DE4011132A1

DE4011132A1 - Druckgeber zur druckerfassung im brennraum von brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE4011132A1
Application number: DE19904011132
Authority: DE
Inventors: Werner Dipl Ing Dr Herden
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1990-04-06
Filing date: 1990-04-06
Publication date: 1991-10-10
Also published as: WO1991015741A1

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Druckgeber nach der Gattung des An spruchs 1.

Bei einem derartigen, aus der DE-OS 38 11 311.2 bekannten Druckgeber wird der zeitliche Druckverlauf im Brennraum einer Brenn kraftmaschine über die Krafteinwirkung auf einen oder mehrere Quarze unter Ausnutzung ihrer piezoelektrischen Eigenschaften bestimmt. Da bei liegt der zwischen der Membran und den Quarzen angeordnete Stem pel mit einer Stirnseite an den Quarzen an. Das dadurch bewirkte Meßsignal ist relativ gering, so daß bereits im Gehäuse des Druckge bers mit Hilfe einer elektronischen Schaltung das Meßsignal ver stärkt werden muß. Dieser Druckgeber ist somit relativ meßfehleran fällig und baut relativ teuer.

Vorteile der Erfindung

Der erfindungsgemäße Drucksensor mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß ein sehr großer Meßeffekt erzielt wird. Bereits ohne eine im Druckgeber angeordnete elektronische Schaltung zur Verstärkung kann das erzeugte Meßsignal ausgewertet werden. Der Druckgeber kann sowohl im Bereich kleiner als auch großer Drücke eingesetzt werden. Der Sensor baut dadurch besonders preisgünstig. Als Aufnahmeelement können in Dickschicht technik hergestellte Cermet-Widerstände oder Widerstände aus conductive plastic verwendet werden.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vor teilhafte Weiterbildungen des im Anspruch 1 angegebenen Drucksensors möglich.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Schnitt durch einen Druckgeber,

Fig. 2 eine Einzelheit in vergrößerter Darstellung,

Fig. 3 einen Schnitt in Rich tung III-III,

Fig. 4 eine Abwandlung der in Fig. 2 dargestellten Einzelheit und

Fig. 5 einen Schnitt in Richtung V-V.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In der Fig. 1 ist mit 10 das Gehäuse eines Druckgebers 11 zur Be stimmung des Drucks im Brennraum einer Brennkraftmaschine bezeich net. Es weist eine mittige, durchgehende, abgesetzte Bohrung 12 auf, deren dem Brennraum zugewandte Öffnung 13 von einer Membran 14 abge schlossen wird. Der Rand der Membran 14 ist umgebogen und liegt am Schaft des Gehäuses 10 fest an. Er kann zusätzlich noch am Schaft angeschweißt sein. Im mittleren Bereich der Membran 14 liegt ein in der Bohrung 12 geführter Stempel 16 an. Der Stempel 16 kann zum Bei spiel aus keramischem Material bestehen und an der Membran 14 zum Beispiel angeschweißt oder angeklebt sein. Er ragt aber soweit über die Öffnung 13 der Bohrung 12 hinaus, daß die Membran 14 nicht an der Stirnseite des Gehäuses 10 selbst anliegt und sie sich somit in diesem Bereich durchbiegen kann. An der anderen Stirnseite des Stem pels 16 ist eine Ausnehmung 18 ausgebildet, in der eine Feder 19 ei ner Meßzelle 20 angeordnet ist. Die Feder 19 ist so vorgespannt, daß sie eine tellerartige Bauform aufweist, und nur mit ihrem äußeren Rand einer Seite am Stempel 16 anliegt. Die Feder 19 liegt mit ihrer anderen Seite nahezu punktförmig auf einem Aufnahmeelement 21 auf.

Das Aufnahmeelement 21 besteht aus einer keramischen Platte 22, auf der im Bereich 23 des Auflagepunktes der Feder 19 eine Metallisie rung aufgebracht ist, so daß die Feder 19 im Bereich 23 direkt auf der Metallisierung aufliegt und ein elektrischer Kontakt besteht. Die Metallisierung ist als erster Anschlußkontakt 24 ausgebildet. Nahezu am äußeren Rand der Platte 22 ist eine zweite ringförmige, metallische Schicht als zweiter Anschlußkontakt 25 aufgebracht. Zwischen den beiden Kontakten 24, 25 befindet sich eine elektrische Widerstandsschicht 26. Diese Schicht 26 kann zum Beispiel in Dick schichttechnik hergestellt sein. Es kann ein Cermet-Widerstand oder ein conductive plastic Material sein. Wichtig bei dieser Schicht ist, daß sie eine geringe Oberflächenrauhigkeit aufweist.

Die Platte 22 liegt mit ihrer anderen Stirnseite an einem in die Bohrung 12 eingeschraubten oder eingepreßten Gegenlager 29 an. Zur Fixierung und zur Kontaktierung ragt im Bereich des zweiten An schlußkontakts 25 ein Fortsatz 30 des Gegenlagers 29 in eine Boh rung 31 der Platte 22. Gleichzeitig ist auch der Fortsatz 30 mit dem Gegenkontakt 25 kontaktiert und bildet den sogenannten Massean schluß. Ferner ist im Bereich 23 in der Platte 22 eine Bohrung 32 ausgebildet und metallisiert, die die elektrische Leitung des An schlußdrahtes 34 hineingeführt wird. Die Leitung des Anschlußdrah tes 34 ist an dem ersten Anschlußkontakt 24 angelötet. Der Anschluß draht 34 ist zur Fixierung in einer Tülle 35 befestigt. Über das Ab leitkabel 34 werden die Meßwerte zu einer nicht dargestellten Aus werteschaltung und Steuereinrichtung der Brennkraftmaschine geführt.

In der Ausgangsstellung, das heißt ohne daß eine Kraft auf die Mem bran 14 einwirkt, liegt die Feder 19 nur im Bereich 23 auf der Plat te 22 auf. Der elektrische Widerstand der Widerstandsschicht 26 wird somit nicht beeinflußt, so daß über die Anschußkontakte 24 und 25 ein maximales Meßsignal als Widerstand abgegriffen werden kann. So bald aber über die Membran 14 und den Stempel 16 eine Kraft auf den Druckgeber 11 einwirkt, wird die Feder 19 durchgebogen und somit ihre Auflagefläche auf der Platte 22 vergrößert. Die Feder 19 kommt auch auf der Widerstandsschicht 26 zur Auflage, die dadurch teilwei se kurzgeschlossen wird. Dadurch wird der elektrische Widerstand der verkürzten Schicht 26 verkleinert. Je nach Größe des einwirkenden Drucks wird die Auflagefläche der Feder 19 auf der Schicht 26 verän dert, das heißt vergrößert. Im Extremfall überdeckt die Feder 19 die Schicht 26 vollständig, so daß der Widerstand 0 als Meßsignal über den Anschlußdraht 34 abgegriffen wird. Die Feder 19 ist hierbei so ausgebildet, daß ihr Rand mit dem äußeren Rand der Schicht 26 ab schließt oder über diesen hinaus ragt. Dadurch ist ein relativ großer Meßeffekt möglich, da nicht nur ein kleiner Bereich der Meß kurve ausgewertet wird, sondern der gesamte Meßbereich zur Meßsig nalgewinnung zur Verfügung steht. Ferner kommt der Rand 36 des Stem pels 16 der die Ausnehmung 18 umgibt, auf der Platte 22 zur Auflage, so daß ein Überlastschutz vorhanden ist. Durch die Vorspannung der Feder 19 kann die Meßempfindlichkeit und auch der zu bestimmende Druckbereich eingestellt werden.

Im Ausführungsbeispiel nach den Fig. 4 und 5 ist die Feder 40 mit ihrem einen Ende auf der Platte 41 eingespannt und so vorgespannt, daß sie mit ihrem anderen Ende, mit der der Platte abgewandten Kante am Boden einer Ausnehmung 43 des Stempels 16a anliegt. Ohne die Meß funktion zu beeinflussen, kann aber auch die Feder am Stempel 16a befestigt sein und mit dem gegenüberliegenden, freien Ende auf der Platte 41 aufliegen. Die Feder 40 weist eine plattenartige Form auf und ist mit ihrem einen Ende mit Hilfe eines Zapfens nahezu am äuße ren Rand der Scheibe 41 fixiert. In diesem Bereich befindet sich auch der als erste Anschußkontakt 44 ausgebildete Bereich, der aus einer metallischen Schicht besteht. Diametral gegenüber, ebenfalls weitgehend am Rand ist ein metallischer, als zweiter Anschlußkon takt 45 dienender Bereich aufgebracht. In diesem Bereich ist eine Bohrung 46 ausgebildet, in die der Fortsatz 30 des Gegenlagers 29 zur Fixierung ragt. Über diese Bohrung 46 wird ebenfalls der Masse kontakt der zwischen den beiden Anschlußkontakten 44, 45 aufgebrach ten elektrischen Widerstandsschicht 47 hergestellt. Ferner ist im Bereich des Anschlußkontakts 44 in der Platte 41 eine Bohrung 49 ausgebildet, durch die die elektrische Leitung des Ableitkabels 34 geführt wird. Ferner ist in der Fig. 5 zur Verdeutlichung die Kon tur der Feder 40 eingezeichnet. Es ist ersichtlich, daß die Breite und die Länge der Feder 40 geringfügig größer als die Widerstands schicht 47 ist. Die Funktionsweise entspricht wieder weitgehend dem nach dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 bis 4. Abhängig vom einwirkenden Druck verändert sich auch hier wieder die Auflagefläche der Feder 40 auf der Widerstandsschicht 47. Die Feder 40 schließt die Widerstandsschicht in diesem Flächenbereich kurz, so daß sich somit der Widerstandswert zwischen den Anschlußkontakten 44 und 45 ändert.

Claims

1. Druckgeber (11) zur Druckerfassung im Brennraum von Brennkraftma schinen, insbesondere Kraftfahrzeugen, in dessen Gehäuse (10) sich ein Stempel (16), ein Gegenlager (29) für den Stempel (16), eine das Gehäuse (10) abschließende und an der dem Gegenlager abgewandten Stirnseite des Stempels (16) anliegende Membran (14), und ein Auf nahmeelement (21) befinden, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Stempel (16) und dem Aufnahmeelement (21) ein Federelement (19) an geordnet ist, das jeweils mindestens mit einer Stelle am Aufnahme element (21) und am Stempel (16) anliegt, und daß in Abhängigkeit von der Größe des zu bestimmenden Drucks die Raumform des Federele ments (19) verändert wird und somit im Aufnahmelement (21) ein Meß signal erzeugt wird.

2. Druckgeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Auf nahmeelement (21) eine Widerstandsschicht (26, 47) aufweist und daß bei einwirkendem Druck entsprechend der sich ändernden Raumform des Federelementes (19) die Widerstandsschicht (26, 47) kurzgeschlossen wird.

3. Druckgeber nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement (19) vorgespannt ist und mit seinem äußeren Rand am Stempel (16) und nahezu mit dem Mittelpunkt seiner anderen Seite am Aufnahmeelement (21) anliegt.

4. Druckgeber nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement eine einseitig eingespannte, vorgespannte Blattfeder (40) ist, und daß das freie Ende der Blattfeder (40) am Stempel (16) oder am Aufnahmeelement (21) anliegt.

5. Druckgeber nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeich net, daß das Federelement (19, 40) aus einem gut leitfähigen und metallischen Federwerkstoff mit geringer Oberflächenrauhigkeit be steht.

6. Druckgeber nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeich net, daß das Aufnahmeelement (21) aus einem Cermet oder Conductive Plastic Widerstand (26, 47) besteht und daß der eine Kontakt punkt (24, 44) der Schicht (26, 47) möglichst nahe beim Auflagepunkt des Federelements (19, 40) auf dem Aufnahmelement (21) ist und der andere Kontaktpunkt (25, 45) möglichst weit vom Auflagepunkt des Fe derelements (19, 40) entfernt ist.

7. Druckgeber nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeich net, daß der erste Anschlußkontakt (24) die Widerstandsschicht (26) und der zweite Anschlußkontakt (25) als sich jeweils aneinander schließende Ringe auf der Platte (22) ausgebildet sind.

8. Druckgeber nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeich net, daß die Widerstandschicht (47) rechteckförmig ausgebildet ist und sich die Anschlußkontakte (44, 45) an zwei sich gegenüberliegen den Seiten der Widerstandsschicht (47) befinden.