DE10112530B4

DE10112530B4 - Drucksensor

Info

Publication number: DE10112530B4
Application number: DE2001112530
Authority: DE
Inventors: Yasuhiro Kariya Yamashita; Michihiro Kariya Makita
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2000-03-16
Filing date: 2001-03-15
Publication date: 2009-04-16
Anticipated expiration: 2021-03-16
Also published as: FR2806475A1; JP2001264203A; FR2806475B1; DE10112530A1

Abstract

Drucksensor, der aufweist:
ein Gehäuse (30), das lösbar mit einer zu erfassenden Vorrichtung (110) verbindbar ist;
ein Erfassungsteil (10) in dem Gehäuse, um Druck zu erfassen;
einen Druckeinlass (32) in dem Gehäuse, der Druck von der zum erfassenden Vorrichtung zum Erfassungsteil überträgt; und
eine erste Dichtfläche (33), die um den Druckeinlass an einer Stelle gebildet ist, die eine Stufe (38) aufweist, welche gegenüber dem Gehäuse (30) zurückgesetzt ist, wobei die Stelle an einem Ende des Gehäuses liegt;
einen Spalt zwischen dem Druckeinlaß und der zu erfassenden Vorrichtung, der abgedichtet wird, wenn das Gehäuse an der zu erfassenden Vorrichtung angebracht wird, indem die erste Dichtfläche direkt anstoßend an die zu erfassende Vorrichtung gepresst wird, wobei der Drucksensor dadurch gekennzeichnet ist, dass:
ein ausgehöhltes Loch (34) vorgesehen ist, das eine Öffnung hat, die sich zum Druckeinlass erstreckt und das im Gehäuse gebildet ist, wobei sich das...

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Drucksensor, der abdichtet, indem er eine Fläche um einen Druckeinlass eines Druckerkennungsgehäuses gegen eine zu erfassende Vorrichtung preßt, und noch genauer bezieht sich die vorliegende Erfindung auf einen Drucksensor, der dichtet, indem er die Dichtfläche in direktem Kontakt mit der zu erfassenden Vorrichtung bringt.
Im Stand der Technik wird das Abdichten eines Gehäuses gegen eine zu erfassende Vorrichtung (wobei die zu erfassende Vorrichtung ein Behälter, der ein unter Druck stehendes Mittel enthält, ein Rohr, durch das ein unter Druck stehendes Medium fließt, oder Ähnliches sein kann), die beide aus Metall sind, durch Metallkontaktdichtungen erreicht. Metallkontaktdichtungen dichten, indem sie einen Flächendruck erzeugen, der größer ist als der Flächendruck, der für das Dichten der Kontaktflächen nötig ist, indem sie durch Verschrauben oder Ähnliches Metalle gegeneinander pressen.
Es gibt zwei Arten von Dichtungen für Metallflansche, nämlich direktes Dichten, wie in den 10a und 10b gezeigt, und Dichten mit Dichtungsringen, wie in den 11a und 11b gezeigt. Die in den 10 und 11 gezeigten Drucksensoren erkennen den Kraftstoffdruck in einer Kraftstoffleitung 110. Dies ist die zu erfassende Vorrichtung in einem Kraftstoffeinspritzsystem eines Fahrzeugs (Speichereinspritzung bzw. "common rail" und Ähnliche).
In den 10a und 10b wird ein Gewindeteil J3, das auf einer außenliegenden Ebene eines Gehäuses J2 ausgeformt ist, in die Kraftstoffleitung 110 eingefügt und verschraubt. Ein Sensorchip (Erkennungsteil) J4 ist am Einfügeende im Gehäuse untergebracht, und eine Druckeinlassöffnung J5 wird auf der Einfügefläche des Gehäuses J2 ausgeformt, um den Druck aus der Kraftstoffleitung 110 zum Chip J4 zu leiten. Ein Übertragungsstift J8 zur Übertragung eines Signals vom Sensorchip J4 an eine Schaltplatine J6 und an einen Verbindungsstift J7 liegt in einem Loch des Gewindeteils J3 des Gehäuses J2 und wird durch die hermetische Dichtung J9 befestigt.
Wie in 10b gezeigt, wird eine Dichtfläche J10 um die Druckeinlassöffnung J5 am Einfügeende des Gehäuses J2 ausgeformt. Dann wird der Spalt zwischen der Druckeingangsöffnung J5 und der Leitung 110 abgedichtet, um zu verhindern, dass die Verbindung leckt, indem die Dichtfläche J10 mit einer Axialkraft der Verschraubung direkt anstoßend auf eine Sitzfläche 111 der Leitung 110 gepreßt wird. Die Sitzfläche 111 ist eine rechtwinklig zur Richtung der Axialkraft (Dichtflächendruckrichtung) der Verschraubung liegende Ebene. Der Drucksensor nach den 11a und 11b leitet den Druck von einer Druckeinlassöffnung J13 am Einfügeende zu einem Erfassungsteil (ein Metallschaft mit einer Membran) J15 über ein Druckleitungsloch J14 im Gehäuse J12, das in die Kraftstoffleitung 110 eingefügt und über sein Gewindeteil J11 damit verschraubt ist. Gleiche oder entsprechende Komponenten wie in 10 werden mit dem gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
Dann wird, wie in 11b gezeigt, der Spalt zwischen der Druckeinlassöffnung J13 und der Leitung 110 abgedichtet, um ein Lecken des Drucks zu verhindern. Dies wird erreicht, indem eine Dichtfläche J16, die um die Druckeinlassöffnung J13 ausgeformt ist, über einen Dichtring J17 anstoßend an die Sitzfläche 111 der Leitung 110 gepreßt wird. Dies wird mit einer Axialkraft der Verschraubung erreicht. Hier ist die Dichtfläche mit einem Kegelwinkel von beispielsweise ungefähr 3 Grad angeschrägt, wie in der Figur gezeigt, und ist nicht parallel zur Sitzfläche 111 der Leitung 110.
Die Erfinder haben die Drucksensoren mit direkter Sitzdichtung und mit Dichtringen untersucht und die folgenden Probleme festgestellt. Zuerst ist die Verteilung des Flächendrucks auf der Dichtfläche in der Nähe der Mitte des Gehäuses J2 (innen) niedrig und am Rand des Gehäuses J2 (außen) hoch (siehe 4). Daher ist es schwierig, den für das Dichten benötigten Flächendruck zu erhalten. Weil die Dichtfläche J16 im Drucksensor mit Dichtring kegelförmig ist, ist die Verteilung des Flächendrucks des Dichtteils an der Innenseite der Dichtfläche, wo sich der Flächendruck konzentriert (siehe 5) sehr hoch, und der benötigte Dichtflächendruck kann an der Außenseite nicht erreicht werden. Sobald die Innenseite der Dichtfläche einen Kratzer hat, entwickelt sich eine Undichtigkeit. Außerdem ist die Fertigung des Gehäuses J12 zeitaufwendig, weil die Innenseite, wie in 11b gezeigt, gegenüber der Dichtfläche J16 vorsteht, um den Dichtring J17 zu platzieren.
Zudem wird während der Fertigung der Drucksensor vor dem Versand geprüft. Dabei wird eine Prüfvorrichtung mit der Druckeinlassöffnung des Gehäuses verbunden und mit einem simulierten Druckzustand beaufschlagt. Es ist nachteilig, die Dichtfläche (eigentliche Maschinendichtfläche) mit der tatsächlichen Maschine (zu vermessendes Gerät) als Dichtfläche mit der Prüfvorrichtung zu verwenden, weil die eigentliche Maschinendichtfläche verkratzt werden kann.
Die DE 39 13 031 offenbart einen hochempfindlichen Drucksensor mit einem einfachen Aufbau, der konstruktiv so aufgebaut ist, dass ein Sensorkörper fest an der Innenfläche des Gehäuses des Drucksensors angebracht ist. Dadurch kann der Drucksensor den Druck eines Hochdruckfluids genau messen.
Die DE 198 43 471 A1 offenbart einen Sensorkörper mit einer Druckeinführbohrung und einem dünnen Abschnitt, der als eine Membran an einem Ende der Druckeinführbohrung dient, diese Anordnung ist in einem Gehäuse eingebaut. An dem dünnen Abschnitt ist ein Sensorchip befestigt und m den vorderen Endabschnitt des Sensorkörpers ist ein Schaltkreissubstrat angeordnet. Das Schaltkreissubstrat weist ein keramisches Laminatsubstrat auf, wobei die oberste Schicht des Keramiklaminats eine größere Kontur als die verbleibenden Schichten hat. Dadurch kann die Positionier- oder Lagegenauigkeit des Schaltkreissubstrats verbessert werden.
Daher ist es die Aufgabe dieser Erfindung, eine Prüfdichtfläche beispielsweise an einem Drucksensor gemäß Anspruch 1 in einem Bereich in der Nähe der eigentlichen Maschinendichtfläche im Gehäuse zu schaffen, um eine Prüfvorrichtung mit der Druckprüffläche zu verbinden und abzudichten. Vorteilhafte Weiterbildungen können gemäß der Unteransprüche ausgebildet sein. Als Beispiel zeigt 12 die Benutzung der Prüfvorrichtung (120) mit einem Drucksensor mit Dichtring nach dem Stand der Technik. Hier wird die Innenfläche der Druckeinlassöffnung (J13) als Inspektionsdichtfläche (J18) genutzt. Dadurch wird jedoch eine Verformung der Inspektionsdichtfläche (J18) und dadurch der eigentlichen Maschinendichtfläche (J16) erreicht (siehe 12b und 12a), wodurch die Dichtleistung der eigentlichen Maschinendichtfläche J16 verschlechtert wird. Ein ähnliches Problem kann bei den Drucksensoren vom Direktsitzdichtungstyp in den ersten bis dritten Ausführungsformen auftreten.
In einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein ausgehöhltes Loch (34) mit einer Öffnung für einen Druckeinlass (32) in einem Gehäuse (30) vorgesehen. Die Öffnung erstreckt sich in der Richtung, in der eine Dichtfläche (33) angepreßt wird. Die Dichtfläche ist als eine flache Ebene senkrecht zur Druckrichtung ausgeformt.
Gemäß der Erfindung ist die Innenseite des Gehäuse (30), wo die Dichtfläche (33) geschaffen wird, ausgehöhlt. Dadurch wird Druck auf das ausgehöhlte Loch (34) ausgeübt, der versucht, den Druckeinlass (32), wo die Dichtfläche wie eine Glockeninnenfläche (siehe 3) geformt ist, zu spreizen, wenn der Drucksensor mit einer zu erfassenden Vorrichtung verbunden und abgedichtet wird. Demgemäß gibt es nur einen kleinen Unterschied zwi schen dem inneren und äußeren Flächendruck des Dichtungsteils, weil der Innenteil der Dichtfläche (33) stark gegen eine Dichtfläche (111) der zu erfassenden Vorrichtung (110) gedrückt wird. Dadurch wird der benötigte Flächendruck an der Innenseite des Dichtteils erreicht (siehe 4).
Zudem konzentriert sich der Flächendruck im Gebiet der inneren Dichtfläche und man erhält wie oben beschrieben nicht den nötigen Dichtflächendruck an der Außenseite, wenn die Dichtfläche wie bei einem Drucksensor mit Dichtring kegelförmig ausgebildet ist (siehe 5). Gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine gleichförmige Verteilung des Flächendrucks über den gesamten Dichtbereich erhalten werden, wenn die Dichtfläche an der Sitzfläche (111) der zu erfassenden Vorrichtung (110) anliegt, weil die Dichtfläche (33) als eine flache Ebene senkrecht zur Richtung des Drucks auf die Dichtfläche ausgebildet ist.
In einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird auf der Außenumfangsfläche einer Seite des Gehäuses (30) ein Gewindeteil (31) vorgesehen, und das Gewindeteil wird in die zu erfassende Vorrichtung (110) eingesetzt und verschraubt.
Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung verbindet ein ausgehöhltes Loch (34) den Druckeinlass (32) mit dem Erfassungsteil (10), um zusätzlich als Eingangsdruckdurchlass dazu genutzt zu werden, den Druck von der Druckeinlassöffnung (32) an das Erfassungsteil zu leiten.
In einer anderen Ausführungsform wird an einer Stelle mit einer Stufe (38) gegen das Innenteil des Gehäuses (30) bezüglich der eigentlichen Maschinendichtfläche eine Prüfdichtfläche (37) zur Abdichtung mit der Prüfvorrichtung (120) des Drucksensors geschaffen, insbesondere dazu, die Dichtfläche (33) gegen die zu erfassenden Vorrichtung auf der Innenseite des ausgehöhlten Lochs (34) abzudichten.
Dadurch können die eigentliche Maschinendichtfläche (33) und die Prüfdichtfläche (37) durch diese Stufe getrennt werden, so dass die Verformung der Prüfdichtfläche die eigentliche Maschinendichtfläche nicht beeinflußt. Demgemäß erhält man die äußerst verläßliche Dichtstruktur sowohl beim Abdichten im Prüfschritt als auch in der eigentlichen Maschine (zu erfassenden Vorrichtung). Hier wird in einer fünften Ausführungsform der Erfindung die Inspektionsdichtfläche (37) relativ zur Dichtfläche (33), die an der zu erfassenden Vorrichtung (110) anliegt, weiter innen im Gehäuse (30) geschaffen. Wenn das Gehäuse in diesem Fall wie in der zweiten Ausführungsform der Erfindung einen Gewindeteil (31) auf der außenliegenden Seite hat, wird der Gewindeteil weniger beeinflußt, weil die axiale Klemmkraft im Prüfschritt im Vergleich zur axialen Klemmkraft bei der Montage in der tatsächlichen Maschine geringer sein kann.
Hier kann die Stufe (38) zwischen der Dichtfläche (33), die an der zu erfassenden Vorrichtung (110) anliegt, und die Inspektionsdichtfläche (37) kegelförmig oder gerundet sein.
Weitere Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden genauen Beschreibung. Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
1 einen Schnitt durch einen Drucksensor gemäß der vorliegenden Erfindung;
2 die vergrößerte Einzelheit II aus 1;
3 eine vergrößerte Ansicht eines Teils eines Drucksensors gemäß der Erfindung;
4 ein Schaubild, das die Verteilung des Flächendrucks entlang einer Dichtfläche der Erfindung zeigt;
5 ein Schaubild, dass die Verteilung des Drucks auf der Dichtfläche der vorliegenden Erfindung über dem Kegelwinkel der Dichtfläche zeigt;
6A einen Schnitt, der den Betrieb und die Auswirkung einer Prüfdichtfläche der den Betrieb und die Auswirkung einer Prüfdichtfläche der vorliegenden Erfindung zeigt;
6B einen Schnitt, der den Betrieb und die Auswirkung einer Prüfdichtfläche der vorliegenden Erfindung zeigt;
7 einen Schnitt eines Teils einer Dichtfläche gemäß der Erfindung;
8A einen Schnitt einer veränderten Stufe zwischen der Inspektionsdichtfläche und der eigentlichen Maschinendichtfläche;
8B einen Schnitt einer veränderten Stufe zwischen der Prüfdichtfläche und der eigentlichen Maschinendichtfläche;
9 einen Schnitt einer veränderten Prüfdichtfläche der vorliegenden Erfindung;
10A einen Schnitt eines Drucksensors vom Sitzventiltyp nach dem Stand der Technik;
10B einen Schnitt durch einen Drucksensor vom Sitzventiltyp gemäß dem Stand der Technik;
11A einen Schnitt eines Drucksensors mit Dichtring gemäß dem Stand der Technik;
11B einen Schnitt eines Drucksensors mit Dichtring nach dem Stand der Technik;
12A einen Schnitt einer Prüfvorrichtung mit Dichtring gemäß dem Stand der Technik; und
12B einen Schnitt einer Prüfvorrichtung mit Dichtung gemäß dem Stand der Technik.
Die vorliegende Erfindung wird mit Bezug auf eine Ausführungsform, die in der Zeichnung gezeigt ist, erläutert. Der Drucksensor 100 wird verbunden mit einer Kraftstoffleitung (zu erfassende Vorrichtung) 110 eines Kraftstoffeinspritzsystems im Fahrzeug, zum Beispiel einer Speichereinspritzung ("common rail"), gezeigt, um den Druck der mit Gas oder mit Gas/Fluid vermischten Luft in der Kraftstoffleitung 110 zu erfassen. Es ist anzumerken, dass die Kraftstoffleitung 110 aus einem Metall wie Kohlenstoffstahl (S48C und Ähnliche) und Chromstahl besteht.
Ein hohler zylindrischer Metallschaft 10 ist mittels einer Schraube 20 an einem Gehäuse 30 befestigt. Der Metallschaft 10 hat eine dünne Membrane 11 an einem Ende und eine Öffnung 12 am anderen Ende. Ein Stufenteil 13, dessen äußerer Durchmesser größer als der der Membranseite ist, ist auf der anderen Seite (der offenen Seite) des Metallschafts 10 ausgeformt.
Ein nicht gezeigter Sensorchip aus monokristallinem Si (Silizium) wird mittels niedrigschmelzendem Glas oder Ähnlichem mit der äußeren Oberfläche der Membrane 11 des Metallschafts 10 verbunden. Der Metallschaft 10 mit diesem Sensorchip ist das Erfassungsteil in der vorliegenden Erfindung und gibt ein Signal vom Sensorchip auf der Grundlage der Spannung aus, die erzeugt wird, wenn sich die Membran 11 aufgrund des Drucks im Druckmittel, der von der Öffnung 12 zur Innenseite des Metallschafts 10 geleitet wird, verformt.
Das Material des Metallschafts 10 muß hochfest sein, da es einem hohen Druck ausgesetzt ist. Es muß außerdem einen geringen thermischen Ausdehnungskoeffizienten haben, da der Sensorchip aus Silizium besteht und mittels des Glases oder Ähnlichem verbunden wird. Der Metallschaft 10 kann durch Auswahl eines Materials, das vorwiegend aus Fe, Ni und Co oder Fe und Ni besteht, und das Ti, Nb und Al oder Ti und Nb enthält, die als verstärkende Legierungsbestandteile zugefügt werden, und durch Urformen, Umformen und/oder Trennen hergestellt werden.
Das Gehäuse 30 wird in ein Gewindeloch in der Kraftstoffleitung 110 eingesetzt und durch Schrauben direkt damit verbunden. Das Gehäuse hat ein Anschraubgewinde 31 auf der Außenfläche einer Seite, die ins Schraubenloch eingesetzt wird (die gegenüberliegende Seite von der, auf der Metallschaft angeordnet ist). Ein Druckeinlass 32 wird auf der Außenfläche der in das Schraubenloch eingefügten Seite des Gehäuses 30 geschaffen, und der Teil der Außenfläche der in das Schraubenloch eingefügten Seite um den Druckeinlass 32 ist als Ringdichtfläche 33 ausgeführt.
Die Dichtfläche 33 ist eine flache Ebene senkrecht zu der Richtung, in die sie gepreßt wird (abwärts in 1). Die Dichtfläche ist parallel zur Sitzfläche 111 der Kraftstoffleitung 110. Die Dichtfläche 33 wird von einer Axialkraft axial zum Gewinde angepreßt, wenn sie an der Kraftstoffleitung 110 eingeschraubt und befestigt wird. Dadurch dichtet die Dichtfläche 33 den Spalt zwischen dem Druckeinlass 32 und der Sitzfläche 111 der Kraftstoffleitung 110, da sie direkt an der Sitzfläche 111 der Kraftstoffleitung 110 anstößt.
Ein ausgehöhlter Druckeingangsdurchlass 34 mit dem Druckeinlass 32 wird im Gehäuse 30 geschaffen und erstreckt sich entlang der Dichtflächendruckrichtung. Das Ende des Durchlasses 34 ist mit der Öffnung 12 des Metallschafts 10 verbunden. Der Druckeingangsdurchlass 34 ist mit der Kraftstoffleitung 110 verbunden und kann das Druckmedium zum Metallschaft 10 leiten, wenn das Gehäuse 30 an der Kraftstoffleitung 110 befestigt ist.
Die Schraube 20 hat eine zylindrische Form, um das Umfeld des Metallschafts 10 abzudecken. Ein Außengewinde 21 liegt auf dessen Außenumfangsfläche und ein zugehöriges Innengewinde 35 ist im Gehäuse 30 ausgeformt. Weil Druck von der Schraube 20 auf das Stufenteil 13 im Metallschaft 10 durch Verschrauben dieser Gewindeteile 21 und 35 ausgeübt wird, wird der Metallschaft 10 an das Gehäuse 30 angepreßt und damit verbunden, und der Teil, der die Öffnung 12 mit dem Druckeingangsdurchlass 34 verbindet, ist abgedichtet.
Hier verstärkt korrosionsbeständiger und hochfester Kohlenstoffstahl, beispielsweise S15C, der verzinkt ist, die Korrosionsbeständigkeit. Alternativ können XM7, SUS 430, SUS 304, SUS 630 und Ähnliche, die korrosionsbeständig sind, für das Gehäuse 30 verwendet werden. Kohlenstoffstahl oder Ähnliches kann für die Schraube 20 verwendet werden. Das Gehäuse 30 und die Schraube 20 können durch Kaltumformen oder spanend hergestellt werden.
Ein Verstärker-IC-Bauteil (Amp) 42, der die Ausgabe des Sensorchips verstärkt, und ein Charakteristikregelchip 42 sind durch Kleber auf einem Keramikträger 40 befestigt. Diese IC-Bauteile 42 sind mit einer Stromzuführung (Verdrahungsteilen) des Keramikträgers 40 über Aluminium-(Al)-Drähtchen 44, durch Drahtbonding verbunden. Ein Stift 46 zur elektrischen Verbindung mit einem Verbindungsanschluß 50 ist mit der Stromzuführung des Keramikträgers 40 durch Silberlöten verbunden.
Ein Verbindungsanschluss 50 ist ein ASSY, der durch Umspritzen eines Anschlusses 52 mit Harz 54 gebildet wird. Der Anschluss 52 und der Keramikträger 40 sind mit dem Stift 46 durch Laserschweißen verbunden. Der Verbindungsanschluss 50 ist mit einem Verbindungsgehäuse 60 durch Klebstoff oder Ähnliches verbunden. Der Anschluss 52 kann elektrisch mit einer elektronischen Steuereinheit (ECU) oder Ähnlichem des Autos über Drähte verbunden sein. Das Verbindungsgehäuse 60 formt die Außenseite des Verbindungsanschlusses 50 und bildet eine Einheit mit dem Gehäuse 30, das über einen O-Ring 70 (Dichtteil 36) abgedichtet ist, um die Sensorchips, die verschiedenen integrierten Schaltkreise und die elektrischen Verbindungen in dieser Einheit vor Feuchtigkeit und äußerer mechanischer Krafteinwirkung zu schützen. Hochhydrolytisches PPS (Polyphenylsulfid) oder Ähnliches kann als Material des Verbindergehäuses 60 geeignet sein.
Eine Montagemethode für den Drucksensor 100 wird beschrieben. Zuerst wird eine Einheit in das Gehäuse 30 geschraubt, in der die Schraube 20 gemeinsam mit dem Metallschaft 10 (der die oben beschriebenen Sensorchips trägt) montiert ist. Als nächstes wird der Keramikträger 40, auf dem die drahtgebondeten Chips 42 und der Stift 46 angebracht sind, mit der Schraube 20 durch Klebstoff verbunden. Während dieser Zeit werden die Sensorchips elektrisch mit dem Leiter (Verdrahtungsteil) des Keramikträgers 40 durch Drahtbonden oder Ähnliches verbunden.
Als nächstes wird der Verbindungsanschluß 50 durch Laserschweißen (YAG-Laserschweißen oder Ähnliches) mit dem Stift 46 verbunden. Als nächstes wird das Verbindungsgehäuse 60 über den O-Ring 70 mit dem Gehäuse 30 verbunden. Das Verbindungsgehäuse 60 und das Gehäuse 30 werden fixiert, indem die Montageseite des Gehäuses 30 abgedichtet wird. Dadurch ist der Drucksensor 100 nach 1 vollständig. Der Drucksensor 100 wird mit der Kraftstoffleitung 110 durch Einschrauben und Befestigen des Gewindeteils 31 des Gehäuses 30 in das Schraubenloch der Kraftstoffleitung 110 verbunden und befestigt. Wenn der Kraftstoffdruck (Druckmedium) in der Kraftstoffleitung 110 vom Druckeinlass 32 über den Druckeingangsdurchlass 34 zur Innenseite (Hohlteil) des Metallschafts 10 geführt wird, verformt sich die Membran 11 durch den Druck. Der Druck wird durch Umsetzung dieser Verformung in ein elektrisches Signal von den Sensorchips und durch Verarbeitung dieses Signals über den Keramikträger 40 und andere, die einen Signalverarbeitungsteil des Sensors bilden, erkannt. Dann steuern die ECU und andere die Kraftstoffeinspritzung auf der Grundlage des erkannten Drucks (Kraftstoffdrucks).
Der Druckeingangsdurchlass (ausgehöhltes Loch) 34 mit dem Druckeinlass 32 erstreckt sich im Gehäuse 30 entlang der Dichtflächendruckrichtung. Die Dichtfläche 33 ist eine senkrecht auf der Druckrichtung stehende Ebene. Druck wird auf das ausgehöhlte Loch 34 aufgebracht, wenn der Drucksensor 100 wie in 3 gezeigt mit der Kraftstoffleitung 110 verbunden und abgedichtet wird. Der Druck versucht, den Druckeinlass 32, wo die Dichtfläche 33 wie eine Glocke geformt ist (der durch gestrichelte Linien in der Figur gezeigte Zustand) zu vergrößern, wie durch die weiß ausgefüllten Pfeile in der Figur gezeigt. Dadurch ist der Unterschied im Flächendruck auf den inneren und äußeren Teilen der Dichtung gering und der benötigte Flächendruck kann am Innenteil des Dichtteils gesichert werden, weil der innere Teil der Dichtfläche 33 stärker an die Sitzfläche 111 der Kraftstoffleitung 110 gepreßt wird.
4 zeigt die Verteilung des Flächendrucks der Dichtfläche im Drucksensor 100. Das ist die Verteilung des Flächendrucks der Dichtfläche 33 (Verteilung in der Richtung der Dichtbreite S4), die durch FEM-Analyse gefunden wurde, wenn der Innendurchmesser S1 des Druckeingangsdurchlasses (ausgehöhltes Loch) 34 ∅3 mm ist, der Innendurchmesser S2 der Ringdichtfläche 33 ∅6 mm ist und deren Außendurchmesser S3 ∅8 mm ist (demgemäß ist die Breite S4 der Dichtfläche 33 1 mm) in den in 3 gezeigten Abmessungen. Außerdem wird ein Druck von ungefähr 200 MPa genutzt, ungefähr der erfasste Druck, der an der Innenseite des Druckdurchlasses 34 anliegt, wenn tatsächlich eine Maschine genutzt wird.
4 zeigt außerdem die Verteilung des Flächendrucks des dichtringlosen Sensors nach dem Stand der Technik, der ein festes Gehäuse hat, als vergleichendes Beispiel unter denselben Bedingungen. In 3 beginnt der innerste Dichtteil bei einer Dichtweite S4 von 0 mm, und der äußerste Dichtteil endet bei einer Dichtweite S4 von 1 mm. Aus 4 ist zu erkennen, dass der Unterschied zwischen dem Flächendruck an den inneren und äußeren Teilen der Dichtfläche im Vergleich zum festen Bauteil nach dem Stand der Technik gering ist. Außerdem wird der benötigte Flächendruck (ungefähr 130 MPa) am inneren Dichtteil erreicht. Dagegen wird der benötigte Flächendruck am Innenteil der Dichtung im Vergleichsmuster nicht erreicht.
Weil die Dichtfläche 33 eine senkrecht auf der Dichtflächendruckrichtung (axiale Richtung der Verschraubung) liegende flache Ebene ist, erhält man für den Drucksensor 100 eine gleichförmige Verteilung des Flächendrucks über die Dichtfläche, wenn diese direkt an der Sitzfläche 111 anstößt, die senkrecht auf der Druckrichtung steht.
Wie in 5 gezeigt, werden vergleichende Beispiele berücksichtigt bei denen die Dichtfläche 33 im Sensor 100 mit einem Kegelwinkel θ kegelförmig ausgeführt wird. Das heißt, Kegelwinkel θ (θ = 2°, θ = 4° und θ = 6°) der Dichtfläche 33 werden anstelle der senkrecht zur Druckrichtung stehenden Flache Ebene (θ = 0°) der vorliegenden Ausführungsform als Vergleichsbeispiele angesehen, und die Verteilung des Flächendrucks wird in gleicher Weise wie in 4 oben beschrieben durch FEM-Analyse gefunden.
Als Ergebnis konzentriert sich der Flächendruck wie in 5 gezeigt auf die Innenseite der Dichtfläche, und der benötigte Dichtflächendruck wird beim dichtringlosen Drucksensor an der Außenseite nicht erreicht, wenn die Dichtfläche in gleicher Weise wie bei einem Dichtringtyp angeschrägt wird. Die Verteilung des Flächendrucks ist jedoch gleichförmig und der benötigte Flächendruck wird von der vorliegenden Ausführungsform mit θ = 0° über den gesamten Dichtbereich im Vergleich zu den Vergleichsbei spielen erreicht, in denen die Dichtfläche mehr oder weniger kegelförmig ist.
Demgemäß ist die Zuverlässigkeit des Dichtungsbereichs höher als im Stand der Technik, auch wenn ein Teil der Dichtfläche verkratzt ist, weil in der vorliegenden Ausführungsform die Dichtung durch den anderen Bereichs des Dichtbereichs gesichert ist. Zudem benötigt der Drucksensor 100 keinen separaten Dichtring und keine Bearbeitung des Gehäuses zur Positionierung des Dichtrings, weil er ein dichtringloser Drucksensor ist.
In einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist eine ringförmige Prüfdichtfläche 37 zum Abdichten einer Prüfvorrichtung des Drucksensors in der Nähe einer kegelförmigen Stufe 38 in Richtung der Innenseite des Gehäuses 30 in Bezug auf die Dichtfläche 33 (im Folgenden als eine eigentliche Maschinendichtfläche 33 bezeichnet) mit der Kraftstoffleitung 110 unter der Innenseite des Druckeinlasses (des ausgehöhlten Lochs) 34 ausgeformt, wie in 2 gezeigt. Dadurch wird die Verformung der Prüfdichtfläche 37 bei der Durchführung einer Prüfung (Prüfung der Sensorcharakteristik) vor dem Versand oder Ähnlichem die eigentliche Maschinendichtfläche 33 nicht beeinträchtigt.
Die 6A und 6B zeigen die Wirkung der Prüfdichtfläche 37. Wenn das Gehäuse 30 mit der Prüfvorrichtung 120 verschraubt und verbunden ist, stößt die Prüfvorrichtung 130 direkt an die Prüfdichtfläche 37 an und berührt die eigentliche Maschinendichtfläche 33, wie in 6A gezeigt, nicht. Dann wird ein Druck, der die tatsächliche Maschine simuliert, durch ein Loch 121 durch die Prüfvorrichtung 120 eingebracht, um die Sensorcharakteristik zu prüfen. Die Prüfvorrichtung 120 besteht aus demselben Material (Metall wie Kohlenstoffstahl (S48C und Ähnliche) und Chromstahl) wie die Kraftstoffleitung 110.
Auch wenn die Prüfdichtfläche 37 durch die Prüfvorrichtung 120 verformt und auf die Seite der eigentlichen Maschinendichtfläche 33 verdrängt wird, wie in 6B gezeigt, wird der verdrängte Teil K1 durch die Stufe 38 zwischen den Dichtflächen 33 und 37 aufgenommen. Daher wird die eigentliche Maschinendichtfläche 33 durch die Verformung der Prüfdichtfläche nicht beeinflußt, wodurch die Dichtleistung an der tatsächlichen Maschine erhalten bleibt.
Zudem kann die Axialklemmkraft im Prüfschritt im Vergleich zur Axialklemmkraft der Montage in die tatsächliche Maschine verringert und der Einfluß auf das Gewinde 31 des Gehäuses 30 kann reduziert werden, weil die Inspektionsdichtfläche 37 auf der Innenseite der eigentlichen Maschinendichtfläche 33 liegt. Das bedeutet, dass die hohe Verläßlichkeit im Bezug auf die Dichtleistung im Prüfschritt und in der tatsächlichen Maschine erreicht werden kann.
Weil die Verformung der Prüfdichtfläche 37 die eigentliche Maschinendichtfläche 33 nicht beeinträchtigt, kann die Prüfvorrichtung 120 aus einem Material hergestellt werden, das härter als das Gehäuse 30 ist. Dadurch verformt sich die Prüfvorrichtung 120 kaum und kann wiederholt genutzt werden.
Beispielsweise kann der Dichtaußendurchmesser S5 der Inspektionsdichtfläche 37 auf ∅4,5 mm gesetzt sein, der Dichtinnendurchmesser S6 (der dem Innendurchmesser S1 des Druckeingangsdurchlasses 34 entspricht) kann auf ∅3 mm gesetzt werden, der Innendurchmesser S2 der eigentlichen Maschinendichtfläche 33 auf ∅6 mm und deren Außendurch messer S3 auf ∅8 mm sowie die Höhe S7 der Stufe 38 auf 0,2 mm in jeder in 7 gezeigten Abmessung gesetzt werden. Hier kann die Höhe S7 der Stufe 38 so gewählt werden, dass sie nicht über die eigentliche Maschinendichtfläche 33 hinausragt, wenn die Inspektionsdichtfläche 37 verformt wird.
Die Stufe 38 zwischen den Dichtflächen 33 und 37 kann ebenso wie in 8A gezeigt rechteckförmig oder wie in 8B gezeigt kurvenförmig sein. Weiterhin kann sie auch wie in 9 gezeigt parallel mit der eigentlichen Maschinendichtfläche 33 sein, obwohl die Prüfdichtfläche 37 in jedem der oben beschriebenen Beispiele in Bezug auf die eigentliche Maschinendichtfläche 33 geneigt ist.
Weiterhin wird das ausgehöhlte Loch, solange es sich entlang der Dichtflächendruckrichtung erstreckt und den Druckeinlass 32 hat und nicht direkt mit dem Erfassungsteil 10 verbunden ist, ausreichen, obwohl ein ausgehöhltes Loch in der vorliegenden Ausführungsform als Druckeingangsdurchlass 34 dient, das den Druckeinlass 32 mit dem Erfassungsteil 10 verbindet. Beispielsweise kann ein abzweigendes Loch durch das Gehäuse 30 zum ausgehöhlten Loch geschaffen werden, um dieses abzweigende Loch mit dem Erfassungsteil 10 zu verbinden.
Neben dem Metallschaft 10 mit der Membran kann der Erfassungsteil auf andere Weise wie als ein Membranchip aus einem Halbleitermaterial, einer piezoelektrischen Vorrichtung und einem Dehnungsmeßstreifen gefertigt werden, solange er ein Signal auf der Grundlage des Drucks ausgeben kann. Das Gehäuse 30 kann mit der Kraftstoffleitung 110 auf andere Weise als durch Verschrauben verbunden sein, solange es den Druck auf die eigentliche Maschinendichtfläche 33 aufbringt. Beispielsweise kann das Gehäuse 30 an die zu erfassende Vorrichtung gepreßt und fixiert werden, indem ein gesondertes Flanschteil verwendet wird.
Das Gehäuse 30 kann außerdem aus einem Material wie Keramik anstelle von Metall gefertigt werden. Der Drucksensor 100 kann breit nicht nur bei der Erkennung des Kraftstoffdrucks eingesetzt werden, wie bei der Erkennung des Ansaug- und Abgasdrucks eines Autos, der Erkennung des Drucks eines Fluids, eines Gases oder eines flüssigen oder gasförmigen Kraftstoffs in einer Leitung und in ähnlichen Einsatzbereichen.
Wie oben beschrieben erstreckt sich das ausgehöhlte Loch 34, das den Druckeinlass 32 mit dem Erfassungsteil 10 verbindet, entlang der Druckflächendichtrichtung im Gehäuse 30. Die eigentliche Maschinendichtfläche 33 ist als die flache Ebene senkrecht zur Druckrichtung im Drucksensor geschaffen, der das Gehäuse 30, den Erfassungsteil 10 im Gehäuse 30, den Druckeinlass im Gehäuse 30 und die eigentliche Maschinendichtfläche 33 um den Druckeinlass 32 des Gehäuses 30 umfaßt, und die eigentliche Maschinendichtfläche 33 wird direkt anstoßend an die Sitzfläche 111 gepreßt, die auf der zu erfassenden Vorrichtung 110 ausgeformt ist, und die senkrecht auf der Druckfläche steht, um den Spalt zwischen dem Druckeinlass 32 und der zu erfassenden Vorrichtung 110 abzudichten, wenn das Gehäuse 30 an der zu erfassenden Vorrichtung 110 angebracht wird. Es ist selbstverständlich, dass die anderen Teile in geeigneter Weise verändert werden können.
Während die oben beschriebenen Ausführungsformen sich auf Nutzungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beziehen, kann die vorliegende Erfindung sowie Modifikationen und Variationen derselben anderweitig genutzt werden und ist nicht auf die vorliegende Offenbarung beschränkt.
Zusammenfassend wird eine höchst verläßliche und einfache Dichtungsstruktur in einem Drucksensor geschaffen, die so angeordnet ist, dass sie durch Andrücken der Fläche rund um einen Druckeinlass in einem Gehäuse an eine zu erfassende Vorrichtung beim Anbringen des Gehäuses, in dem ein Druckerfassungsteil durch Einschrauben in eine Kraftstoffleitung eines Kraftstoffeinspritzsystems für ein Fahrzeug angeordnet ist, abdichtet. Ein Druckeingangsdurchlass 34, d. h., ein ausgehöhltes Loch, das den Druckeinlass 32 als eine Öffnung hat, wird im Gehäuse 30 so vorgesehen, dass er entlang der Richtung (axiale Richtung der Verschraubung) ausgedehnt ist, in der die Dichtfläche 33 des Gehäuses 30 an die Kraftstoffleitung 110 angepreßt wird, und die Dichtfläche 33 ist als eine flache Ebene senkrecht zur Druckrichtung ausgeformt.

Claims

Drucksensor, der aufweist: ein Gehäuse (30), das lösbar mit einer zu erfassenden Vorrichtung (110) verbindbar ist; ein Erfassungsteil (10) in dem Gehäuse, um Druck zu erfassen; einen Druckeinlass (32) in dem Gehäuse, der Druck von der zum erfassenden Vorrichtung zum Erfassungsteil überträgt; und eine erste Dichtfläche (33), die um den Druckeinlass an einer Stelle gebildet ist, die eine Stufe (38) aufweist, welche gegenüber dem Gehäuse (30) zurückgesetzt ist, wobei die Stelle an einem Ende des Gehäuses liegt; einen Spalt zwischen dem Druckeinlaß und der zu erfassenden Vorrichtung, der abgedichtet wird, wenn das Gehäuse an der zu erfassenden Vorrichtung angebracht wird, indem die erste Dichtfläche direkt anstoßend an die zu erfassende Vorrichtung gepresst wird, wobei der Drucksensor dadurch gekennzeichnet ist, dass: ein ausgehöhltes Loch (34) vorgesehen ist, das eine Öffnung hat, die sich zum Druckeinlass erstreckt und das im Gehäuse gebildet ist, wobei sich das ausgehöhlte Loch entlang der Richtung des Drucks auf die Dichtfläche erstreckt und die erste Dichtfläche eine flache Ebene senkrecht zur Druckrichtung ist.
Drucksensor nach Anspruch 1, wobei das Gehäuse (30) ein Gewindeteil (31) an einer Außenumfangsfläche hat, und durch Einsetzen und Anschrauben dieses Gewindeteils an die zu erfassende Vorrichtung (110) an der zu erfassenden Vorrichtung anbringbar ist.
Drucksensor nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das ausgehöhlte Loch (34) den Druckeinlaß (32) mit dem Erfassungsteil (10) verbindet.
Drucksensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem eine zweite Dichtfläche (37) an der Stelle ausgebildet ist, wobei die Stufe an einer Innenfläche des ausgehöhlten Lochs (34) an die zu erfassende Vorrichtung (110) anstößt.
Drucksensor nach Anspruch 4, bei dem die zweite Dichtfläche (37) an einer Umfangsseite der ersten Dichtfläche (33) des Gehäuses (30) liegt, die an die zu erfassende Vorrichtung (110) anstößt.
Drucksensor nach Anspruch 4 oder 5, bei dem die Stufe (38) zwischen der ersten Dichtfläche (33), die an die zu erfassende Vorrichtung (110) anstößt, und der zweiten Dichtfläche (37) kegelförmig ist.
Drucksensor nach Anspruch 4 oder 5, bei dem die Stufe (38) zwischen der ersten Dichtfläche (33), die an die zu erfassende Vorrichtung (110) anstößt, und der zweiten Dichtfläche (37) abgerundet ist.