DE69106411T2

DE69106411T2 - Piezoelektrischer Druckaufnehmer.

Info

Publication number: DE69106411T2
Application number: DE69106411T
Authority: DE
Inventors: Hiroki Kusakabe; Tohru Okauchi; Masuo Takigawa
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1990-03-16
Filing date: 1991-03-15
Publication date: 1995-08-17
Anticipated expiration: 2011-03-16
Also published as: EP0447255A3; EP0574046A3; CA2038226A1; KR910017178A; EP0447255A2; CA2038226C; ES2066347T3; EP0447255B1; DE69106411D1; TW221491B; US5138885A; EP0574046A2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen piezoelektrischen Drucksensor, der zum Erfassen eines Druckes, wie etwa eines Verbrennungsdruckes innerhalb eines Zylinders eines Verbrennungsmotors geeignet ist.

Beschreibung des zugehörigen Standes der Technik

Herkömmlicherweise wurde oftmals ein piezoelektrischer Drucksensor verwendet, der einen piezoelektrischen Effekt nutzt, daß das Anlegen von Spannung die Erzeugung einer elektrischen Veränderung induziert. Insbesondere in der jüngeren Vergangenheit war die Entwicklung eines Drucksensors, der zum Erfassen eines Verbrennungsdruckes innerhalb eines Zylinders eines Verbrennungsmotors oder ähnliches geeignet ist, wirtschaftlich vielversprechend. Figur 5 zeigt einen grundsätzlichen Aufbau eines piezoelektrischen Drucksensors, der in der japanischen nicht geprüften Patentveröffentlichung Nummer 63- 109342 aufgezeigt ist. Dabei handelt es sich um eine vertikale Schnittansicht des Sensors, in welchem ein piezoelektrisches Element 34 im Inneren eines Sensorgehäuses 31 vorgesehen ist. Wenn eine obere Befestigungsschraube 35 durch einen Gewindeabschnitt 35a festgezogen wird, wird das piezoelektrische Element 34 durch ein Druckübertragungsglied 33 gepreßt und gegen die Rückseite einer Druckaufnahmefläche 32 fixiert, die in Form einer Membran gearbeitet ist, während es eine Vorspannung erhält. Diese Vorspannung ist erforderlich, um einen negativen Druck zu messen, insbesondere dann, wenn ein Verbrennungsdruck innerhalb eines Zylinders eines Verbrennungsmotors gemessen wird.
Der Betrieb des Drucksensors wird nachfolgend beschrieben.
Ein zu messender Druck wird von der Außenseite des Sensorgehäuses 31 an die Druckaufnahmefläche 32 angelegt. Dieser Druck wird durch das Druckübertragungsglied 33 übertragen, so daß ein innerer Umfangsabschnitt des zylindrisch geformten piezoelektrischen Elements 34 mit Druck beaufschlagt wird, während ein äußerer Umfangsabschnitt des piezoelektrischen Elements 34 durch die Gegenwirkung der oberen Befestigungsschraube 35 herabgedrückt wird. Das hat zur Folge, daß dem piezoelektrischen Element 34 eine Scherkraft erteilt wird, da die abwärts gerichtete Kraft auf seinen oberen äußeren Umfang ausgeübt wird, wohingegen die nach oben gerichtete Kraft auf den unteren inneren Umfang ausgeübt wird. Entsprechend dieser Spannung wird dann eine elektrische Ladung erzeugt, die in Form eines elektrischen Signales von Elektroden (nicht dargestellt) erfaßt wird, die an dem piezoelektrischen Element 34 vorgesehen sind.
Die vorstehend beschriebene Anordnung bringt jedoch die folgenden Probleme mit sich.
Ein erstes Problem wird unter Bezug auf Figur 6 erläutert. Um den Drucksensor in einen Motorblock 36 einzusetzen, der einer Druckmessung zu unterziehen ist, wird ein Gewindeabschnitt 31a des Sensorgehäuses in eine Gewindebohrung im Motorblock 36 eingesetzt und anschließend wird das Sensorgehäuse 31 in dem Motorblock 36 festgezogen. Mit dem Festziehen des Sensorgehäuses 31 wird der untere Abschnitt des Sensorgehäuses 31, der den Gewindeabschnitt 31a einschließt, in eine durch einen Pfeil A angegebene Richtung gepreßt, während der obere Abschnitt des Sensorgehäuses 31 durch die Oberfläche des Motorblocks 36 zurückgehalten wird und mit einer in eine durch Pfeile B angegebene Richtung wirkenden Kraft beaufschlagt wird. Hinsichtlich des gesamten Sensorgehäuses 31 wird daher bezüglich eines Abschnittes in der Nähe eines Dichtelements 40 eine Zugspannung erzeugt, was eine Verspannung in seiner Axialrichtung zur Folge hat. In dieser Situation wird die Position der oberen Befestigungsschraube 35 fixiert. Da jedoch der Gewindeabschnitt 31a des Sensorgehäuses festgezogen ist, sind die Position der Druckaufnahmefläche 32 und die Position des Druckübertragungsglieds 33 in Richtung A verschoben und die Vorspannung, die bezüglich des piezoelektrischen Elements 34 voreingestellt ist, wird allmählich verringert, wodurch in nachteiliger Weise eine Schwankung des Sensorausgangssignals erzeugt wird. Zusätzlich wird der Kontakt des piezoelektrischen Elements 34 mit dem Druckübertragungsglied 33 und mit der oberen Befestigungsschraube 35 instabil, was den übertragenen Druck ungleichförmig macht oder die Druckübertragung unmöglich macht.
Ein zweites Problem wird nachfolgend beschrieben. Die Druckaufnahmefläche 32 des Sensorgehäuses 31 wird gewöhnlich in axialer Richtung durch eine Festziehkraft der oberen Befestigungsschraube 35 durch das Druckübertragungsglied 33 und das piezoelektrische Element 34 druckbeaufschlagt. Ein Abschnitt, in welchem die Druckaufnahmefläche 32 mit dem Druckübertragungsglied 33 in Berührung steht, ist in vergrößerter Schnittdarstellung in Figur 7 gezeigt. Wie in dieser Zeichnung dargestellt, wird bedingt durch die Festziehkraft der oberen Befestigungsschraube die Druckaufnahmefläche 32 in Richtung der dem Druckübertragungsglied 33 entgegengesetzten Seite gepreßt und nach unten gebogen. Da das Druckübertragungsglied 33 aus einem keramischen Werkstoff oder ähnlichem mit einer hohen Steifigkeit gebildet ist, welcher Druck effektiv überträgt, ist die dergestalt gebogene Druckaufnahmefläche 32 nicht in Oberflächenkontakt mit dem Druckübertragungsglied 33, sondern nur ein äußerer Umfangsabschnitt der Stirnfläche des Druckübertragungsglieds ist in Kontakt mit der Rückseite der Druckaufnahmefläche 32. Dadurch konzentriert sich die Spannung auf diesen Kontaktabschnitt alleine und wenn die Druckaufnahmefläche 32 durch eine zu messende Kraft aus einem Bereich 38 beaufschlagt wird, bricht der äußere Umfangsabschnitt der Stirnfläche des Druckübertragungsglieds 33 durch die konzentrierte Spannung, so daß das Druckübertragungsglied 33, das auf diese Weise zerbrochen wurde, sich in nachteiliger Weise auf die exakte Druckmessung auswirkt.
Eine weitere Vorrichtung nach dem Stand der Technik ist in der DE-C-3811311 beschrieben.
Die vorliegende Erfindung zielt auf eine Lösung des ersten Problems ab.
Gemäß vorliegender Erfindung wird ein piezoelektrischer Drucksensor geschaffen, umfassend:
ein Gehäuse, das eine Druckaufnahmefläche und einen Gewindeabschnitt beinhaltet und eine äußere Umfangsfläche aufweist, die sich von der Druckaufnahmefläche zu dem Gewindeabschnitt erstreckt und zylindrisch geformt ist;
ein Druckübertragungsglied, das in dem Gehäuse vorgesehen ist und ein erstes Ende sowie ein zweites Ende hat, wobei das erste Ende mit der Rückseite der Druckaufnahmefläche in Kontakt steht;
ein piezoelektrisches Element, das in dem Gehäuse vorgesehen ist und mit dem zweiten Ende des Druckübertragungsglieds in Kontakt steht; und
eine obere Befestigungsschraube, die im Inneren des Gehäuses vorgesehen ist, um das piezoelektrische Element zu sichern,
dadurch gekennzeichnet, daß
die obere Befestigungsschraube, das piezoelektrische Element und das Druckübertragungsglied näher an der Druckaufnahmefläche angeordnet sind als der Gewindeabschnitt. Bei diesem Aufbau tritt sogar dann, wenn eine Festziehkraft die Verspannung des Sensorgehäuses in seiner axialen Richtung verursacht, wenn der Einsetzgewindeabschnitt festgezogen wird, um den Sensor in einen Motorblock eines Motors einzusetzen, diese Verspannung an einer Stelle auf, wo sie keinen Einfluß auf andere Elemente im Inneren des Sensorgehäuses hat. Daher wird die räumliche Beziehung der oberen Befestigungsschraube, eines piezoelektrischen Elements, eines Druckübertragungsglieds und einer Druckaufnahmefläche nicht nachteilig beeinflußt, und eine vorbestimmte Vorspannung wird nicht verringert, wodurch eine exakte Messung eines Druckes ermöglicht wird.
Zusätzlich kann auf der Rückseite der Druckaufnahmefläche ein vorspringender Abschnitt vorgesehen sein, um die Oberfläche des vorspringenden Abschnitts in Oberflächenkontakt mit einer Stirnfläche des Druckübertragungselements zu bringen, oder ein Abstandshalter ist zwischen der Rückseite der Druckaufnahmefläche und der Stirnfläche des Druckübertragungsglieds vorgesehen, welcher aus einem Material geformt ist, das in entsprechender Weise weich ist, so daß es sich nicht störend auf die Druckübertragung auswirkt. Bei einem derartigen Aufbau werden auch dann, wenn die Druckaufnahmefläche durch das Druckübertragungsglied druckbeaufschlagt und, bedingt durch die Festziehkraft der oberen Befestigungsschraube, nach unten gebogen wird, die Rückseite der Druckaufnahmefläche und das Druckübertragungsglied oder der Abstandshalter konstant in Oberflächenkontakt miteinander gehalten, was verhindert, daß sich die Spannung auf einen äußeren Umfangsabschnitt des Druckübertragungsglieds konzentriert und ebenso verhindert, daß das Druckübertragungsglied bricht, wodurch eine zuverlässige und exakte Durchführung der Druckmessung ermöglicht wird.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Beispiels unter besonderer Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben. In den Zeichnungen ist:
Figur 1 eine Schnittansicht eines piezoelektrischen Drucksensors gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Figur 2 eine Schnittansicht des piezoelektrischen Drucksensors gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung, wenn dieser in den Motorblock eines Motors eingesetzt ist;
Figur 3 eine weitere Schnittansicht des piezoelektrischen Drucksensors gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung, wenn er in den Motorblock eines Motors eingesetzt ist;
Figur 4 eine Schnittansicht eines piezoelektrischen Drucksensors gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Figur 5 eine Schnittansicht eines herkömmlichen piezoelektrischen Drucksensors;
Figur 6 eine Schnittansicht des herkömmlichen piezoelektrischen Drucksensors, wenn dieser in den Motorblock eines Motors eingesetzt ist;
Figur 7 eine vergrößerte Schnittansicht, die den herkömmlichen piezoelektrischen Drucksensor teilweise zeigt; und
Figur 8 eine vergrößerte Schnittansicht, die den piezoelektrischen Drucksensor gemäß der ersten Ausführungsform teilweise zeigt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend unter Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben.
Figur 1 ist eine Schnittansicht einer Ausführungsform eines piezoelektrischen Drucksensors gemäß der vorliegenden Erfindung. In dieser Zeichnung bezeichnet Bezugszeichen 11 ein Sensorgehäuse, welches einen bolzenartigen äußeren Aufbau hat und an seinem einen Ende eine Druckaufnahmefläche 13 in Form einer Membran aufweist, um den Druck eines Bereiches eines Motors, der gemessen werden soll, aufzunehmen. Ein Einsetzgewindeabschnitt 12 zum Einsetzen des Drucksensors in einen Motorblock des Motors ist vorgesehen. Ferner ist ein Druckübertragungsglied 14 zum Übertragen eines Meßdruckes von der Druckaufnahmefläche 13 zu einem piezoelektrischen Element 15 vorgesehen. Das piezoelektrische Element 15 hat eine zylindrische Form und seine Polarisation in der Axialrichtung dient dazu, den aufgenommen Druck in ein elektrisches Signal umzuwandeln. Eine obere Befestigungsschraube 16 dient dazu, diese Elemente fest miteinander zu verbinden, indem der obere äußere Umfangsabschnitt des piezoelektrischen Elements 15 mit Druck beaufschlagt wird. Eine Führung 17 für das Druckübertragungsglied ist zur Positionierung des Druckübertragungsglieds 14 vorgesehen. Die Druckaufnahmefläche 13 ist auf ihrer Rückseite mit einem Abschnitt 18 versehen, der von der Druckaufnahmefläche vorragt.
Der piezoelektrische Drucksensor dieser Ausführungsform ist aus den vorstehend beschriebenen Elementen gebildet. Von diesen Elementen sind der Einsetzgewindeabschnitt 12, die Druckaufnahmefläche 13 und die obere Befestigungsschraube 16 aus rostfreiem Stahl hergestellt und haben jeweils eine hervorragende Wärmebeständigkeit, und das Druckübertragungsglied 14 ist aus einem Keramikstrukturmaterial hergestellt, das hinsichtlich elektrischer Isolierung und thermischer Isolierung überragende Eigenschaften hat. Die Führung 17 für das Druckübertragungsglied ist aus Tetrafluoridethylenharz hergestellt und das piezoelektrische Element 15 ist aus piezoelektrischem Bleititanatkeramikmaterial hergestellt.
Eines der Merkmale dieses Sensors betrifft eine Lagebeziehung zwischen der oberen Befestigungsschraube 16, die im Inneren des Sensorgehäuses 11 vorgesehen ist, und dem Einsetzgewindeabschnitt 12 des Sensorgehäuses 11. Dieses Merkmal liegt darin, daß der Einsetzgewindeabschnitt 12 an einer von der Druckaufnahmefläche 13 entfernteren Position (näher zu der oberen Seite der Zeichnung) angeordnet ist als die obere Befestigungsschraube 16. Die Funktion und die Wirkungsweise des Drucksensors mit diesem Aufbau wird nachfolgend beschrieben.
Figur 2 zeigt den Drucksensor aus Figur 1 in eingesetztem Zustand in dem Motorblock des Motors. Wie die Zeichnung zeigt, wird ein Dichtelement in Position gebracht, wenn der Drucksensor in den Motorblock des Motors eingesetzt wird. Wird ein derartiges Dichtelement nicht verwendet, würde der Druck des Hochtemperaturgases in dem zu messenden Bereich des Motors verursachen, daß das Gas durch einen Spalt zwischen dem Sensorgehäuse und dem Motorblock austritt, so daß das Sensorgehäuse vollständig dem Hochtemperaturgas ausgesetzt ist. Um die Abdichtung zu bewirken, wird zwischen der Unterfläche des Einsetzgewindeabschnitts und dem Motorblock ein Dichtelement gehalten, wie in Figur 2 dargestellt, oder zwischen der unteren Fläche des Kopfes des Sensorgehäuses und der Oberfläche des Motorblocks, wie in Figur 3 dargestellt.
Wie Figur 2 zeigt, ist ein Dichtelement 20 zwischen dem Motorblock 19 und dem Sensorgehäuse 11 vorgesehen, um zu verhindern, daß das Hochtemperatur- und Hochdruckgas in dem, zu messenden Bereich austritt. Wenn der Einsetzgewindeabschnitt 12 festgezogen wird, um das Sensorgehäuse 11 in den Motorblock 19 einzusetzen, verursacht diese Festziehkraft, daß ein Teil in der Nähe des Einsetzgewindeabschnitts 12 eine Druckkraft in axialer Richtung des Sensorgehäuses 11 aufnimmt, was zu einer Druckverspannung dieses Teiles in axialer Richtung führt, wodurch der Abstand von dem Dichtelement 20 zu dem Einsetzgewindeabschnitt 12 variiert. Die Festziehkraft führt jedoch keine Verspannung zwischen der oberen Befestigungsschraube 16, die das piezoelektrische Element 15 fixiert, und der Druckaufnahmefläche 13 herbei und folglich wird keine Veränderung in der Distanz dieses Bereiches verursacht und die Vorspannung oder vorab erteilte Spannung auf dem piezoelektrischen Element 15 bleibt unverändert.
Figur 3 zeigt eine weitere Ausführungsform, bei der ein Dichtelement 20' unterhalb des Sensorgehäusekopfes 21 vorgesehen ist. Wenn bei dieser Ausführungsform der Einsetzgewindeabschnitt 12 festgezogen wird, um das Sensorgehäuse 11 in den Motorblock 19 einzusetzen, verursacht diese Festziehkraft eine Zugkraft über einen Teil in der Nachbarschaft des Dichtelements 20' in axialer Richtung des Sensorgehäuses 11, was zur Zugverspannung dieses Bereiches in axialer Richtung führt, womit die Distanz jedes Teiles in der Nähe des Dichtelements 20' verändert wird. Die Festziehkraft hat jedoch keinen Einfluß zwischen der oberen Befestigungsschraube 16, die das piezoelektrische Element 15 fixiert, und der Druckaufnahmefläche 13, ähnlich wie bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform, und daher wird keine Veränderung in der Vorspannung auf dem piezoelektrischen Element 15 verursacht.
Somit sind derartige Elemente, wie die obere Befestigungsschraube, das piezoelektrische Element und das Druckübertragungsglied, näher an dem zu messenden Bereich angeordnet als der Einsetzgewindeabschnitt, so daß ein sehr zuverlässiger Sensor erhalten werden kann mit dem Aufbau, bei welchem die Festziehkraft, die während des Einsetzen des Sensorgehäuses in den Motorblock erzeugt wird, keinen Einfluß auf die Vorspannung des piezoelektrischen Elements ergibt.
Ein weiteres Merkmal dieses Sensors ist, daß der Abschnitt 18, der von der Druckaufnahmefläche vorragt, auf der Rückseite der Druckaufnahmefläche 13 vorgesehen ist, wie in Figur 1 dargestellt. Eine Stirnfläche des Druckübertragungsglieds 14 ist mit dem vorragenden Abschnitt 18 in Oberflächenkontakt. Figur 7 ist eine vergrößerte Ansicht, die den Sensor teilweise zeigt, wenn die obere Befestigungsschraube 16 festgezogen ist, um dem piezoelektrischen Element 15 eine Vorspannung zu erteilen. Auch wenn die Druckaufnahmefläche 13 unter dem Einfluß der Vorspannung nach unten gebogen wird, wie in dieser Zeichnung dargestellt, sind das Druckübertragungsglied 14 und die Druckaufnahmetläche 13 durch den vorragenden Abschnitt 18 immer noch in Oberflächenkontakt miteinander, so daß die Kanten der Unterfläche des Druckübertragungsglieds 14 nicht durch die konzentrierte Spannung beeinflußt werden und demgemäß gegen Zerbrechen geschützt sind, was eine zuverlässige und exakte Druckübertragung ermöglicht.
Es kann auch ein in Figur 4 dargestellter Aufbau verwendet werden. Genauer schließt dieser Aufbau einen scheibenförmigen Abstandshalter 28 für das Druckübertragungsglied 14 ein, der zwischen dem Druckübertragungsglied 14 und einer Druckaufnahmefläche 23 vorgesehen ist. Der Abstandshalter 28 für das Druckübertragungsglied ist aus weichem Metall, wie z.B. Aluminium oder Kupfer, hergestellt. Mit dieser Anordnung kann der Abstandshalter 28 für das Druckübertragungsglied in Oberflächenkontakt mit dem Druckübertragungsglied 14 gehalten werden, wenn das Druckübertragungsglied 14 unter dem Einfluß der Vorspannung auf die Druckaufnahmefläche 23 gepreßt wird.
Desweiteren wird dieser Oberflächenkontakt durch eine ringartige Oberfläche des Abstandshalters 28 für das Druckübertragungsglied vollzogen, welche der Konfiguration der Rückseite der Druckaufnahmefläche 23 entspricht. Daher wird sich die Spannung nicht in einem Bereich auf der Kontaktfläche des Druckübertragungsglieds 14 konzentrieren und das Druckübertragungsglied 14 wird nicht zerbrochen, was eine zuverlässige und exakte Druckübertragung ermöglicht.
Zu Figur 1 ist anzumerken, daß insbesondere aufgrund der Tatsache, daß die Führung 17 für das Druckübertragungsglied in dieser Ausführungsform verwendet wird, die Position des Druckübertragungsglieds 14 eingestellt werden kann. Die Führung 17 für das Druckübertragungsglied ist so gearbeitet, daß sie eine zylindrische Form in der Weise hat, daß die Achse der äußeren Zylinderfläche und die Achse der inneren Zylinderfläche miteinander mit einem hohen Maß an Genauigkeit fluchten. Ferner ist die äußere Zylinderfläche der Führung 17 für das Druckübertragungsglied so gearbeitet, daß sie in engem Kontakt und dicht passend in das Innere des Sensorgehäuse 11 eingeführt wird, und die innere Zylinderfläche der Führung 17 für das Druckübertragungsglied ist so gearbeitet, daß das Druckübertragungsglied 14 und der vorragende Abschnitt 18 in engem Kontakt und dicht in das Innere der Führung 17 eingeführt werden. Wenn demgemäß die Führung 17 für das Druckübertragungsglied in das Sensorgehäuse 11 eingesetzt wird, bevor das Druckübertragungsglied 14 und der vorragende Abschnitt 18 in diese Führung eingesetzt werden, können der Mittelpunkt des Druckübertragungsglieds 14 exakt mit der Mitte der Druckaufnahmefläche 13 und der Mitte ihres konvexen Abschnittes 18 fluchtend ausgerichtet werden, und die Achse des Druckübertragungsglieds 14 kann exakt im rechten Winkel zur Druckaufnahmefläche 13 und der Oberfläche ihres vorragenden Abschnittes 18 gehalten werden. Mit dieser Führung 17 für das Druckübertragungsglied kann daher der Druck des zu messenden Bereiches, der an die Druckübertragungsfläche 13 angelegt wird, zuverlässig und exakt durch das Druckübertragungsglied 14 zu dem piezoelektrischen Element 15 übertragen werden, was die Druckmessung ohne Bruch des Druckübertragungsglieds 14 und des piezoelektrischen Elements 15 ermöglicht.
Die Führung 17 für das Druckübertragungsglied sollte so angeordnet sein, daß ein Widerstand gegen das Einführen des Druckübertragungsglieds 14, ein Zusammendrücken desselben oder eine störende Auswirkung auf die Funktion des Druckübertragungsglieds 14 vermieden wird, welches den Druck auf das piezoelektrische Element 15 überträgt. Andererseits ist es erforderlich, daß die Führung 17 für das Druckübertragungsglied die Position des Druckübertragungsglieds 14 einstellt. Aus diesem Grund wird Tetrafluoridethylenharz als Material der Führung 17 für das Druckübertragungsglied verwendet. Tetrafluoridethylenharz ist durch selbstschmierende Eigenschaften und eine hohe elektrische Isolation gekennzeichnet. Bedingt durch die selbstschmierende Eigenschaft des Tetrafluoridethylenharzes als Material der Führung für das Druckübertragungsglied wird zwischen dem Druckübertragungsglied 14 und seiner Führung 17 eine geringe Reibung verursacht, und das Druckübertragungsglied 14 kann in axialer Richtung beinahe ohne Widerstand bewegt werden, obgleich eine Bewegung des Druckübertragungsglieds 14 in radialer Richtung durch die Führung 17 für das Druckübertragungsglied eingeschränkt ist. Entsprechend wird der durch das Druckübertragungsglied 14 übertragene Druck nicht durch die Führung 17 für das Druckübertragungsglied verringert.
Die Führung 17 für das Druckübertragungsglied kann so geformt sein, daß sie die Position des piezoelektrischen Elements 15 wie auch die Position des Druckübertragungsglieds 14 einstellen kann, wie in Figur 4 gezeigt. Obgleich das piezoelektrische Element 15 durch die obere Befestigungsschraube 16 positioniert wird, kann deren Gewindeabschnitt manchmal geringfügig lose werden. Daher ermöglicht eine Führung 27 für das Druckübertragungsglied, die zum Einstellen sowohl der Position des piezoelektrischen Elements 15 als auch der Position der Druckübertragungsglieds 14 eingerichtet ist, eine stabile und sichere Druckübertragung mit einem hohen Maß an Zuverlässigkeit, während sie den Bruch des Druckübertragungsglieds 14 und des piezoelektrischen Elements 15 verhindert. Es sei angemerkt, daß ein hochisolierendes Material für die Führung für das Druckübertragungsglied verwendet werden sollte, da die Ausgangsimpedanz des piezoelektrischen Elements so hoch ist, daß sogar dann, wenn ein geringes Ausmaß elektrischer Ladung, die an den Elektroden erzeugt wurde, leckt, das Ausgangssignal verringert wird, wodurch es unmöglich wird, den Druck exakt zu messen. Tetrafluoridethylenharz ist eine der am stärksten isolierenden Harzarten und demgemäß kann das Lecken von elektrischer Ladung durch die Führung 17 für das Druckübertragungsglied auf einen Mindestwert verringert werden, um so die Druckübertragung mit einem hohen Maß an Zuverlässigkeit und einem hohen Maß an Exaktheit auszuführen. Anstelle von Tetrafluoridethylenharz kann jedes andere Material für die Führung 17 für das Druckübertragungsglied verwendet werden, sofern es selbstschmierende Eigenschaften und eine hohe elektrische Isolierung aufweist.
Die Führung 17 für das Druckübertragungsglied der in Figur 1 gezeigten Konfiguration kann in der in Figur 4 gezeigten Ausführungsform verwendet werden und in ähnlicher Weise kann die Führung für das Druckübertragungsglied mit der in Figur 4 dargestellten Konfiguration in der in Figur 1 gezeigten Ausführungsform verwendet werden.
Obgleich der Druck an das piezoelektrische Element in den vorstehend genannten Ausführungsformen durch Scherwirkung angelegt wird, kann die Druckbeaufschlagung auch durch Kompression bewirkt werden.
Wie vorstehend beschrieben sind Elemente wie die obere Befestigungsschraube, das piezoelektrische Element und das Druckübertragungsglied näher an dem zu messenden Bereich als der Einsetzgewindeabschnitt des Sensorgehäuses angeordnet, so daß ein sehr zuverlässiger piezoelektrischer Drucksensor mit einem Aufbau erhalten werden kann, bei welchem die Festziehkraft, die beim Einsetzen des Sensorgehäuses in den Motorblock des Motors erzeugt wird, keinen Einfluß auf die Vorspannung auf das piezoelektrische Element ergibt, um so die Vorspannung auf einem vorbestimmten Wert zu halten.
Zusätzlich ragt der von der Druckaufnahmefläche vorragende Abschnitt vor oder der Abstandshalter für das Druckübertragungsglied ist auf der Rückseite der Druckaufnahmefläche vorgesehen, um den Oberflächenkontakt zwischen der Rückseite der Druckaufnahmefläche und dem Druckübertragungsglied sicherzustellen, wodurch der gleichförmige und zuverlässige piezoelektrische Drucksensor geschaffen wird.

Claims

1. Piezoelektrischer Drucksensor, umfassend:

ein Gehäuse (11), das eine Druckaufnahmefläche (13) und einen Gewindeabschnitt (12) beinhaltet und eine äußere Umfangsfläche aufweist, die sich von der Druckaufnahmefläche zu dem Gewindeabschnitt erstreckt und zylindrisch geformt ist;

ein Druckübertragungsglied (14), das in dem Gehäuse (11) vorgesehen ist und ein erstes Ende sowie ein zweites Ende hat, wobei das erste Ende mit der Rückseite der Druckaufnahmefläche (13) in Kontakt steht;

ein piezoelektrisches Element (15), das in dem Gehäuse vorgesehen ist und mit dem zweiten Ende des Druckübertragungsgliedes (14) in Kontakt steht; und

eine obere Befestigungsschraube (16), die im Inneren des Gehäuses vorgesehen ist, um das piezoelektrische Element (15) zu sichern, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Befestigungsschraube (16), das piezoelektrische Element (15) und das Druckübertragungsglied (14) näher an der Druckaufnahmefläche angeordnet sind als der Gewindeabschnitt (12).

2. Piezoelektrischer Drucksensor nach Anspruch 1, bei dem ein Druck in der Weise angelegt wird, daß eine Scherspannung durch das piezoelektrische Element (l5) erzeugt wird, was die Erzeugung einer elektrischen Ladung zur Folge hat, die erfaßt werden kann.

3. Piezoelektrischer Drucksensor nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das piezoelektrische Element (15) aus einem piezoelektrischen Bleititanatmaterial hergestellt ist.

4. Piezoelektrischer Drucksensor nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei dem eine Positionierführung (17) zum Einstellen der Position des Druckübertragungsgliedes (14) zwischen dem Druckübertragungsglied (14) und der inneren Seitenwand des Gehäuses oder zwischen dem piezoelektrischen Element (15), dem Druckübertragungsglied (14) und der inneren Seitenwand des Gehäuses vorgesehen ist.

5. Piezoelektrischer Drucksensor nach Anspruch 4, bei dem die Positionierführung (17) aus Tetrafluoridethylenharz gebildet ist.

6. Piezoelektrischer Drucksensor nach einem der vorstehenden Ansprüche,

der eine Einrichtung (18, 28) zum Aufrechterhalten des Oberflächenkontaktes beinhaltet, die zwischen der Rückseite der Druckaufnahmefläche (13) und dem Druckübertragungsglied (14) vorgesehen ist, so daß die Einrichtung zum Aufrechterhalten des Oberflächenkontaktes und das Druckübertragungsglied in Oberflächenkontakt miteinander bleiben.

7. Piezoelektrischer Drucksensor nach Anspruch 6, bei dem die Einrichtung (18) zum Aufrechterhalten des Oberflächenkontaktes ein auf der Rückseite der Druckaufnahmefläche (13) ausgebildeter vorspringender Abschnitt ist.

8. Piezoelektrischer Drucksensor nach Anspruch 6, bei dem die Einrichtung zum Aufrechterhalten des Oberflächenkontaktes ein Abstandhalter (28) ist.

9. Piezoelektrischer Drucksensor nach Anspruch 8, bei dem der Abstandhalter (28) aus Aluminium oder Kupfer hergestellt ist.