DE102007034756B4

DE102007034756B4 - Temperaturerfassungsvorrichtung und Kombination dieser

Info

Publication number: DE102007034756B4
Application number: DE102007034756A
Authority: DE
Inventors: Inao Kariya Toyoda; Yukihiro Kariya Katoh
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2006-07-26
Filing date: 2007-07-25
Publication date: 2009-04-16
Anticipated expiration: 2027-07-26
Also published as: US20080025373A1; US7540658B2; DE102007034756A1; JP2008032419A; JP4760590B2

Abstract

Temperaturerfassungsvorrichtung (10) mit:
– einer Wärmeaufnahmeplatte (11), die einem atmosphärischen Gas ausgesetzt ist, um sich in Übereinstimmung mit einer Temperatur des atmosphärischen Gases auszudehnen und zusammenzuziehen, und an ihrem Randabschnitt festgehalten wird, um eine Verschiebung eines mittleren Abschnitts, der von dem Randabschnitt umgeben wird, in ihrer Dickenrichtung bezüglich des Randabschnitts in Übereinstimmung mit der Temperatur des atmosphärischen Gases zu erzeugen;
– einem Verschiebungsübertragungsteil (13), das in Übereinstimmung mit der Verschiebung des mittleren Abschnitts der Wärmeaufnahmeplatte (11) verschoben wird;
– einem Verformungsteil (12c), das durch eine Verschiebung des Verschiebungsübertragungsteils (13) verformt wird;
– einem Verformungserzeugungsteil (12), das einen Abstand zwischen dem Randabschnitt der Wärmeaufnahmeplatte (11) und dem Verformungsteil (12c) hält; und
– einem Verschiebungserfassungsteil (14), das eine Verformung des Verformungsteils (12c) erfasst und ein die Verformung des Verformungsteils (12c) beschreibendes elektrisches Signal ausgibt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Temperaturerfassungsvorrichtung und eine Kombination dieser zur Erfassung einer Temperatur eines atmosphärischen Gases.
Es besteht Bedarf daran, den Kraftstoffverbrauch von Fahrzeugmotoren zur Verringerung der Umweltbelastung zu verbessern. Wenn dieses Ziel erreicht werden soll, muss der Motor exakt gesteuert werden, indem der Kraftstoffverbrennungszustand in den Motorzylindern erfasst und an die Kraftstoffverbrennungssteuerung zurückgeführt wird. Der Kraftstoffverbrennungszustand im Motorzylinder kann wirksam über eine Erfassung der Gastemperatur in den Motorzylindern erfasst werden.
Die JP-H5-172649-A offenbart einen Thermistor (Heißleiter) als Temperaturerfassungsvorrichtung zur Erfassung einer Temperatur eines atmosphärischen Gases. Der Thermistor ist derart aufgebaut, dass der den Thermistor aufweisende Chip eine Glasversiegelung aufweist, um eine Oxidation zu verhindern.
Wenn ein Temperatursensor mit solch einem Thermistor aufgebaut wird, fällt der den Thermistor aufweisende Chips mit 0.5 bis 1 mm jedoch verhältnismäßig groß aus. Ferner weist der den Thermistor aufweisende Chip, auf welchen die Glasversiegelung angewandt wird, eine verhältnismäßig hohe Wärmekapazität auf. Folglich weist der Temperatursensor ein langsames Ansprechverhalten auf eine schnelle Änderung der Gastemperatur auf. Folglich kann der die vorstehend beschriebene Temperaturerfassungsvorrichtung aufweisende Temperatursensor nicht schnell auf eine schnelle Änderung der Gastemperatur im Motorzylinder, der einen Einlasstakt, eine Kompression, eine Verbrennung und eine Absaugung bei einer Drehzahl von beispielsweise 800 bis 7000 U/min wiederholt, reagieren.
Weitere Temperaturerfassungsvorrichtungen sind aus der DE1 573 344 , der DE 75 31 355 U1 , der DE 40 29 351 A1 und der DE 1 648 267 A bekannt.
Es ist folglich Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Temperaturerfassungsvorrichtung und eine Kombination dieser mit einem guten Ansprechverhalten auf eine schnelle Temperaturänderung bereitzustellen.
Die Temperaturerfassungsvorrichtung weist eine Wärmeaufnahmeplatte, ein Verschiebungsübertragungsteil, ein Verformungsteil, ein Verformungserzeugungsteil und ein Verschiebungserfassungsteil auf. Die Wärmeaufnahmeplatte wird einem atmosphärischen Gas ausgesetzt, um sich in Übereinstimmung mit einer Temperatur des atmosphärischen Gases auszudehnen und zusammenzuziehen. Die Wärmeaufnahmeplatte wird an ihrem Randabschnitt festgehalten, um eine Verschiebung eines mittleren Abschnitts, der von dem Randabschnitt umgeben wird, in ihrer Dickenrichtung bezüglich des Randabschnitts in Übereinstimmung mit der Temperatur des atmosphärischen Gases zu erzeugen. Das Verschiebungsübertragungsteil wird in Übereinstimmung mit der Verschiebung des mittleren Abschnitts der Wärmeaufnahmeplatte verschoben. Das Verformungsteil wird durch eine Verschiebung des Verschiebungsübertragungsteils verformt. Das Verformungserzeugungsteil hält einen Abstand zwischen dem Randabschnitt der Wärmeaufnahmeplatte und dem Verformungsteil. Das Verschiebungserfassungsteil erfasst eine Verformung des Verformungsteils und gibt ein die Verformung des Verformungsteils beschreibendes elektrisches Signal aus.
Weitere Aufgaben, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung, die unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung gemacht wurde, näher ersichtlich sein. In der Zeichnung zeigt:
1 eine Längsschnittansicht einer Temperaturerfassungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 eine Längsschnittansicht eines Temperatursensors mit der Temperaturerfassungsvorrichtung der ersten Ausführungsform;
3 eine Teillängsschnittansicht einer Temperaturerfassungsvorrichtung ge mäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
4 eine Teillängsschnittansicht einer Temperaturerfassungsvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der eine Wärmeaufnahmeplatte aus einer Bimetallplatte gebildet ist;
5A eine Teillängsschnittansicht einer Temperaturerfassungsvorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei welcher die Temperaturerfassungsvorrichtung ein ihre Innenseite mit ihrer Außenseite verbindendes Verbindungsloch aufweist;
5B eine weitere Teillängsschnittansicht der Temperaturerfassungsvorrichtung der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei welcher die Temperaturerfassungsvorrichtung das Verbindungsloch an einer anderen Stelle aufweist;
6 eine Längsschnittansicht einer Kombination von Temperaturerfassungsvorrichtungen gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
7 eine Teillängsschnittansicht einer Temperaturerfassungsvorrichtung gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Nachstehend werden Temperaturerfassungsvorrichtungen und eine Kombination der Temperaturerfassungsvorrichtungen gemäß verschiedener Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben. In jeder der Ausführungsformen ist die Temperaturerfassungsvorrichtung in einen Temperatursensor integriert, der an einem Fahrzeugmotor angebracht ist, um die Gastemperatur in einem Motorzylinder zu erfassen. In der Zeichnung sind einige Teile der Temperaturerfassungsvorrichtung zur Beschreibung dieser überspitzt dargestellt.
(Erste Ausführungsform)
[Aufbau der Temperaturerfassungsvorrichtung]
Eine Temperaturerfassungsvorrichtung 10 der ersten Ausführungsform ist, wie in 1 gezeigt, im Wesentlichen aus einer Wärmeaufnahmeplatte 11, einem Verformungserzeugungsteil 12, einem Verschiebungsübertragungsteil 13 und einer Dehnungserfassungsvorrichtung 14 aufgebaut. Die Wärmeaufnahmeplatte 11 ist als dünne plattenähnliche Form ausgebildet, um an ihrem mittleren Abschnitt eine Verschiebung in ihrer Dickenrichtung zu erzeugen, die mit einer Änderung der Gastemperatur übereinstimmt. Das Verformungserzeugungsteil 12 ist rohrförmig mit einem Bodenabschnitt 12a an seinem einen axialen Ende ausgebildet. Die Wärmeaufnahmeplatte 11 ist an einem offenen Ende 12e des Verformungserzeugungsteils 12 befestigt. Das Verschiebungsübertragungsteil 13 wird zwischen dem mittleren Abschnitt der Wärmeaufnahmeplatte 11 und einer in dem Bodenabschnitt 12a des Verformungserzeugungsteils 12 gebildeten Membran 12c gestützt, um die Verschiebung des mittleren Abschnitts der Wärmeaufnahmeplatte 11 auf die Membran 12c zu übertragen. Die Dehnungserfassungsvorrichtung 14 erfasst eine Verformung der Membran 12c und wandelt die Verformung in ein elektrisches Signal.
Insbesondere weist die Wärmeaufnahmeplatte 11 an dem mittleren Abschnitt ihrer Wärmeaufnahmeoberfläche 11b, welche der Wärme eines atmosphärischen Gases ausgesetzt ist, dessen Temperatur zu erfassen ist, einen Vorsprungsabschnitt 11a auf. Der Vorsprungsabschnitt 11a ragt derart von der Wärmeaufnahmeoberfläche 11b zu einer Rückseite der Wärmeaufnahmeoberfläche 11b hervor, dass die Wärmeaufnahmeoberfläche 11b in dieser Richtung eine Vertiefung aufweist. Der Vorsprungsabschnitt 11a weist einen kreisförmigen Transversalabschnitt mit einem Durchmesser auf, der sich zu seiner Spitze hin graduell verringert.
Die Wärmeaufnahmeplatte 11 ist beispielsweise derart gestanzt, dass sie einen Durchmesser von 10 mm, eine Dicke von 0.1 mm bis 0.2 mm und eine Höhe von 50 μm im Vorsprungsabschnitt 11a aufweist.
Ein radialer Außenrandabschnitt der Wärmeaufnahmeplatte 11 ist durch beispielsweise Laserschweißen an dem offenen Ende 12e des Verformungserzeugungsteils 12 befestigt. Die Wärmeaufnahmeplatte 11 ist derart angeordnet, dass der Vorsprungsabschnitt 11a von dem atmosphärischen Gas weg ragt, d. h. dass der Vorsprungsabschnitt 11a zum Innenraum der Temperaturerfassungsvorrichtung 10 hin ragt (in der 2 nach oben). Das eine Ende des Verschiebungsübertragungsteils 13 ist am Vorsprungsabschnitt 11a befestigt.
Die Wärmeaufnahmeplatte 11 dehnt sich bei steigender Temperatur ursprünglich in ihrer radialen Richtung aus. Der Randabschnitt des Wärmeaufnahmeabschnitts 11 wird jedoch durch die Befestigung an dem offenen Ende 12e des Verformungserzeugungsteils 12 festgehalten, so dass der Vorsprungsabschnitt 11a in seiner Vorsprungsrichtung verschoben wird. Die Wärmeaufnahmeplatte 11 ist dünn ausgebildet, um eine geringe Wärmekapazität aufzuweisen, so dass die Wärmeaufnahmeplatte 11 mit einem guten Ansprechverhalten auf die Änderung der Gastemperatur verschoben wird.
Die Temperatur der Wärmeaufnahmeplatte 11 steigt maximal auf 500°C. Die Wärmeaufnahmeplatte 11 muss einen guten Korrosionsschutz und gute physikalische Eigenschaften bei hohen Temperaturen aufweisen (Hochtemperaturfestigkeit, Kriechfestigkeit, Ermüdungsfestigkeit, hohe Wärmeleitung und dergleichen) und aus einem Material mit einer hohen Lebensdauer bei hohen Temperaturen gebildet sein. Die Wärmeaufnahmeplatte 11 ist beispielsweise aus einem ausgehärteten Edelstahl, wie beispielsweise vom Typ I ISO 683/XVI oder vom Typ 2 ISO 683/XVI, entsprechend UNS (Unified Numbering System) S17400 oder S17700, DIN X5CrNiCuNb16-4 oder DIN X7CrNiAl17-7 und JIS SUS 630 oder SUS 631 gebildet.
Der Vorsprungsabschnitt 11a kann unter der Voraussetzung, dass er in Übereinstimmung mit der Änderung der Gastemperatur in der Dickenrichtung der Wärmeaufnahmeplatte 11 verschoben wird, beliebig ausgebildet sein. Der Vorsprungsabschnitt 11a kann beispielsweise derart ausgebildet sein, dass sein Längsabschnitt ein trapezförmiges Profil aufweist.
Das Verformungserzeugungsteil 12 ist, wie vorstehend beschrieben, rohrförmig mit einem Boden ausgebildet. In dem mittleren Abschnitt des Bodenabschnitts 12a ist eine Vertiefung 12b mit einem Innendurchmesser gebildet, der größer als der Durchmesser des Verschiebungsübertragungsteils 13 ist. Ein Boden der Vertiefung 12b dient als die Membran 12c, die eine verhältnismäßig geringe Dicke aufweist, so dass sie leicht verformt werden kann. Die Membran 12c wird durch das Verschiebungs übertragungsteil 13 verformt. Das eine Ende des Verschiebungsübertragungsteils 13 ist in den Vertiefungsabschnitt 11a eingefügt, und das Verschiebungsübertragungsteil 13 wird derart gestützt, dass das eine Ende die Membran 12c berührt. Das Verformungserzeugungsteil 12 ist aus einem Material mit einem verhältnismäßig geringen thermischen Ausdehnungsgrad, wie beispielsweise einer Fe-Ni-Co-Legierung, gebildet.
Das Verformungserzeugungsteil 12 der vorliegenden Ausführungsform ist rohrförmig mit einem Boden ausgebildet. Das Verformungserzeugungsteil 12 kann alternativ aus einem rohrförmigen Element mit zwei Öffnungen an seinen beiden Enden und einer Membran ausgebildet sein, wobei die Membran getrennt von dem rohrförmigen Element gebildet und durch Schweißen oder dergleichen an dem einen Ende des rohrförmigen Elements befestigt ist.
Das Verschiebungsübertragungsteil 13 weist eine stabähnliche Form einer Länge auf, die etwas länger als ein natürlicher Zwischenraum zwischen der Membran 12c und dem Vorsprungsabschnitt 11a der Wärmeaufnahmeplatte 11 ist. Das Verschiebungsübertragungsteil 13 wird derart gestützt, dass es einer Anfangsdruckbelastung unterliegt, wenn es zwischen der Membran 12c und dem Vorsprungsabschnitt 11a der Wärmeaufnahmeplatte 11 vorgesehen wird. Auf diese Weise wird verhindert, dass das Verschiebungsübertragungsteil 13 in radialer Richtung verschoben wird, während sich die Verschiebung des Verschiebungsübertragungsteils 13 wiederholt ändert.
Das Verschiebungsübertragungsteil 13 ist aus einem Material mit einem verhältnismäßig geringen thermischen Ausdehnungsgrad und einer verhältnismäßig hohen Steifigkeit, wie beispielsweise einer Fe-Ni-Co-Legierung, gebildet. Das Verschiebungsübertragungsteil 13 und das Verformungserzeugungsteil 12 sind vorzugsweise aus dem gleichen Material gebildet, da hierdurch der Einfluss einer die thermische Ausdehnung betreffenden Differenz zwischen dem Verschiebungsübertragungsteil 13 und dem Verformungserzeugungsteil 12 beseitigt werden kann.
Wenn der thermische Ausdehnungsgrad des Verschiebungsübertragungsteils 13 auf einen geringen Wert gesetzt wird, kann der Einfluss der Ausdeh nung/Schrumpfung des Verschiebungsübertragungsteils 13, die durch eine Temperaturänderung verursacht und der Verschiebung der Wärmeaufnahmeplatte 11 überlagert wird, wodurch sie einen Fehleranteil in der erfassten Temperatur bildet, verringert werden. Wenn die Steifigkeit des Verschiebungsübertragungsteils 13 auf einen hohen Wert gesetzt wird, kann die durch die Wärmeaufnahmeplatte 11 erzeugte Verschiebung wirksam auf die Membran 12c übertragen werden.
Bei der vorliegenden Ausführungsform weist das Verschiebungsübertragungsteil 13 eine stabähnliche Form auf. Das Verschiebungsübertragungsteil 13 kann alternativ eine andere Form, wie beispielsweise eine plattenähnliche Form, aufweisen. Das Verschiebungsübertragungsteil 13 kann aus einem Keramikmaterial gebildet sein.
Das Verschiebungsübertragungsteil 13 muss nicht immer in Berührung mit sowohl der Wärmeaufnahmeplatte 11 als auch der Membran 12c sein. D. h., es ist unter der Voraussetzung, dass das Verschiebungsübertragungsteil 13 die Verschiebung der Wärmeaufnahmeplatte 11 in Übereinstimmung mit der Temperaturänderung der Wärmeaufnahmeplatte 11 übertragen kann, ausreichend, wenn das Verschiebungsübertragungsteil 13 die Wärmeaufnahmeplatte 11 oder die Membran 12c berührt.
Ferner kann auf eine sicherere Art und Weise verhindert werden, dass das Verschiebungsübertragungsteil 13 in radialer Richtung verschoben wird, wenn ein Abstandsstück oder dergleichen zwischen eine Innenwand des Verformungserzeugungsteils 12 und das Verschiebungsübertragungsteil 13 gesetzt wird.
Die Dehnungserfassungsvorrichtung 14 ist über eine Glasschicht 15 an eine Rückseitenoberfläche 12d der Membran 12c geklebt. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist die Dehnungserfassungsvorrichtung 14 als p-leitende Halbleiterdehnungsmessvorrichtung vorgesehen, die an vier Punkten ihrer Oberfläche aus einem mit Bor (B) dotierten Siliziumsubstrat gebildet ist.
Die Dehnungserfassungsvorrichtung 14 kann alternativ durch einen Dehnungsmessstreifen und anstelle der Halbleiterdehnungsmessvorrichtung realisiert werden. Die Dehnungserfassungsvorrichtung 14 kann über ein Klebemittel mit guten physikalischen Eigenschaften bei hohen Temperaturen oder dergleichen und nicht über die Glasschicht 15 auf die Membran geklebt sein.
[Aufbau des Temperatursensors]
Nachstehend wird der Aufbau eines Temperatursensors 20 beschrieben, in welchem die vorstehend beschriebene Temperaturerfassungsvorrichtung 10 integriert ist. Der Temperatursensor 20 weist, wie in 2 gezeigt, im Wesentlichen auf: die Temperaturerfassungsvorrichtung 10; ein die Temperaturerfassungsvorrichtung 10 haltendes Gehäuse 21, ein Element 22 zur Übertragung eines elektrischen Signals, das ein elektrisches Signal von der Dehnungserfassungsvorrichtung 14 abruft; eine Platine 23, auf der ein IC vorgesehen ist, um das elektrische Signal von dem Signalübertragungselement 22 zu empfangen und dieses zu verarbeiten; und ein Anschlussteil 24, das elektrisch mit der Platine 23 verbunden ist, um den Temperatursensor 20 mit einer externen elektrischen Einheit zu verbinden.
Das Gehäuse 21, in welches die Temperaturerfassungsvorrichtung 10 integriert ist, ist aus einem metallischen Material, wie beispielsweise Messing, gebildet und zylindrisch mit einem sich der Längsrichtung des Gehäuses 21 erstreckenden Durchgangsloch 21a ausgebildet. Ein Abschnitt 21b der oberen Hälfte des Gehäuses 21 weist einen Außendurchmesser auf, der größer als ein Außendurchmesser eines Abschnitts 21c der unteren Hälfte des Gehäuses 21 ist. Ein Teil eines Außenumfangs des Abschnitts 21b der oberen Hälfte ist hexagonal ausgebildet.
Ein Innendurchmesser des Durchgangslochs 21a ist in dem Abschnitt 21b der oberen Hälfte größer als in dem Abschnitt 21c der unteren Hälfte, so dass ein Halteabschnitt 21d vorgesehen wird, in welchem die Platine 23 integriert und ein Ankerabschnitt 24b des Anschlussteils 24 gehalten wird. Die Platine 23 ist beispielsweise über Klebemittel an einem Bodenabschnitt des Halteabschnitts 21d befestigt. In einem Abschnitt des offenen Endes des Halteabschnitts 21d, d. h. in einem Abschnitt des oberen Endes des Halteabschnitts 21d in der 2, ist ein Abdichtungsabschnitt 21e gebildet, der eine verhältnismäßig geringe Dicke aufweist und den Ankerabschnitt 24b des Anschlussteils 24 abdichtet.
An einem Teil eines Außenumfangs des Abschnitts 21c der unteren Hälfte ist ein Schraubabschnitt 21f gebildet, der mit einem Motorblock verschraubt wird, um den Temperatursensor 20 an dem Motorblock zu befestigen.
Die Temperaturerfassungsvorrichtung 10 ist in einen Führungsendabschnitt 21g des Durchgangslochs 21a eingefügt, um die Wärmeaufnahmeplatte 11 an einer Führungsendseite des Temperatursensors 20 zu exponieren. Eine Außenumfangsoberfläche des Verformungserzeugungsteils 12 ist durch beispielsweise Laserschweißen an den Führungsendabschnitt 21g des Gehäuses 21 geschweißt.
Ein Halter 16 ist vorgesehen, um die Dehnungserfassungsvorrichtung 14 der Temperaturerfassungsvorrichtung 10 abzudecken. An einer Oberfläche des Halters 16 ist ein Elektrodenanschluss (nicht gezeigt) gebildet, der über eine Verdrahtung 17 elektrisch mit der Dehnungserfassungsvorrichtung 14 und ebenso mit dem Signalübertragungsteil 22 verbunden ist.
Das Signalübertragungsteil 22 ist innerhalb des Durchgangslochs 21a elektrisch mit der Platine 23 verbunden. Die Platine 23 ist elektrisch mit einem Paar von Anschlussstiften 24a des Anschlussteils 24 verbunden.
Das Anschlussteil 24 ist derart gebildet, dass es durch Spritzgießen ein Paar der elektrisch mit der Platine 23 verbundenen Anschlussstifte 24a eingebettet aufweist.
In einem Führungsendseitenabschnitt (unterer Abschnitt in der 2) des Anschlussteils 24 ist ein Ankerabschnitt 24b gebildet, der einen Außendurchmesser aufweist, der annähernd gleich dem Innendurchmesser des Halteabschnitts 21d ist. An einem vorderen bzw. Führungsende des Ankerabschnitts 24b ist ein vertiefter Abschnitt gebildet, um einen Zwischenraum zwischen dem Anschlussteil 24 und der Platine 23 zu bilden. An einem Außenumfang des Ankerabschnitts 24b ist eine Nut gebildet, in der ein O-Ring vorgesehen ist, um eine Versiegelung zu bilden. In einem Basenendseitenabschnitt (oberer Abschnitt in der 2) des Anschlussteils 24 ist ein Anschlussabschnitt 24c gebildet, der einen Außendurchmesser aufweist, der kleiner als der des Ankerabschnitts 24b ist, und in dem die Anschlussstifte 24a herausgestellt sind, um mit einer äußeren Verdrahtung verbunden zu werden.
Der Ankerabschnitt 24b ist derart vorgesehen, dass der O-Ring 25 zwischen einer Innenseitenoberfläche des Halteabschnitts 21d und dem Ankerabschnitt 24b angeordnet und das Führungsende des Ankerabschnitts 24b eine Bodenoberfläche des Halteabschnitts 21b berührt, um die Platine 23 abzudecken. Der Ankerabschnitt 24b wird in dem Halteabschnitt 21d befestigt, indem ein Stufenabschnitt 24c zwischen dem Ankerabschnitt 24b und dem Anschlussabschnitt 24c durch den Abdichtungsabschnitt 21e abgedichtet wird. Das Gehäuse 21 und das Anschlussteil 24 werden auf diese Weise miteinander verbunden.
Der vorstehend beschriebene Temperatursensor 20 wird an seinem Schraubabschnitt 21f mit einem in dem Motorblock gebildeten Installationsloch verschraubt, um die Wärmeaufnahmeoberfläche 11b der Wärmeaufnahmeplatte 11 einem Temperaturerfassungsbereich in dem Motorzylinder auszusetzen.
[Temperaturerfassung]
Wenn die Gastemperatur in einem Zylinder durch eine Kraftstoffverbrennung schnell erhöht wird, wird die Wärmeaufnahmeplatte 11 durch die Wärme des Verbrennungsgases erwärmt und steigt die Temperatur des Wärmeaufnahmeabschnitts 11. Die Wärmeaufnahmeplatte 11 ist derart angeordnet, dass ihre Wärmeaufnahmeoberfläche dem atmosphärischen Gas ausgesetzt ist, um einen höheren Wärmeaufnahmewirkungsgrad zu erzielen. Ferner weist die Wärmeaufnahmeplatte 11 eine verhältnismäßig geringe Wärmekapazität auf, so dass sie schnell erwärmt werden kann, um einer schnellen Erhöhung der Gastemperatur folgen zu können.
Die Wärmeaufnahmeplatte 11 dehnt sich naturgemäß entlang ihrer Oberfläche aus, wenn sich ihre Temperatur erhöht. Der Randabschnitt der Wärmeaufnahmeplatte 11 ist jedoch an dem offenen Ende 12e des Verformungserzeugungsteils 12 befestigt und wird von diesem gehalten. Folglich wird der mittlere Abschnitt der Wärmeaufnahmeplatte 11 nach oben in der Vorsprungsrichtung des Vorsprungsabschnitts 11a, d. h. in der Dickenrichtung der Wärmeaufnahmeplatte 11 verschoben, um das Verschiebungsübertragungsteil 13 nach oben zu drücken.
Wenn das Verschiebungsübertragungsteil 13 nach oben gedrückt wird, wird die Membran 12c ebenso nach oben gedrückt, wobei sie verformt wird. Die Verformung der Membran 12c wird von der Dehnungserfassungsvorrichtung 14 erfasst. Die Membran 12c ist als dünne plattenähnliche Form ausgebildet, um ihre Verformung zu vergrößern. Folglich kann ein verhältnismäßig großes Ausgangssignal von der Dehnungserfassungsvorrichtung 14 abgefragt werden, um die Änderung der Gastemperatur mit einer hohen Empfindlichkeit zu erfassen.
D. h., die Wärmeaufnahmeplatte 11 nimmt die Gastemperatur auf und erzeugt in Übereinstimmung mit der Änderung der Gastemperatur eine Verschiebung in ihrer Dickenrichtung. Das Verschiebungsübertragungsteil 13 überträgt die Verschiebung der Wärmeaufnahmeplatte 11 zur Membran 12c des Verformungserzeugungsteils 12. Anschließend erfasst die Dehnungserfassungsvorrichtung 14 die Verformung der Membran 12c, um die Änderung der Gastemperatur zu erfassen, so dass sie der Änderung der Gastemperatur, die sich mit hoher Geschwindigkeit ändert, folgen kann.
Wenn die Drehzahl des Motors bei beispielsweise 6000 U/min liegt und der Kurbelwinkel beispielsweise 10 Grad beträgt, erfolgt die Änderung der Gastemperatur bei einer Drehzahl von 3600 Hz. Wenn die Temperaturerfassungsvorrichtung 10 verwendet wird, kann die Änderung der Gastemperatur erfasst werden, um der Geschwindigkeit der Gastemperaturänderung zu folgen.
Die Dehnungserfassungsvorrichtung 14 ist ferner von der Wärmeaufnahmeplatte 11 beabstandet angeordnet, so dass die Temperatur der Dehnungserfassungsvorrichtung 14 selbst dann nur beschränkt erhöht wird, wenn das atmosphärische Gas eine hohe Temperatur aufweist. Diese Art der Anordnung hilft dabei, die Temperatur mit hoher Genauigkeit zu erfassen.
(Zweite Ausführungsform)
Eine Temperaturerfassungsvorrichtung 10 der zweiten Ausführungsform ist, wie in 3 gezeigt, derart aufgebaut, dass der Vorsprungsabschnitt 11a der Wärmeaufnahmeplatte 11 in Richtung des atmosphärischen Gases, dessen Temperatur zu erfassen ist, d. h. nach Außerhalb der Temperaturerfassungsvorrichtung 10 hervorragt. Bei diesem Aufbau ist der Vorsprungsabschnitt 11a derart angeordnet, dass er dem atmosphärischen Gas ausreichend zugewendet ist, so dass ein dem Gas ausgesetzter Bereich verhältnismäßig groß ist und auf diese Weise eine hohe Wärmemenge aufnehmen kann. Folglich kann die Temperaturerfassungsvorrichtung 10 die Änderung der Gastemperatur mit einer hohen Empfindlichkeit erfassen.
(Dritte Ausführungsform)
Eine Temperaturerfassungsvorrichtung 10 der dritten Ausführungsform weist, wie in 4 gezeigt, eine Wärmeaufnahmeplatte 11 auf, die aus einer Bimetallpiatte 18 gebildet ist, die aus zwei Metallplatten mit zwei verschiedenen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufgebaut ist. Wenn die thermische Ausdehnung einer oberen Metallplatte 18a größer als die einer unteren Metallplatte 18b ist, wird die Bimetallplatte 18 derart verformt, dass sie in Übereinstimmung mit einem Gastemperaturanstieg nach oben hervorragt, so dass das Verschiebungsübertragungsteil 13 nach oben verschoben wird. Wenn die thermische Ausdehnung der unteren Metallplatte 18b demgegenüber größer als die der oberen Metallplatte 18a ist, wird die Bimetallpiatte 18 derart verformt, dass sie in Übereinstimmung mit dem Gastemperaturanstieg nach unten hervorragt, so dass das Verschiebungsübertragungsteil 13 nach unten verschoben wird.
Bei solch einer Temperaturerfassungsvorrichtung 10 wandelt die Bimetallplatte 18 die thermische Ausdehnung parallel zur Wärmeaufnahmeplatte in eine Verschiebung in der Dickenrichtung. Folglich ist es nicht erforderlich, den Vorsprungsabschnitt 11a, gleich den ersten beiden Ausführungsformen, in der Wärmeaufnahmeplatte 11 zu bilden, so dass ein Fertigungsprozess zum Bilden des Vorsprungsabschnitts 11a ausgelassen werden kann.
Ferner kann eine Verschiebung der Wärmeaufnahmeplatte 11 durch eine Differenz der thermischen Ausdehnungen der oberen und der unteren Metallplatte 18a und 18b abgestimmt werden. Folglich kann die Gestaltungsfreiheit der Temperaturerfassungsvorrichtung 10 erhöht werden.
(Vierte Ausführungsform)
Eine Temperaturerfassungsvorrichtung 10 der vierten Ausführungsform weist, wie in den 5A und 5B gezeigt, ein Verbindungsloch 19 auf, das einen durch die Wärmeaufnahmeplatte 11 und das Verformungserzeugungsteil 12 umschlossenen Innenraum mit einem atmosphärischen Raum, d. h. einen Innenraum der Temperaturerfassungsvorrichtung 10 mit dem atmosphärischen Raum verbindet. 5A zeigt einen Fall, bei welchem das Verbindungsloch 19 in der Wärmeaufnahmeplatte 11 gebildet ist, und 5B zeigt einen Fall, bei welchem das Verbindungsloch 19 in einer Seitenwand des Verformungserzeugungsteils 12 gebildet ist.
Das in der Temperaturerfassungsvorrichtung 10 vorgesehene Verbindungsloch 19 gleicht einen Druck innerhalb der Temperaturerfassungsvorrichtung 10 auf einen Druck in dem Motorzylinder aus. Hierdurch kann die Wirkung einer Druckänderung in dem Motorzylinder verhindert werden, durch welche die Wärmeaufnahmeplatte 11 verformt und eine Verschiebung der Wärmeaufnahmeplatte 11 hervorgerufen wird. Auf diese Weise kann die Genauigkeit bei der Erfassung der Gastemperaturänderung verbessert werden.
[Vorteile]
Nachstehend werden die Vorteile der Temperaturerfassungsvorrichtung 10 der ersten bis vierten Ausführungsform beschrieben.

(1) Die Wärmeaufnahmeplatte 11 mit der dünnen plättenähnlichen Form ist derart angeordnet, dass sie einem Erfassungsbereich der Gastemperatur in dem Motorzylinder gegenüberliegt. Die Wärmeaufnahmeplatte 11 ist der Wärme des Gases ausgesetzt, und die Änderung der Gastemperatur erzeugt eine Verschiebung des mittleren Abschnitts der Wärmeaufnahmeplatte 11 in der Dickenrichtung. Das Verschiebungsübertragungsteil 13 überträgt die Verschiebung der Wärmeaufnahmeplatte 11 auf die Membran 12c des Verformungserzeugungsteils 12. Anschließend wird die Verformung der Membran 12c von der Dehnungserfassungsvorrichtung 14 erfasst. Folglich wird die Änderung der Gastemperatur über die Verformung der Membran 12c erfasst, die von der Dehnungserfassungsvorrichtung 14 erfasst wird. Die Wärmeaufnahmeplatte 11 weist eine dünne plattenähnliche Form auf, um eine verhältnismäßig geringe Wärmekapazität aufzuweisen. Auf diese Weise folgen die Temperaturänderung der Wärmeaufnahmeplatte 11 und die Verschiebung der Wärmeaufnahmeplatte 11 in der Dickenrichtung der Änderung der Gastemperatur mit sehr geringer Verzögerung. Die Änderung der Gastemperatur wird in Übereinstimmung mit der Verschiebung der Wärmeaufnahmeplatte 11 erfasst. Folglich weist die Temperaturerfassungsvorrichtung 10 ein gutes Ansprechverhalten bezüglich der Änderung der Gastemperatur auf, wobei dieses insbesondere in einem hohen Temperaturbereich zum Ausdruck kommt. Folglich ist die Temperaturerfassungsvorrichtung 10 dazu geeignet, eine sich schnell ändernde Temperatur, wie beispielsweise die Temperatur in dem Motorzylinder, zu erfassen.
(2) Die Wärmeaufnahmeplatte 11 weist den Vorsprungsabschnitt 11a auf, der in einer Richtung von ihrer einen Oberflächenseite zu ihrer anderen Oberflächenseite hervorragt, und der Randabschnitt der Wärmeaufnahmeplatte 11 wird durch das Verformungserzeugungsteil 12 festgehalten. Folglich kann ein verhältnismäßig einfacher Aufbau der Wärmeaufnahmeplatte 11 die thermische Ausdehnung entlang der Oberfläche der Wärmeaufnahmeplatte 11 problemlos in die Verschiebung in der Vorsprungsrichtung des Vorsprungsabschnitts 11a, d. h. in die Verschiebung in der Dickenrichtung der Wärmeaufnahmeplatte 11 wandeln. Folglich kann die Wärmeaufnahmeplatte 11 dann, wenn sie eine plattenähnliche Form ohne Vorsprungsabschnitt aufweist, eine große Verschiebung in der Dickenrichtung hinsichtlich einer durch die thermische Ausdehnung erzeugten Verschiebung erzeugen.
(3) Die Membran 12c, die in dem Verformungserzeugungsteil 12 gebildet ist, um durch das Verschiebungsübertragungsteil 13 verformt zu werden, weist eine verhältnismäßig geringe Dicke auf, um eine verhältnismäßig geringe Steifigkeit aufzuweisen. Folglich wird die Membran 12c durch das Verschiebungsübertragungsteil 13 wirksam verformt, so dass die Genauigkeit bei der Erfassung der Gastemperaturänderung verbessert werden kann.
(4) Das Verformungserzeugungsteil 12 und das Verschiebungsübertragungsteil 13 sind aus dem gleichen Material gebildet. Folglich hat die die thermische Ausdehnung betreffende Differenz zwischen dem Verformungserzeugungsteil 12 und dem Verschiebungsübertragungsteil 13 einen geringen Einfluss auf den Verformungsbetrag des Verformungserzeugungsteils 12, so dass die Genauigkeit bei der Erfassung der Gastemperaturänderung verbessert werden kann.
(5) Wenn die Wärmeaufnahmeplatte aus dem Bimetallmaterial 18 gebildet ist, ist es nicht erforderlich, den Vorsprungsabschnitt 11a in der Wärmeaufnahmeplatte vorzusehen, um die thermische Ausdehnung entlang der Oberfläche der Wärmeaufnahmeplatte in die Verschiebung in der Dickenrichtung zu wandeln. Folglich kann ein Fertigungsprozess zum Bilden des Vorsprungsabschnitts 11a ausgelassen werden. Ferner kann der Verschiebungsbetrag durch die die thermische Ausdehnung betreffende Differenz der die Bimetallplatte 18 bildenden Materialien abgestimmt werden, so dass die Gestaltungsfreiheit der Temperaturerfassungsvorrichtung 10 verbessert werden kann.
(6) Wenn die Temperaturerfassungsvorrichtung 10 das Verbindungsloch 19 aufweist, welches den durch die Wärmeaufnahmeplatte 11 und das Verformungserzeugungsteil 12 gebildeten Innenraum mit einem Bereich außerhalb der Vorrichtung 10 verbindet, wird der Druck innerhalb der Temperaturerfassungsvorrichtung auf den Atmosphärendruck ausgeglichen. Mit Hilfe solch eines Aufbaus kann eine Druckänderung in dem Motorzylinder, die dazu führt, dass die Wärmeaufnahmeplatte 11 verformt und verschoben wird, verhindert werden, so dass die Erfassungsgenauigkeit der Gastemperatur verbessert werden kann.

(Fünfte Ausführungsform)
Die in der 1 gezeigte Temperaturerfassungsvorrichtung 10 mit der Wärmeaufnahmeplatte 11 kann, wie in 6 gezeigt, mit der in der 3 gezeigten Temperaturerfassungsvorrichtung 10 mit der Wärmeaufnahmeplatte 11 kombiniert werden. Werden beide Temperaturerfassungsvorrichtungen kombiniert, so werden die Verformungsbetragssignale der zwei Membranen 12 verarbeitet, um eine Änderung der Gastemperatur zu erfassen. Bei solch einem Aufbau verlaufen die in den zwei Wärmeaufnahmeplatten 11 erzeugten Verschiebungen in zwei voneinander verschiedene Richtungen, weisen jedoch beide den gleichen Betrag auf. Ferner sind die Verformungen in den zwei Übertragungsteilen 13 und in den zwei Verformungserzeugungs teilen 12, die durch die Änderung der Gastemperatur und durch die Druckänderung erzeugt werden, in Betrag und Richtung gleich. Folglich kann über eine Differenz der von den zwei Temperaturerfassungsvorrichtungen 10 abgefragten Signalen ein Signal der Verformung erhalten werden, die einzig in den Wärmeaufnahmeplatten 11 erzeugt wird, so dass die Erfassungsgenauigkeit der Gastemperatur verbessert werden kann.
(Sechste Ausführungsform)
Die Temperaturerfassungsvorrichtung 10 der sechsten Ausführungsform ist, wie in 7 gezeigt, derart aufgebaut, dass eine Dehnungserfassungsvorrichtung 14, die bei hohen Temperaturen arbeiten kann, direkt an einer oberen Metallplatte 18a einer die Wärmeaufnahmeplatte bildenden Bimetallplatte 18 befestigt ist. Als für einen hohen Temperaturbereich ausgelegte Dehnungserfassungsvorrichtung 14 kann eine ein SOI-Substrat verwendende Messvorrichtung verwendet werden.
Bei solch einem Aufbau kann die in dem Wärmeaufnahmeabschnitt erzeugte Verschiebung direkt und nicht über das Verschiebungsübertragungsteil 13 erfasst werden. Solch ein Aufbau dient dazu, das Ansprechverhalten auf die Änderung der Gastemperatur zu verbessern.
Obgleich die vorliegende Erfindung anhand ihrer bevorzugten Ausführungsformen und Ausgestaltungen offenbart wurde, sollte wahrgenommen werden, dass sie auf verschiedene Weisen verwirklicht werden kann, ohne ihren Schutzumfang zu verlassen, so wie er in den beigefügten Ansprüchen dargelegt wird.
Vorstehend wurden eine Temperaturerfassungsvorrichtung und eine Kombination dieser offenbart.
Eine Temperaturerfassungsvorrichtung 10 weist eine Wärmeaufnahmeplatte 11, ein Verschiebungsübertragungsteil 13, ein Verformungsteil 12c, ein Verformungserzeugungsteil 12 und ein Verschiebungserfassungsteil 14 auf. Die Wärmeaufnahmeplatte 11 wird an ihrem Randabschnitt festgehalten, um eine Verschiebung eines mittleren Abschnitts in ihrer Dickenrichtung bezüglich des Randabschnitts in Überein stimmung mit der Temperatur eines atmosphärischen Gases zu erzeugen. Das Verschiebungsübertragungsteil 13 wird in Übereinstimmung mit der Verschiebung des mittleren Abschnitts der Wärmeaufnahmeplatte 11 verschoben. Das Verformung steil 12c wird durch das Verschiebungsübertragungsteil 13 verformt. Das Verformungserzeugungsteil 12 hält einen Abstand zwischen dem Randabschnitt des Wärmeaufnahmeteils 11 und dem Verformungsteil 12c. Das Verschiebungserfassungsteil 14 erfasst eine Verformung des Verformungsteils 12c und gibt ein die Verformung beschreibendes elektrisches Signal aus.

Claims

Temperaturerfassungsvorrichtung (10) mit: – einer Wärmeaufnahmeplatte (11), die einem atmosphärischen Gas ausgesetzt ist, um sich in Übereinstimmung mit einer Temperatur des atmosphärischen Gases auszudehnen und zusammenzuziehen, und an ihrem Randabschnitt festgehalten wird, um eine Verschiebung eines mittleren Abschnitts, der von dem Randabschnitt umgeben wird, in ihrer Dickenrichtung bezüglich des Randabschnitts in Übereinstimmung mit der Temperatur des atmosphärischen Gases zu erzeugen; – einem Verschiebungsübertragungsteil (13), das in Übereinstimmung mit der Verschiebung des mittleren Abschnitts der Wärmeaufnahmeplatte (11) verschoben wird; – einem Verformungsteil (12c), das durch eine Verschiebung des Verschiebungsübertragungsteils (13) verformt wird; – einem Verformungserzeugungsteil (12), das einen Abstand zwischen dem Randabschnitt der Wärmeaufnahmeplatte (11) und dem Verformungsteil (12c) hält; und – einem Verschiebungserfassungsteil (14), das eine Verformung des Verformungsteils (12c) erfasst und ein die Verformung des Verformungsteils (12c) beschreibendes elektrisches Signal ausgibt.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verformungserzeugungsteil (12) und das Verschiebungsübertragungsteil (13) aus dem gleichen Material gebildet sind.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass – das Verformungserzeugungsteil (12) eine rohrförmige Seitenwand aufweist; – der Randabschnitt der Wärmeaufnahmeplatte (11) durch ein Ende der rohrförmigen Seitenwand des Verformungserzeugungsteils (12) festgehalten wird; und – das Verformungsteil (12c) durch ein anderes Ende der rohrförmigen Seitenwand des Verformungserzeugungsteils (12) gehalten wird.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Verformungsteil (12c) eine Membran ist, die als eine Einheit mit dem Verformungserzeugungsteil (12) ausgebildet ist und eine geringe Wanddicke bezüglich des Verformungserzeugungsteils (12) aufweist.
Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschiebungserfassungsteil (14) eine Dehnungserfassungsvorrichtung ist, die auf dem Verformungsteil (12c) vorgesehen ist.
Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der mittlere Abschnitt der Wärmeaufnahmeplatte (11) einen Vorsprungsabschnitt (11a) aufweist, der in eine zum atmosphärischen Gas entgegengesetzte Richtung ragt.
Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der mittlere Abschnitt der Wärmeaufnahmeplatte (11) einen Vorsprungsabschnitt (11a) aufweist, der in Richtung des atmosphärischen Gases ragt.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeaufnahmeplatte (11) aus einem ausgehärteten Edelstahl gebildet ist.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der ausgehärtete Edelstahl durch die Norm ISO 683/XVI Typ 1 oder ISO 683/XVI Typ 2 spezifiziert ist.
Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeaufnahmeplatte (11) aus einer Bimetallplatte gebildet ist, deren eine Metallplatte (18b) dem atmosphärischen Gas ausgesetzt und deren andere Metallplatte (18a) dem atmosphärischen Gas nicht ausgesetzt ist.
Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens entweder die Wärmeaufnahmeplatte (11) oder das Verformungserzeugungsteil (12) ein Verbindungsloch (19) aufweist, das einen von der Wärmeaufnahmeplatte (11) und der rohrförmigen Seitenwand des Verfor mungserzeugungsteils (12) umschlossenen Innenraum mit einem Bereich außerhalb der Wärmeaufnahmeplatte (11) und der rohrförmigen Seitenwand des Verformungserzeugungsteils (12) verbindet.
Temperaturerfassungsvorrichtung (10) mit: – einer Wärmeaufnahmeplatte (18), die aus einer Bimetallplatte gebildet ist, die einem atmosphärischen Gas derart ausgesetzt ist, dass die eine Metallplatte (18b) der Bimetallplatte dem atmosphärischen Gas ausgesetzt und die andere Metallplatte (18a) der Bimetallplatte dem atmosphärischen Gas nicht ausgesetzt ist und sie sich in Übereinstimmung mit einer Temperatur des atmosphärischen Gases ausdehnt und zusammenzieht, und die an ihrem Randabschnitt festgehalten wird, um eine Verschiebung eines mittleren Abschnitts, der von dem Randabschnitt umgeben wird, in ihrer Dickenrichtung bezüglich des Randabschnitts in Übereinstimmung mit der Temperatur des atmosphärischen Gases zu erzeugen; und – einem Verschiebungserfassungsteil (14), welches die Verschiebung des mittleren Abschnitts der Wärmeaufnahmeplatte (18) erfasst und ein die Verschiebung des mittleren Abschnitts der Wärmeaufnahmeplatte (18) beschreibendes elektrisches Signal ausgibt.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschiebungserfassungsteil (14) eine Dehnungserfassungsvorrichtung ist, die auf der anderen Metallplatte (18a) der Bimetallplatte vorgesehen ist.
Kombination aus Temperaturerfassungsvorrichtungen (10) mit der Temperaturerfassungsvorrichtung (10) nach Anspruch 6 und der Temperaturerfassungsvorrichtung (10) nach Anspruch 7, die nebeneinander angeordnet und als eine Einheit aufgebaut sind.
Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeaufnahmeplatte (11, 18) dem atmosphärischen Gas in einer Verbrennungskammer eines Verbrennungsmotors ausgesetzt ist.
Kombination aus Temperaturerfassungsvorrichtungen (10) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeaufnahmeplatte (11) dem atmosphärischen Gas in einer Verbrennungskammer eines Verbrennungsmotors ausgesetzt ist.