DE102007000337A1

DE102007000337A1 - Verbrennungsdrucksensor

Info

Publication number: DE102007000337A1
Application number: DE102007000337A
Authority: DE
Inventors: Yoshinobu Kariya Hirose; Takehiro Kariya Watarai
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2006-06-20
Filing date: 2007-06-19
Publication date: 2008-01-31
Anticipated expiration: 2027-06-20
Also published as: US20070289370A1; JP2008002809A; DE102007000337B4; US7624620B2; FR2902518A1

Abstract

Ein Verbrennungsdrucksensor für das Erfassen eines Verbrennungsdrucks in einer Verbrennungskammer eines Verbrennungsmotors ist so offenbart, dass er ein Gehäuse, das an einen Verbrennungsmotorkopf in einem gasdichten Aufbau montiert ist, einen Drucksensor, der an dem Gehäuse an einem Basisendabschnitt von diesem getragen wird, ein Übertragungselement, das einen Druckaufnahmeabschnitt besitzt, der zu der Verbrennungskammer hin so freiliegt, dass er axial in dem Gehäuse so gleitfähig ist, dass er einen Verbrennungsdruck von der Verbrennungskammer zu dem Drucksensor überträgt, und ein Abdichtelement besitzt, das zwischen dem Druckaufnahmeabschnitt des Übertragungselements und dem Gehäuse in einem gasdichten Abdichtaufbau so angeordnet ist, dass er ein Eindringen von Verbrennungsgas von der Verbrennungskammer in das Gehäuse verhindert. Das Abdichtelement besitzt einen flexiblen Abschnitt mit niedriger Steifigkeit , der sich dehnen und eine Last absorbieren kann, die auf den Drucksensor wirkt, wenn das Gehäuse an dem Verbrennungsmotorzylinder montiert wird.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Technisches Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Verbrennungsdrucksensoren zur Verwendung in Verbrennungsmotoren und genauer gesagt auf einen Verbrennungsdrucksensor für die Erfassung eines Verbrennungsdrucks in einem Verbrennungsmotor wie beispielsweise einem Fahrzeug-Dieselverbrennungsmotor, der mit einer Glühkerzenfunktion für das Vorheizen eines Luft-Kraftstoff-Gemisches kombiniert ist.
2. Beschreibung des Standes der Technik
Im Stand der Technik wurde von Zeit zu Zeit der Versuch gemacht, einen Verbrennungsdrucksensor kombiniert mit einer Glühkerzenfunktion für einen Dieselverbrennungsmotor vorzusehen, wobei ein exemplarischer Aufbau in der japanischen Patentveröffentlichung Nr. 2005-90954 offenbart ist. Mit solch einem Aufbau des Verbrennungsdrucksensors sitzt ein Glühkerzenkörper einen oberen Abschnitt für die Verbindung mit einem Verbrennungsmotorkopf und einen unteren Abschnitt, der zu einer Verbrennungskammer eines Dieselverbrennungsmotors hin frei liegt. Der Glühkerzenkörper ist innen mit einer Heizstange versehen, wobei ein Film zwischen ein unteres Ende des oberen Körpers und dem oberen Bereich des unteren Abschnitts gesetzt ist. Der Film ist fest zwischen dem oberen Körper und dem unteren Abschnitt durch Laserschweißen so fixiert, dass er eine Wärme, die durch die Heizstange entwickelt wird, an den Glühkerzenkörper überträgt. Zusätzlich dazu garantiert der Film eine Erdungsverbindung, die für die Glühfunktion einer Druckglühkerze erforderlich ist, während ein gasdichter Abdichteffekt für die Verbindungsseite der Glühkerze beibehalten wird. Zusätzlich dazu besitzt der obere Körper des Glühkerzenkörpers die Verbindungsseite, deren Endfläche einen Drucksensor auf sich trägt. Der Drucksensor ist unter Aufbringung eines Vordrucks zwischen dem Glühkerzenkörper und einem Verbindungsrohr eingesetzt.
Zudem ist der Verbrennungsmotorkopf mit einem Innengewinde ausgebildet und der obere Körper des Glühkerzenkörpers besitzt einen Außenumfang, der mit einem Außengewinde ausgebildet ist. Wenn der Verbrennungsdrucksensor an dem Verbrennungsmotorkopf montiert wird, wird das Außengewinde des Glühkerzenkörpers so mit einem gasdichten Abdichteffekt in das Innengewinde des Verbrennungsmotorkopfes geschraubt, dass ein Entweichen des Verbrennungsdrucks durch einen Spalt zwischen dem Außenumfang des Glühkerzenkörpers und einer Innenwand einer Montagebohrung des Verbrennungsmotorkopfes blockiert wird. Zu dem wird ein körperfernes Ende des unteren Abschnitts des Glühkerzenkörpers durch die Verwendung eines metallischen Dichtungselements in engen Kontakt mit einer Kontaktfläche der Montagebohrung des Verbrennungsmotorkopfes gebracht.
Mit dem an dem Verbrennungsmotorkopf montierten Verbrennungsdrucksensor wirkt ein Verbrennungsdruck, der in einer Verbrennungskammer des Dieselverbrennungsmotors entsteht, so auf die Heizstange, dass diese dazu gebracht wird, sich in der axialen Richtung zu bewegen. Dies bringt den Film dazu, ein Kontaktrohr zu dem oberen Abschnitt hin zu bewegen. Solch eine axiale Bewegung wird an ein Spannelement übertragen, wodurch der Vordruck von dem Drucksensor genommen wird, der in einem vorangehenden Zustand auf diesen aufgebracht wird. In Folge der Wegnahme solch eines Vordrucks von dem Drucksensor kann der Drucksensor den Verbrennungsdruck so erfassen, so dass er eine Ausgabe erzeugt, die wiederum auf einen elektronischen Schaltkreis aufgebracht wird.
Mit dem Verbrennungsdrucksensor des vorstehend erläuterten Aufbaus tritt allerdings, wenn der Verbrennungsdrucksensor an dem Verbrennungsmotor montiert wird, eine Kontraktion an den Glühkerzenkörper in einer Form entlang seiner axialen Richtung auf. In diesem Moment bringt solch eine Kontraktion des Glühkerzenkörpers die Heizstange, die in einem Klebezustand mit dem Glühkerzenkörper über den Film gehalten wird, der eine Steifigkeit besitzt, dazu, sich relativ zu dem Glühkerzenkörper in ihrer axialen Richtung zu dem Drucksensor hin zu bewegen. In Folge des Auftretens solch einer axialen Bewegung, so dass eine Last auf den Drucksensor übertragen wird, ist der Drucksensor einer unerwünschten Last ausgesetzt. Dies führt zu einer Abweichung des Vordrucks, der auf den Drucksensor aufgebracht wird. Dies führt zu der Befürchtung, dass der anfänglich aufgebrachte Vordruck verändert wird, was zwangsläufig eine fehlerhafte Ausgabe erzeugt, die sich von einer korrekten Ausgabe unterscheidet.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung wurde unter Berücksichtigung des vorstehend Beschriebenen gemacht und hat die Aufgabe, einen Verbrennungsdrucksensor für einen Verbrennungsmotor vorzusehen, der eine Abweichung eines Vordrucks effektiv stark minimieren kann, die auftritt, wenn der Verbrennungsdrucksensor an dem Verbrennungsmotor so montiert wird, dass es einem Drucksensor ermöglicht wird, einen korrekten Verbrennungsdruck in einer sehr zuverlässigen Weise zu erzeugen.
Um die vorstehende Aufgabe zu lösen, sieht ein erster Aspekt der vorliegenden Erfindung einen Verbrennungsdrucksensor für einen Verbrennungsmotor mit einem Verbrennungsmotorkopf vor, der mit einer Verbrennungsmotorkammer und einer Durchgangsbohrung ausgebildet ist, die mit dieser in Verbindung steht, wobei der Verbrennungsdrucksensor ein Gehäuse, das daran angepasst ist, an der Durchgangsbohrung des Verbrennungsmotorkopf in einem gasdichten Aufbau montiert zu sein und innen einen hohlen Abschnitt hat, ein Übertragungselement, das gleitfähig in dem hohlen Abschnitt des Gehäuses angeordnet ist und einen Druckaufnahmeabschnitt hat, der zu der Verbrennungskammer hin für eine Aufnahme eines Verbrennungsdrucks so freiliegt, dass der Verbrennungsdruck, der mit dem Druckaufnahmeabschnitt aufgenommen wird, übertragen wird, einen Drucksensor, der zwischen dem Gehäuse und dem Übertragungselement montiert ist und mit einem Vordruck für das Erfassen einer Last beaufschlagt ist, die aus dem Verbrennungsdruck resultiert, der mit dem Übertragungselement aufgenommen wird, und ein Dichtungselement besitzt, das fest zwischen dem Gehäuse und dem Übertragungselement in einer gasdichten Beziehung so angeordnet ist, dass der Verbrennungsdruck, der in der Verbrennungskammer herrscht, davon abgehalten wird, in ein Inneres des Gehäuses einzudringen. Das Dichtungselement besitzt einen flexiblen Abschnitt, der so betätigbar ist, dass eine Schwankung der Last absorbiert, die auf den Drucksensor in Folge einer relativen Bewegung des Übertragungselements ausgeübt wird, die durch eine Kompressionskontraktion des Gehäuses verursacht wird, das ein Verbrennungsmotorkopf montiert ist.
Mit solch einem Aufbau dehnt sich, wenn der Druckaufnahmeabschnitt dem Verbrennungsdruck in dem Verbrennungsmotor ausgesetzt ist, der flexible Abschnitt des Dichtungselements so, dass er die Abweichung der Last absorbiert, die auf den Drucksensor in Folge der Bewegung des Übertragungselements einwirkt, die durch die Kompressionskontraktion des Gehäuses verursacht wird, die auftritt, wenn der Verbrennungsdrucksensor an dem Verbrennungsmotorkopf montiert ist.
Mit dem Verbrennungsdrucksensor des vorliegenden Ausführungsbeispiels kann das Dichtungselement einen zugewandten Abschnitt, der einem Außenumfang des Übertragungselements zugewandt ist, und sich parallel zu seiner Achse erstreckt, und einen orthogonalen ebenen Abschnitt besitzen, der sich rechtwinklig zu dem zugewandten Abschnitt erstreckt, wobei der flexible Abschnitt an dem zugewandten Abschnitt mit einer niedrigen Steifigkeit als der des orthogonalen ebenen Abschnitts ausgebildet ist.
Mit solch einem Aufbau bewegt sich während des Auftretens der Kompressionskontraktion des Gehäuses das Übertragungselement so, dass die Last in derselben Richtung erzeugt wird, in der sich der flexible Abschnitt des Dichtungselements dehnt. Zusätzlich dazu besitzt der zugewandte Abschnitt eine niedrige Steifigkeit als die des orthogonalen ebenen Abschnitts. Dies macht es möglich, dass er zugewandte Abschnitt des Dichtungselements zuverlässig die Abweichung der Last absorbiert, die auf den Drucksensor wirkt und aus der Bewegung des Übertragungselements resultiert.
Mit dem Verbrennungsdrucksensor des vorliegenden Ausführungsbeispiels kann der flexible Abschnitt vorzugsweise in einer gewellten Form ausgebildet sein.
Mit solch einem Aufbau ermöglicht das Ausbilden des flexiblen Abschnitts in der gewellten Form eine Verringerung der Steifigkeit des Dichtungselements, während eine Länge des flexiblen Abschnitts vergrößert wird. Dies macht es möglich, dass der flexible Abschnitt des Dichtungselements die Last, die auf den Drucksensor wirkt und durch die Bewegung des Übertragungselements erzeugt wird, zuverlässiger absorbiert.
Mit dem Verbrennungsdrucksensor des vorliegenden Ausführungsbeispiels kann das Dichtungselement vorzugsweise einen zugewandten Abschnitt, der einem Außenumfang des Übertragungselements zugewandt ist und sich parallel zu seiner Achse erstreckt, und einen orthogonalen ebenen Abschnitt besitzen, der sich rechtwinklig zu dem zugewandten Abschnitt erstreckt, wobei der flexible Abschnitt an dem orthogonalen ebenen Abschnitt ausgebildet ist und der orthogonale ebene Abschnitt eine niedrige Steifigkeit als die des zugewandten Abschnitts besitzt.
Mit solch einem Aufbau kann der flexible Abschnitt mit der niedrigen Steifigkeit zuverlässig die Last absorbieren, die auf den Drucksensor wirkt und aus der Bewegung des Übertragungselements in Folge der Kompressionskontraktion des Gehäuses resultiert. Zusätzlich dazu spielt der orthogonale ebene Abschnitt des Dichtungselements eine Rolle als ein Teil, das für das Gehäuse und das damit zu verbindende Übertragungselement benötigt wird, das heißt als ein unverzichtbares Teil. Das Ausbilden des flexiblen Abschnitts in solch einem Teil ermöglicht es, dass das Dichtungselement mit einer verringerten Körpergröße ausgebildet wird.
Mit dem Verbrennungsdrucksensor des vorliegenden Ausführungsbeispiels kann der flexible Abschnitt vorzugsweise in einer gewellten Form ausgebildet sein.
Mit solch einem Aufbau ermöglicht das Ausbilden des flexiblen Abschnitts in der gewellten Form eine Verringerung der Steifigkeit des Dichtungselements. Dies macht es möglich, dass der flexible Abschnitt des Dichtungselements zuverlässiger die nachteiligen Effekte absorbiert, die auf den Drucksensor einwirken und durch die Bewegung des Übertragungselements erzeugt werden.
Mit dem Verbrennungsdrucksensor des vorliegenden Ausführungsbeispiels kann das Übertragungselement zudem vorzugsweise ein Heizelement, das in dem Druckaufnahmeabschnitt für das Vorheizen eines Luft-Kraftstoff-Gemischs in der Verbrennungskammer angeordnet ist, und einen Leitungsdraht für das Zuführen von elektrischer Energie zu dem Heizelement besitzen.
Mit solch einem Aufbau, bei dem das Übertragungselement das Heizelement beinhaltet, das im Inneren des Druckaufnahmeabschnitts angeordnet ist, hat der Verbrennungsdrucksensor eine Glühkerzenfunktion, so dass er für einen Verbrennungsdrucksensor für einen Dieselverbrennungsmotor geeignet ist.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Längsschnittansicht, die einen Verbrennungsdrucksensor eines ersten Ausführungsbeispiels gemäß der vorliegenden Erfindung einem Zustand zeigt, in dem er an einem Verbrennungsmotorkopf eines Verbrennungsmotors angebaut ist.
2 ist eine Querschnittsansicht, die einen wesentlichen Teil eines Verbrennungsdrucksensors eines zweiten Ausführungsbeispiels gemäß der vorliegenden Erfindung in einem Zustand zeigt, in dem er an dem Verbrennungsmotorkopf eines Verbrennungsmotor angebaut ist.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Im Folgenden sind Verbrennungsdrucksensoren zahlreicher Ausführungsbeispiele gemäß der vorliegenden Erfindung im Detail unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Allerdings ist die vorliegende Erfindung nicht so auszulegen, dass sie auf die im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt ist, und die technischen Konzepte der vorliegenden Erfindung können in Kombination mit anderen bekannten Technologien oder einer Technologie, die äquivalente Funktionen zu den bekannten Technologien besitzt, kombiniert werden.
(erstes Ausführungsbeispiel)
Im Folgenden ist ein Verbrennungsdrucksensor 10 eines Ausführungsbeispiels gemäß der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die 1 im Detail beschrieben.
Die 1 ist eine Längsschnittansicht, die den Verbrennungsdrucksensor 10 des vorliegenden Ausführungsbeispiels in einen Zustand zeigt, in dem er an einem Verbrennungsmotorkopf 1 eines Dieselverbrennungsmotors montiert ist.
Wie dies in der 1 gezeigt ist, ist der Verbrennungsmotorkopf 1 mit einer Durchgangsbohrung 11 in Fließverbindung mit einer Verbrennungskammer des Dieselverbrennungsmotors ausgebildet. Die Durchgangsbohrung 11 besitzt einen inneren Bereich 1a, der mit einer ringförmigen verjüngten Schulter 13 in der Form eines gestuften Abschnitts ausgebildet ist, und einen äußeren Bereich 1b, der mit einem Innengewindeabschnitt 14 ausgebildet ist.
Im Folgenden ist ein Aufbau des Verbrennungsdrucksensors 10 im Detail unter Bezugnahme auf 1 beschrieben.
Der Verbrennungsdrucksensor 10 besitzt ein metallisches Gehäuse 2, das in der Durchgangsbohrung 11 des Verbrennungsmotorkopfes 1 ausgebildet ist. Das Gehäuse 2 besitzt einen im Wesentlichen zylindrischen Gehäusekörper 2a, in dem innen ein sich in axialer Richtung erstreckender hohler Abschnitt 21 ausgebildet ist. Der Gehäusekörper 2a besitzt ein vorderes Ende 2b, das mit einer verjüngten ringförmigen Schulter 22 ausgebildet ist, die in engem Kontakt mit der verjüngten ringförmigen Schulter 13 des Verbrennungsmotorkopfes 1 gehalten wird, und ein Basisende 2c, das entgegengesetzt zu der Verbrennungskammer 12 plaziert ist und einen Außenumfang besitzt, der mit einen Außengewindeabschnitt 23 ausgebildet ist, der sich im Schraubeingriff mit dem Innengewindeabschnitt 14 des Verbrennungsmotorkopfes 1 befindet.
Mit dem Außengewindeabschnitt 23 des Gehäusekörpers 2a, der in Schraubeingriff mit dem Innengewindeabschnitt 14 gehalten ist, wenn der Verbrennungsdrucksensor 10 an dem Verbrennungsmotorkopf 1 montiert ist, wirkt eine axiale Kraft auf das Gehäuse 2 und dem Verbrennungsmotorkopf 1.
Dies bringt den verjüngten Abschnitt 22 des Gehäusekörpers 2a und den verjüngten Abschnitt 13 des Verbrennungsmotorkopfes 1 dazu, so in festen engen Kontakt miteinander gebracht zu werden, dass sie einen metallenen Abdichteffekt vorsehen.
Mit dem Außengewindeabschnitt 23 und dem Innengewindeabschnitt 14, die in Schraubeingriff miteinander gehalten sind, während die verjüngte Schulter 22 des Gehäusekörpers 2a in engem Kontakt mit der verjüngten Schulter 13 des Verbrennungsmotorkörpers 1 gehalten wird, wird ein gasdichter Aufbau zwischen dem Gehäuse 2 des Verbrennungsdrucksensors 10 und dem Verbrennungsmotorkopf 1 vorgesehen. Dies blockiert ein Entweichen von Verbrennungsgas aus einem Spalt zwischen einen Innenumfang der Durchgangsbohrung 11 des Verbrennungsmotorkopfes 1 und einem Außenumfang des Gehäuses 2.
Der Gehäusekörper 2a besitzt einen äußeren Basisendabschnitt 2d, der entgegengesetzt zu der Verbrennungskammer 12 plaziert ist und mit einen hexagonalen Abschnitt 24 versehen ist, um es zu ermöglichen, dass ein Montagewerkzeug (nicht gezeigt) für das Montieren des Verbrennungsdrucksensors 10 an dem Verbrennungsmotorkopf 1 in einer leichten Art angesetzt werden kann. Der äußere Basisendabschnitt 2d besitzt einen sich in axialer Richtung erstreckenden zylindrischen Montageabschnitt 25 für das Umgreifen eines Drucksensors 6, der im Folgenden im Detail beschrieben ist.
Der hohle Abschnitt 21 des zylindrischen Körpers 2a besitzt einen vorderen Endabschnitt 21a und einen Basisendabschnitt 21b, die mit ringförmigen Vertiefungen 21c ausgebildet sind, in denen O-Ringe 4 aufgenommen sind. Die O-Ringe 4 stützen ein hohles Übertragungselement 3 gleitfähig, das aus wärmebeständigem Material wie beispielsweise Edelstahl ausgebildet ist und einen hohlen Abschnitt 3a besitzt. Das Übertragungselement 3 erstreckt sich axial durch den hohlen Abschnitt 21 des Gehäusekörpers 2a in so einer konzentrischen Beziehung zu dem Gehäuse 2, dass es in dem Gehäuse 2 axial gleitfähig ist.
Das Übertragungselement 3 besitzt eine mit einem Boden versehenen vorderen Endabschnitt 3a, der zu der Verbrennungskammer 12 hin so freiliegt, dass er eine Rolle als ein Druckaufnahmeabschnitt 31 spielt. Das Übertragungselement 3 besitzt einen Basisendabschnitt 3b, der mit einem sich radial erstreckenden scheibenartigen ringförmigen Flansch 32 ausgebildet ist, der in Kontakt mit einer Bodenfläche 25a des zylindrischen Montageabschnitts 25 gehalten wird.
Des Weiteren nimmt das Übertragungselement 3 ein Heizelement 5 in sich auf, das in dem Druckaufnahmeabschnitt 31 angeordnet ist. Das Heizelement 5, das aus Heizmaterial wie beispielsweise einem Nickelchromdraht oder desgleichen ausgebildet ist, besitzt ein Basisende, das elektrisch mit einem Leitungsdraht 51 verbunden ist. Der Leitungsdraht 51 erstreckt sich axial durch den hohlen Abschnitt 3a des hohlen Übertragungselements 3. Der Leitungsdraht 51 versorgt das elektrische Element 5 so mit elektrischer Energie, dass das Heizelement 5 dazu gebracht wird, eine Wärme für das Aufwärmen eines Luft-Kraftstoff-Gemischs in der Verbrennungskammer 12 während des Starts des Dieselverbrennungsmotors zu entwickeln, wodurch eine Glühkerzenfunktion ausgeführt wird. Das Heizelement 5 besitzt ein vorderes Ende 5a, das an einem inneren Boden des Druckaufnahmeabschnitts 31 des Übertragungselements 3 durch Schweißen fixiert ist.
Der Drucksensor 6 dient dazu, eine mikroskopische Verschiebung des Übertragungselements 3 zu erfassen, die aus dem Verbrennungsdruck in der Verbrennungskammer 12 resultiert. An diesem Ende ist der Drucksensor 6 in dem Montageabschnitt 25 des Gehäuses 2 angeordnet, wobei ein Vordruck zwischen das Gehäuse 2 und das Übertragungselement 3 aufgebracht wird. Zum Beispiel besitzt der Drucksensor 6 eine Beabstandungsmanschette 72, durch die sich ein hinteres Ende eines Basisendabschnitts 51a des Leitungsdrahts 51 axial erstreckt, ein piezoelektrisches Element 61, das an der Beabstandungsmanschette 72 getragen wird und in dem Montageabschnitt 25 angeordnet ist, ein Paar von positiven und negativen Elektroden 62, 63, die an der Beabstandungsmanschette 72 so getragen werden, dass sie das piezoelektrische Element 61 in dem Montageabschnitt 25 zwischen sich nehmen, und ein Paar von äußersten Isolatoren 64, 65, die an der Beabstandungsmanschette 72 getragen werden und in dem Montageabschnitt 25 jeweils an beiden Seiten der Elektroden 63, 62 angeordnet sind.
Ein Druckaufbringungselement 7 ist fest an der Beabstandungsmanschette 72 gesichert und besitzt einen Außenumfang, der mit einem Außengewinde 71 ausgebildet ist. Das Außengewinde 71 des Druckaufbringungselements 7 ist in ein Innengewinde 26 geschraubt, das so an einem Innenumfang eines Basisendes 25b des Montageabschnitts 25 geschraubt ist, dass es an einer festen Stelle unter einem Vordruck plaziert ist, der zwischen dem Gehäuse 2 und dem Übertragungselement 3 aufgebracht wird.
Mit solch einem Schraubeingriff zwischen dem Außengewinde 71 und dem Innengewinde 26 ermöglicht das Druckaufbringungselement 7 den Isolatoren 65, der Elektrode 62, dem piezoelektrischen Keramikelement 61, der Elektrode 64, den Isolatoren 64 und dem ringförmigen Flansch 32 des Übertragungselements 3, dass sie so in einen Druckkontakt mit der Bodenfläche 25a des Montageabschnitts 25 gezwungen werden, dass der Vordruck gegen das piezoelektrische Keramikelement 61 aufgebracht wird. Dies ist der Fall, da der Vordruck, der auf das piezoelektrische Keramikelement 61 aufgebracht wird, verhindert, dass ein feiner Spalt zwischen dem Druckaufbringungselement 7 und der Bodenfläche 25a des Montageabschnitts 25 erzeugt wird, während eine Last sichergestellt wird, die aus einem Verbrennungsdruck resultiert, der auf den Druckaufnahmeabschnitt 31 des Übertragungselements 3 wirkt, so dass er direkt durch das Übertragungselement 3 auf das piezoelektrische Keramikelement 61 übertragen wird.
Zudem erstreckt sich die Isolations-Beabstandungsmanschette 71 axial so durch das piezoelektrische Keramikelement 61, die Elektroden 62, 64 und die Isolatoren 64, 65, dass diese Bauteile konzentrisch zueinander an einer mittleren Position ausgerichtet sind, während eine elektrische Isolation relativ zu dem Leitungsdraht 51 vorgesehen wird.
Ein Dichtungselement 8, das aus Metall wie beispielsweise Edelstahl oder desgleichen gemacht ist, hat ein Ende, das fest an einer vorderen Endfläche 2ba des Gehäuses 2 durch Laserschweißen befestigt ist, und das andere Ende ist fest an einem Außenumfang des Druckaufnahmeabschnitts 31 des hohlen Übertragungselements 3 durch Laserschweißen befestigt. Somit sieht das Dichtungselement 8 einen hermetischen Abdichteffekt zwischen der Verbrennungskammer 12 und dem Inneren des Verbrennungsdrucksensors 10 vor. Daher dringt kein Verbrennungsgas von der Verbrennungskammer 12 in den hohlen Abschnitt 21 des Gehäuses ein, während es ermöglicht wird, dass das Übertragungselement 3 in einer axialen Richtung gleitet.
Das Dichtungselement 8 besitzt einen zugewandten Abschnitt 81, der sich entlang des Außenumfangs des Druckaufnahmeabschnitts 31 des Übertragungselements 3 in seiner axialen Richtung erstreckt, und einen orthogonal ebenen Abschnitt 82, der in einer ringförmigen Flanschform ausgebildet ist und sich rechtwinklig zu der Achse des zugewandten Abschnitts 81 erstreckt. Der zugewandte Abschnitt 81 besteht aus einem flexiblen Abschnitt 81a mit einer verringerten Steifigkeit in der Form einer Wellenform im Querschnitt.
Obwohl dies in der Zeichnung nicht gezeigt ist, besitzt der flexible Abschnitt 81a zahlreiche Täler, deren Innenumfänge sich außer Kontakt mit dem Außenumfang des Übertragungselements 3 befinden, wobei ein Spalt mit geringer Breite zwischen dem Innenumfang des Tals des gewellten Abschnitts 81a und dem Außenumfang des Übertragungselements 3 belassen wird. Mit dem flexiblen Abschnitt 81a, der sich entlang der axialen Richtung des Übertragungselements 3 erstreckt und eine niedrige Steifigkeit besitzt, kann sich der flexible Abschnitt 81a in der selben axialen Richtung bewegen, in der sich das Übertragungselement 3 bewegt. Dies macht es möglich, dass sich der flexible Abschnitt 81a mit der axialen Bewegung des Übertragungselements 3 axial dehnt, um dadurch die Lastabweichung zu absorbieren, die auf den Drucksensor wirkt und auftritt, wenn der Verbrennungsdrucksensor 10 an dem Verbrennungsmotorkopf 1 montiert ist.
Mit solch einem Aufbau des vorstehend dargelegten vorliegenden Ausführungsbeispiels ist der Verbrennungsdrucksensor 10 an dem Verbrennungsmotorkopf des Dieselverbrennungsmotors unter einem Vordruck montiert, der auf den Drucksensor 6 ausgeübt wird. Wenn das Gehäuse 2 an dem Verbrennungsmotorkopf 1 angeschraubt und festgezogen wird, wird eine Kompressionskraft zwischen dem verjüngten Abschnitt 22 des Gehäuses 2, der an seinem körperfernen Ende 2b ausgebildet ist, und dem Außengewindeabschnitt 23 aufgebracht, der an dem Basisende 2c des Gehäuses 2 ausgebildet ist. Dies bringt das Metallgehäuse 2 dazu, axial zu der Verbrennungskammer 12 hin zusammengezogen zu werden. Somit bewegen sich der Drucksensor 6 und das Übertragungselement 3 auch einheitlich zu der Verbrennungskammer 12 hin.
Das Dichtungselement 8 ist fest an sowohl dem Gehäuse 2 als auch dem Übertragungselement 3 gesichert und besteht aus dem flexiblen Abschnitt 81a mit einer niedrigen Steifigkeit. Dies macht es möglich, dass der flexible Abschnitt 81a axial zu der Verbrennungskammer 12 hin in einem deformierten Zustand im Ansprechen auf die axiale Bewegung des Übertragungselements 3 zu der Verbrennungskammer 12 hin dehnbar ist. Somit ist der flexible Abschnitt 81a dazu verfügbar, sich mit der Bewegung des Übertragungselements 3 zu der Verbrennungskammer 12 hin in der axialen Richtung zu dehnen. Dies macht es möglich, dass sich das Übertragungselement 3 in einer Phase des Montierens des Gehäuses 2 an einem Verbrennungsmotorkopf 1 zu der Verbrennungskammer 12 hin bewegt.
Dementsprechend absorbiert der flexible Abschnitt 81a einen nachteiligen Effekt, der aus der Kontraktion des Gehäuses 2 resultiert, die verursacht wird, wenn das Gehäuse 3 an dem Verbrennungsmotorkopf 1 mit einer großen Kraft festgezogen wird. Das heißt, der flexible Abschnitt 81a absorbiert eine Last, die auf den Drucksensor 6 in Folge der axialen Bewegung des Übertragungselements 3 zu der Verbrennungskammer 12 hin wirken würde und aus der Kompressionskontraktion des Gehäuses 2 resultiert, wenn es an den Verbrennungsmotorkopf 1 montiert wird. Somit wird annähernd keine Kraft an den Drucksensor 6 übertragen, wodurch eine erhebliche Verringerung der Schwankung (unter Druck) des Vordrucks erreicht wird, der auf den Drucksensor 6 ausgeübt wird. Somit kann der Verbrennungsdrucksensor 10 ein Ausgabesignal mit hoher Genauigkeit erzeugen.
Zusätzlich dazu besitzt das Dichtungselement 8 den zugewandten Abschnitt 81, der aus dem flexiblen Abschnitt 81a besteht, der in einem gewellten Aufbau ausgebildet ist und sich so entlang des Außenumfangs der Übertragungselements 3 erstreckt, dass er sich mit der axialen Bewegung des Übertragungselements 3 leicht dehnt. Sogar dann, wenn eine Last auf den Drucksensor 6 in Folge der axialen Bewegung des Übertragungselements 3 wirkt, die relativ zu dem Drucksensor 6 erzeugt wird, wenn das Gehäuse 2 die Kompressionskontraktion während einer Phase des Montierens des Verbrennungsdrucksensors 10 an dem Verbrennungsmotorkopf 1 trägt, kann sich die gewellte Ausbildung des flexiblen Abschnitts 81 so dehnen, dass es dem Dichtungselement 8 ermöglicht wird, diese Last zu absorbieren. Dies verringert eine unerwünschte Last (Kompressionsdruck) erheblich, die auf den Drucksensor 6 im Übermaß aufgebracht wird, was es ermöglicht, dass der Drucksensor 6 eine Ausgabe mit hoher Präzision erfasst.
Mit dem Verbrennungsdrucksensor 10 des vorliegenden Ausführungsbeispiels nimmt das Übertragungselement 3 die Heizspule 5 und den Leitungsdraht 51 innerlich auf, durch den elektrische Energie zu dem Heizelement 5 zugeführt wird. Dies ermöglicht, dass elektrischer Strom durch den Leitungsdraht 51 zu der Heizspule 5, dem Druckaufnahmeabschnitt 31 des Übertragungselements 3, dem Dichtungselement 8, dem Gehäuse 2 und dem Verbrennungsmotorkopf 1 fließt. Somit wird die Heizspule aufgewärmt, was es möglich macht, dass die Verbrennungskammer 12 des Verbrennungsmotors aufgewärmt wird, die in einer kalten Jahreszeit oder desgleichen bei niedrigen Temperaturen arbeitet.
Die 2 ist eine ausschnittartige Längsschnittansicht, die einen wesentlichen Teil eines Verbrennungsdrucksensors 10A eines zweiten Ausführungsbeispiels gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt, wobei der Verbrennungsdrucksensor 10A an dem Verbrennungsmotorkopf 1 montiert ist.
Der Verbrennungsdrucksensor 10A des zweiten Ausführungsbeispiels unterscheidet sich von dem Verbrennungsdrucksensors 10 des ersten Ausführungsbeispiels nur hinsichtlich eines Dichtungselements 8A. Somit tragen dieselben Bauteile des Verbrennungsdrucksensors 10A des vorliegenden Ausführungsbeispiels dieselben Bezugszeichen wie die des ersten Ausführungsbeispiels und eine Beschreibung erfolgt mit einem Fokus auf den unterschiedlichen Punkten liegend.
Mit dem Verbrennungsdrucksensor 10 des zweiten Ausführungsbeispiels besitzt das Abdichtungselement 8A einen zylindrischen Hülsenabschnitt 81A, der fest an dem Außenumfang des Druckaufnahmeabschnitts des Übertragungselements 3 durch Laserschweißen befestigt ist, und einen orthogonalen ebenen Abschnitt 82, der einen flexiblen Abschnitt 82a in der Form eines gewellten Aufbaus besitzt, der fest an der Endfläche 2b des Gehäuses 2 befestigt ist. Der flexible Abschnitt 82a besitzt eine niedrige Steifigkeit und arbeitet auf dieselbe Weise wie der flexible Abschnitt 81a des Dichtungselements 8 des ersten Ausführungsbeispiels.
Mit dem Verbrennungsdrucksensor 10A des zweiten Ausführungsbeispiels besitzt das Dichtungselement 8A den orthogonalen Abschnitt 82, der aus dem flexiblen Abschnitt 82a besteht. Sogar mit solch einem Aufbau ist der flexible Abschnitt 82a so betätigbar, dass er sich streckt, um dadurch eine Last zu absorbieren, die auf den Drucksensor 6 wirkt und durch die Bewegung des Übertragungselements 3 verursacht wird, die relativ zu dem Drucksensor 6 in Folge der Kompressionskontraktion des Gehäuses 2 verursacht wird, die verursacht wird, wenn das Gehäuse 2 an den Verbrennungsmotorkopf 1 montiert wird. Dies führt zu einer erheblichen Verringerung der Schwankung des Vordrucks, der auf den Drucksensor 6 ausgeübt wird, was es ermöglicht, dass der Verbrennungsdrucksensor 10A eine Ausgabe des Verbrennungsdrucks mit einer hohen Genauigkeit erfasst. Zudem dient der orthogonale Abschnitt 82 als ein wesentlicher Teil des Dichtungselements 8A. Somit kann der orthogonale Abschnitt 82 aus dem flexiblen Abschnitt 82a bestehen, ohne den orthogonalen Abschnitt 82 dazu zu bringen, sich in der Größe des Dichtungselements 8A in einer orthogonalen Richtung zu vergrößern. Zusätzlich dazu kann mit dem orthogonalen Abschnitt 82a, der in dem flexiblen Abschnitt 82a mit niedriger Steifigkeit ausgebildet ist, der flexible Aufbau 82a in einem größeren Maß verformt werden.
Sogar dann, wenn die Last auf den Drucksensor 6 in Folge der axialen Bewegung des Übertragungselements 3 wirkt, die relativ zu dem Drucksensor 6 in Folge der Kompressionskontraktion des Gehäuses 2 verursacht wird, wenn es an dem Verbrennungsmotorkopf 1 montiert wird, kann sich der gewellte Aufbau des flexiblen Abschnitts 82a daher leicht so dehnen, dass er es dem Dichtungselement 8A ermöglicht, diese Last zu absorbieren. Dies verringert eine unerwünschte Last (Kompressionsdruck) erheblich, die im Übermaß auf einen Drucksensor 6 aufgebracht wird, was es möglich macht, dass der Drucksensor 6 eine Ausgabe mit hoher Genauigkeit erfasst.
Die Verbrennungsdrucksensoren 10, 10A des ersten und des zweiten Ausführungsbeispiels sind in ihren Aufbauten exemplarisch dargestellt, wobei die Dichtungselemente 8, 8A fest an den vorderen Endabschnitten 2b der Gehäuse 2 gesichert sind. Somit sind die Verbrennungsdrucksensoren 8, 8A, die jeweils das Dichtungselement besitzen, das an dem Gehäuse 2 fixiert ist, in solch einem exemplarisch dargestellten Aufbau eingebaut, in dem das Übertragungselement 3 die größte Kompressionskontraktion besitzt, wenn die Gehäuse 2 an den Verbrennungsmotorzylindern 1 montiert werden.
Allerdings ist die vorliegende Erfindung nicht auf solche besonderen Aufbauten beschränkt und kann auf zahlreiche Arten und Weisen verwendet werden. Zum Beispiel kann die vorliegende Erfindung auf einen Verbrennungsdrucksensor angewendet werden, so dass das Abdichtelement fest an einer weiteren Position (wie beispielsweise einer mittleren Position) des Gehäuses 2 gesichert ist, wobei ein ähnlicher Vorteil erzielt wird. Zusätzlich dazu wurden die flexiblen Abschnitte 81a, 82a der Abdichtelemente 8, 8A unter Bezugnahme auf die Aufbauten beschrieben, wie sie auf den zugewandten Abschnitt 81 bei dem ersten Ausführungsbeispiel und den orthogonalen Abschnitt 82 bei dem zweiten Ausführungsbeispiel angewendet wurden. Allerdings kann sowohl der zugewandte Abschnitt 81 als auch der orthogonale Abschnitt 82 den flexiblen Abschnitt besitzen, falls dies gewünscht ist.
Während die spezifischen Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung im Detail beschrieben wurden, ist die vorliegende Erfindung nicht auf die besonderen veranschaulichten Aufbauten der Gassensoren der zahlreichen Ausführungsbeispiele beschränkt, die vorstehend beschrieben wurden, vorausgesetzt, dass die Messgasseite die Lösung der Aufgabe der vorliegenden Erfindung abdeckt. Es wird durch den Fachmann angenommen, dass zahlreiche Abwandlungen und Alternativen zu diesen Details im Lichte der Gesamtlehre der Offenbarung entwickelt werden können.
Ein Verbrennungsdrucksensor für das Erfassen eines Verbrennungsdrucks in einer Verbrennungskammer eines Verbrennungsmotors ist so offenbart, dass er ein Gehäuse, das an einen Verbrennungsmotorkopf in einem gasdichten Aufbau montiert ist, einen Drucksensor, der an dem Gehäuse an einem Basisendabschnitt von diesem getragen wird, ein Übertragungselement, das einen Druckaufnahmeabschnitt besitzt, der zu der Verbrennungskammer hin so freiliegt, dass er axial in dem Gehäuse so gleitfähig ist, dass er einen Verbrennungsdruck von der Verbrennungskammer zu dem Drucksensor überträgt, und ein Abdichtelement besitzt, das zwischen dem Druckaufnahmeabschnitt des Übertragungselements und dem Gehäuse in einem gasdichten Abdichtaufbau so angeordnet ist, dass er ein Eindringen von Verbrennungsgas von der Verbrennungskammer in das Gehäuse verhindert. Das Abdichtelement besitzt einen flexiblen Abschnitt mit niedriger Steifigkeit, der sich dehnen und eine Last absorbieren kann, die auf den Drucksensor wirkt, wenn das Gehäuse an dem Verbrennungsmotorzylinder montiert wird.

Claims

Verbrennungsdrucksensor für einen Verbrennungsmotor mit einem Verbrennungsmotorkopf, der mit einer Verbrennungsmotorkammer und einer Durchgangsbohrung ausgebildet ist, die mit dieser in Verbindung steht, wobei der Verbrennungsdrucksensor folgendes besitzt: ein Gehäuse, das daran angepasst ist, an der Durchgangsbohrung des Verbrennungsmotorkopfes in einem gasdichten Aufbau montiert zu sein, und einen hohlen Abschnitt in sich besitzt; ein Übertragungselement, das gleitfähig in dem hohlen Abschnitt des Gehäuses angeordnet ist und einen Druckaufnahmeabschnitt besitzt, der zu der Verbrennungskammer hin für das Aufnehmen eines Verbrennungsdrucks so freiliegt, dass es ermöglicht wird, dass der Verbrennungsdruck, der mit dem Druckaufnahmeabschnitt aufgenommen wird, übertragen wird; einen Drucksensor, der zwischen dem Gehäuse und dem Übertragungselement montiert ist und mit einem Vordruck für das Erfassen einer Last beaufschlagt ist, die aus dem Verbrennungsdruck resultiert, der mit dem Übertragungselement aufgenommen wird; und ein Dichtungselement, das fest zwischen dem Gehäuse und dem Übertragungselement in einer gasdichten Beziehung so angeordnet ist, dass verhindert wird, dass der in der Verbrennungskammer herrschende Verbrennungsdruck in ein Inneres des Gehäuses eindringt; wobei das Dichtungselement einen flexiblen Abschnitt besitzt, der so tätig ist, dass er eine Schwankung der Last absorbiert, die auf den Drucksensor in Folge der relativen Bewegung des Übertragungselements verursacht wird, die durch eine Kompressionskontraktion des Gehäuses verursacht wird, das an dem Verbrennungsmotorkopf montiert ist.
Verbrennungsdrucksensor für einen Verbrennungsmotor gemäß Anspruch 1, wobei: das Dichtungselement einen zugewandten Abschnitt, der einen Außenumfang des Übertragungselements zugewandt ist und sich parallel zu seiner Achse erstreckt, und einen orthogonalen ebenen Abschnitt besitzt, der sich rechtwinklig zu dem zugewandten Abschnitt erstreckt; wobei der flexible Abschnitt an dem zugewandten Abschnitt mit einer niedrigen Steifigkeit als der des orthogonalen ebenen Abschnitts ausgebildet ist.
Verbrennungsdrucksensor für einen Verbrennungsmotor gemäß Anspruch 1, wobei: der flexible Abschnitt in einer gewellten Form ausgebildet ist.
Verbrennungsdrucksensor für einen Verbrennungsmotor gemäß Anspruch 1, wobei: das Abdichtelement einen zugewandten Abschnitt besitzt, der einem Außenumfang des Übertragungselement zugewandt ist und sich parallel zu seiner Achse erstreckt, und einen orthogonalen ebenen Abschnitt, der sich rechtwinklig zu dem zugewandten Abschnitt erstreckt; wobei der flexible Abschnitt an dem orthogonalen ebenen Abschnitt ausgebildet ist und der orthogonale ebene Abschnitt eine niedrige Steifigkeit als die des zugewandten Abschnitts besitzt.
Verbrennungsdrucksensor für einen Verbrennungsmotor gemäß Anspruch 1, wobei: der flexible Abschnitt in einer gewellten Form ausgebildet ist.
Verbrennungsdrucksensor für einen Verbrennungsmotor gemäß Anspruch 1, wobei: das Übertragungselement zudem ein Heizelement, das im Inneren des Druckaufnahmeabschnitts für das Vorheizen eines Luft-Kraftstoff-Gemischs in der Verbrennungskammer angeordnet ist, und einen Leitungsdraht für das Zuführen elektrischer Energie zu dem Heizelement besitzt.
Verbrennungsdrucksensor für einen Verbrennungsmotor gemäß Anspruch 1, wobei: das Gehäuse einen Gehäusekörper besitzt, der ein Basisende hat, das mit einem Montageabschnitt für das Umgreifen des Drucksensors ausgebildet ist.
Verbrennungsdrucksensor für einen Verbrennungsmotor gemäß Anspruch 7, wobei: der Drucksensor ein piezoelektrisches Element, das in dem Montageabschnitt des Gehäusekörpers angeordnet ist, ein Paar von positiven und negativen Elektroden, die in dem Montageabschnitt des Gehäusekörpers so angeordnet sind, dass sie das piezoelektrische Element zwischen sich haben, und ein Druckbeaufschlagungselement besitzt, das fest durch den Montageabschnitt des Gehäusekörpers gestützt ist und mit dem Übertragungselement so verbunden ist, dass es den Verbrennungsdruck an das piezoelektrische Element überträgt.
Verbrennungsdrucksensor für einen Verbrennungsmotor gemäß Anspruch 8, wobei: der Drucksensor zudem eine Beabstandungsmanschette besitzt, die sich durch das Paar von positiven und negativen Elektroden und das piezoelektrische Element erstreckt und fest mit dem Druckaufbringungselement verbunden ist.
Verbrennungsdrucksensor für einen Verbrennungsmotor gemäß Anspruch 1, wobei: die Durchgangsbohrung des Verbrennungsmotorkopfes im Wesentlichen einen zylindrischen Querschnitt besitzt und ein vorderes Ende hat, das mit einer ringförmigen verjüngten Schulter ausgebildet ist; und das Gehäuse einen im Wesentlichen zylindrischen Gehäusekörper besitzt, der ein vorderes Ende hat, der mit einer verjüngten ringförmigen Schulter ausgebildet ist, die daran angepasst ist, in engem Kontakt mit der verjüngten ringförmigen Schulter des Verbrennungsmotorkopfes gehalten zu werden.
Verbrennungsdrucksensor für einen Verbrennungsmotor gemäß Anspruch 1, wobei: der Gehäusekörper eine vordere Endfläche besitzt, die in direkter Nachbarschaft zu der verjüngten ringförmigen Schulter des zylindrischen Gehäusekörpers angeordnet ist; wobei das Abdichtelement einen gewellten flexiblen Abschnitt, von dem ein Ende mit dem Druckaufnahmeabschnitt des Übertragungselements verbunden ist, und einen orthogonal ebenen Abschnitt besitzt, der mit dem anderen Ende des gewellten flexiblen Abschnitts verbunden ist und fest an der vorderen Endfläche des Gehäusekörpers gesichert ist; und wobei der gewellte flexible Abschnitt eine niedrige Steifigkeit als die des orthogonal ebenen Abschnitts besitzt.
Verbrennungsdrucksensor für einen Verbrennungsmotor gemäß Anspruch 1, wobei: der Gehäusekörper eine vordere Endfläche besitzt, die in direkter Nachbarschaft zu der verjüngten ringförmigen Schulter des zylindrischen Gehäusekörpers angeordnet ist; wobei das Abdichtelement einen zylindrischen Hülsenabschnitt, der an einem Außenumfang des Druckaufnahmeabschnitts des Übertragungselements fest befestigt ist, und einen gewellten orthogonalen ebenen Abschnitt besitzt, der fest an der vorderen Endfläche des Gehäusekörpers befestigt ist; und wobei der gewellte orthogonale ebene Abschnitt eine niedrige Steifigkeit als die des zylindrischen Hülsenabschnitts besitzt.
Verbrennungsdrucksensor für einen Verbrennungsmotor gemäß Anspruch 9, wobei: das Übertragungselement des Weiteren ein Heizelement, das im Inneren des Druckaufnahmeabschnitts für das Vorheizen eines Luft-Kraftstoff-Gemischs in der Verbrennungskammer angeordnet ist, und einen Leitungsdraht für das Zuführen von elektrischer Energie zu dem Heizelement besitzt; und wobei sich der Leitungsdraht durch die Beabstandungsmanschette erstreckt und in einer gasdichten Beziehung gehalten ist.