) eine Zylindermantelfläche umfasst, an dessen Außenumfang das Gewinde (5) zum Befestigen des Druckaufnehmergehäuses (1) angeordnet ist und in dessen frontseitige Deckfläche das Vorsatzteil (14) eingeführt ist.7. Pressure sensor according to one of the preceding claims 3 to 6, wherein the pressure sensor housing (1) comprises a cylindrical surface, on the outer circumference of which the thread (5) for fastening the pressure sensor housing (1) is arranged and in whose front cover surface the attachment (14) is inserted is. 8. Druckaufnehmer nach einem der vorhergehenden Ansprüche 3 bis 7, wobei das Messelement (3) an dem Vorsatzteil (14) befestigt ist, vorzugsweise an einer vom Frontende (12) abgewandten Seite des Vorsatzteils (14).8. Pressure sensor according to one of the preceding claims 3 to 7, wherein the measuring element (3) is attached to the attachment part (14), preferably on a front end (12) facing away from the attachment part (14). 9. Druckaufnehmer nach dem vorhergehenden Anspruch 8, wobei das Vorsatzteil (14) einen seine beiden flächigen Seiten fluidisch miteinander verbindenden Gaskanal (2) aufweist, der vorzugsweise mittig in Längsrichtung des Vorsatzteils (14) angeordnet ist.9. Pressure sensor according to the preceding claim 8, wherein the attachment part (14) has a gas channel (2) fluidically connecting its two flat sides to one another, which is preferably arranged centrally in the longitudinal direction of the attachment part (14). 10. Druckaufnehmer nach einem der vorhergehenden Ansprüche 8 oder 9, wobei eine erste flächige Seite eben ausgeführt und von dem Druckaufnehmergehäuse (1) abgewandt ist und eine zweite flächige Seite sich stufenartig zu einer Mitte hin absetzt, so dass die stufenartige Absetzung sich von dem Frontende (12) weg in das Druckaufnehmergehäuse (1) hinein erstreckt.10. Pressure sensor according to one of the preceding claims 8 or 9, wherein a first flat side is flat and faces away from the pressure sensor housing (1) and a second flat side is stepped towards a center, so that the stepped offset is from the front end (12) extends away into the pressure transducer housing (1). 11. Druckaufnehmer nach einem der vorhergehenden Ansprüche 3 bis 10, wobei das Vorsatzteil (14) rotationsymmetrisch oder drehsymmetrisch ist, wobei vorzugsweise die Rotationsachse (16) parallel zu der Längsachse des Druckaufnehmers verläuft.11. Pressure sensor according to one of the preceding claims 3 to 10, wherein the attachment (14) is rotationally symmetrical or rotationally symmetrical, the axis of rotation (16) preferably running parallel to the longitudinal axis of the pressure sensor. 12. Druckaufnehmer nach einem der vorhergehenden Ansprüche 3 bis 11, wobei das Messelement (3) die Form eines Sacklochs aufweist und in seiner Sacklochausnehmung einen stufenartig in das Innere des Druckaufnehmergehäuses (1) hineinragenden Bestandteil des Vorsatzteils (14) aufnimmt, vorzugsweise wobei der zum Vorsatzteil (14) gewandte Sacklochboden die Unterseite (13) des Messelements (3) darstellt.12. Pressure sensor according to one of the preceding claims 3 to 11, wherein the measuring element (3) is in the form of a blind hole and in its blind hole recess accommodates a component of the attachment part (14) which protrudes in a stepped manner into the interior of the pressure sensor housing (1), preferably wherein the Attachment (14) facing blind hole bottom is the underside (13) of the measuring element (3). 13. Druckaufnehmer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Druckaufnehmergehäuse (1) in seinem Übergang weg vom Frontabschnitt eine umfangsseitig verlaufende Auskragung (6) aufweist, die dazu ausgelegt ist, gegen eine Anschlagkante oder ein Dichtelement (7) anzuschlagen.13. Pressure sensor according to one of the preceding claims, wherein the pressure sensor housing (1) has a peripheral projection (6) in its transition away from the front section, which is designed to strike against a stop edge or a sealing element (7). 14. Druckaufnehmer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das mindestens eine an der Oberseite des Messelements (3) angeordnete Druckmesselement (9) als Dehnmesselement oder als Dehnungsmessstreifen ausgebildet ist.14. Pressure sensor according to one of the preceding claims, wherein the at least one on the top of the measuring element (3) arranged pressure measuring element (9) is designed as a strain gauge element or as a strain gauge. 15. Druckaufnehmer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Druckaufnehmergehäuse (1), das Vorsatzteil (14) und/oder das Messelement (3) aus einem Metall ist, vorzugsweise einem hochfesten Metall, bevorzugterweise aus dem martensitischen Stahl 1.4542 oder 1.4548 oder der Nickelbasislegierung Inconel 718, deren chemische Zusammensetzung aus 50,0 -5 5,0% Ni, 17,0 - 21,0% Cr, 4,75 - 5,50% TA+Nb, 2,80 - 3,30% Mo, 0,65 - 1,15% Ti, 0,20 - 0,80% AI, ≤ 0,3% Cu, ≤ 0,08% C, ≤ 0,35% Si und ≤ 1,0% Co besteht.15. Pressure sensor according to one of the preceding claims, wherein the pressure sensor housing (1), the attachment (14) and/or the measuring element (3) is made of a metal, preferably a high-strength metal, preferably made of martensitic steel 1.4542 or 1.4548 or the nickel-based alloy Inconel 718, whose chemical composition consists of 50.0 -5 5.0% Ni, 17.0 - 21.0% Cr, 4.75 - 5.50% TA+Nb, 2.80 - 3.30% Mo, 0.65 - 1.15% Ti, 0.20 - 0.80% Al, ≤ 0.3% Cu, ≤ 0.08% C, ≤ 0.35% Si and ≤ 1.0% Co.
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