DE8120655U1 - Drucksensor - Google Patents

Description

R. 832 S

10.6.1981 Wt/Hm

ROBERT BOSCH GMBH, 7000 STUTTGART 1

Drucksensor
Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Drucksensor nach der Gattung des Hauptanspruches sowie der nebengeordneten

Ansprüche 5 und 6 ·

Es ist "bekannt, zur Messung des Druckes, insbesondere des Ansaugluftdruckes einer als Antrieb eines Kraftfahrzeuges dienenden Brennkraftmaschine, Drucksensoren zu verwenden,, die eine dem zu messenden Druck ausgesetzte Membrandose aufweisen. Dabei ist auf der einen Wand der Membrandose ein Permanentmagnet angeordnet und zwar in der Nähe eines magnetfeldempfindlichen Elementes, beispielsweise eines Hall-IC, so daß bei druckabhängiger Auslenkung der Membran der Abstand vom Permanentmagneten zum magnetfeldempfindlichen Element variiert und damit dessen Ausgangssignal beeinflußt wird. Dieses Ausgangssignal ist dann ein Maß für den gemessenen Druck.

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Es ist auch vorgeschlagen -worden, bei derartigen Drucksensoren Gtatt einer Anordnung, "bestehend aus einem Permanentmagneten und einem magnetfeldempfindlichen Element eine Anordnung aus zwei Permanentmagneten und einem magnetfeldempfindlichen Element zu verwenden, wobei diese drei Elemente gleichachsig angeordnet sind und sich das magnetfeldempfindliche Element zwischen den "beiden Permanentmagneten befindet. Der zweite Permanentmagnet dient dabei zur Einstellung des Nullpunktes bzw. zu Kompensationszwecken.

Nachteil der vorgeschlagenen Anordnung ist, daß die räumliche Zuordnung der beiden Permanentmagnete und des magnetfeldempfindlichen Elementes zueinander unveränderbar ist und nicht unterschiedlichen Anforderungen für verschiedenartige Drucksensoren angepaßt werden kann so daß keine Möglichkeit besteht, den Sensor auf einfache Weise beim Zusammenbau des Sensors abzugleichen.

Vorteile der Erfindung

Der erfindungsgemäße Drucksensor mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruches und des nebengeordneten ""^- Anspruches 5 hat demgegenüber den Vorteil, daß die räumliche Lage der beiden Permanentmagnete und des magnetfeldempfindlichen Elementes in eintr Achse zueinander beim Zusammenbau des Drucksensors eingestellt werden kann, wodurch ein Abgleich des Sensors zur Erzielung einer gewünschten Kennlinie möglich ist.

Der erfindungsgemäße Sensor mit den kennzeichnenden Merkmalen des nebengeordneten Anspruches 6 hat darüber hinaus den Vorteil, daß die Differenz zwischen einem Meßdruck und einem Referenzdruck gemessen werden kann. Der Referenzdruck kann dabei entweder seinerseits variabel sein oder ein Absolutdruck. Damit öffnet sich eine besonders einfache Möglichkeit zur Steuerung der Einspritzung einer Brennkraftmaschine, da diese Einspritzung üblicherweise in Abhängigkeit von der durchgesetzten Luftmenge erfolgt. Pie Luftmenge ist jedoch proportional der Differenz zwischen gewichtetem Atmosphärendruck und Absolutdruck im Saugrohr, so daß ein hierzu proportionales Signal, das der Last entspricht, direkt mit einem einzigen Sensor ermittelt werden kann, ohne das es, wie im Stand der Technik bekannt, hierzu zweier getrennter Sensoren bedarf.

Dieselbe Wirkung ist in vorteilhafter Weise erfindungsgemäß schließlich dadurch erzielbar, daß der Sensor mit einem druckdichten Gehäuse umgeben ist, so daß das Gehäuseinnere mit einem Meß- oder Referenzdruck beaufschlagbar ist. Da bei elektronischen Steuervorrichtungen in Kraftfahrzeugen ohnehin dichte Gehäuse zum Schutz der Schaltgeräte gegen Feuchtigkeit und dgl. verwendet werden, ist es hierdurch in besonders einfacher Weise möglich, ein Differenzdrucksignal ohne wesentliche Zusatzmaßnahmen darzustellen.

Zeichnung

.Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen: Figur 1 einen Querschnitt durch eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Drucksensors; Figur 2 einen Quer-

schnitt durch eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Drucksensors, Figur 3 einen Querschnitt durch eine dritte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Drucksensors; Figur k ein Prinzipbild eines Saugrohres einer Brennkraftmaschine; Figur 5 einen Querschnitt durch eine vierte Ausführungsform und Figur 6a-c einen Querschnitt durch eine fünfte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Drucksensors.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In Figur 1 ist mit 1 eine Membrandose bezeichnet, deren eine Wand einen ersten Permanentmagneten 2 trägt. In der Nähe des ersten Permanentmagneten 2 ist ein magnetfeldempfindliches Element 3 und in der Nähe der vom ersten Permanentmagneten 2 abgewandten Seite des magnetfeldempfindlichen Elementes 3 ein zweiter Permanentmagnet h angeordnet. Der erste Permanentmagnet 2, das magnetfeldempfindliche Element 3 und der zweite Permanentmagnet k liegen dabei in einer Achse und zwar in der Achse eines Gehäuses 5, das an seinen beiden Enden mit Sackbohrungen ausgestattet ist, die jeweils mit einem Feingewinde 6 bzw.

7 versehen sind. In die Feingewinde 6 bzw. 7 sind Scheiben

8 bzw. 9 einschraubbar. Die Scheibe 8 trägt dabei an ihrer dem Gehäuseinneren zugewandten Seite die andere Wand der Membrandose 1. Auf der anderen Scheibe 9 ist der zweite Permanentmagnet k angeordnet. Das magnetfeidempfindliche Element 3 ist schließlich über einer Halterung raumfest mit dem Gehäuse 5 verbunden.

Die Auslenkung, der Membrandose 1 ist abhängig vom Druck in der Dose und vom Druck im Gehäuse 5- Bei offenem Gehäuse - wie in Figur 1 dargestellt - mißt der Drucksensor die Differenz zwischen Meßdruck in der Membrandose 1 und Atmosphäre

Wie aus Figur 1 ohne weiteres ersichtlich, kann die relative Lage des ersten Permanentmagneten 2 zum magnetfeldempfindlichen Element 3 durch Ein- bzw. Ausdrehen der

Scheibe 8 variiert werden. Entsprechendes gilt für die Lage des zweiten Permanentmagneten h zum magnetfeldempfindlichen Element 3, die durch Ein- bzw. Ausdrehen der Schei-

be 9 varriierbar ist.

·.· Zur Vermeidung von mechanischem Spiel der Scheiben 8, 9

'■ in den Feingewinden 6, T sind schließlich Federn 10, 11

: vorgesehen, die sich einerseits auf der dem Gehäuseinneren

zugewandten Seite der Scheiben 8 bzw. 9 und andererseits auf den Absätzen der jeweiligen Sackbohrungen abstützen.

f Beim Eindrehen der Scheiben 8 bzw. 9 werden diese Federn

f · y 10 bzw. 11 vorgespannt, so daß hierdurch ein mechanisches

Spiel beseitigt wird.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind die Sackbohrungen nicht mit einem Feingewinde ausgestattet und die Scheiben werden im Paßsitz in die Bohrungen eingepreßt.

Bei dem in Figur 2 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Drucksensors wird zur Variation der relativen Lage des ersten Permanentmagneten 2 bzw. des zweiten Permanentmagneten k zum magnetfeldempfindlichen Element 3 ebenfalls eine Anordnung verwendet, bei der die Magneten 2 bzw. k von Scheiben 8' bzw. 9' in einer Achse mit dem magnetfeldempfindlichen Element 3 getragen werden. Bei der Ausführungsform gemäß Figur 2 liegen die Scheiben 8¹ bzw. 9' jedoch auf senkrecht zur Achse liegenden Endflächen des Gehäuses 5 auf und sind mit diesem verschraubt. Die Variation des Abstandes wird dabei dadurch erreicht, daß zwischen den Scheiben 8' bzw. 9¹ und dem Gehäuse 5 dünne Unterlegscheiben 12, bzw. 13 angeordnet sind, so daß durch geeignete Wahl der Dicke der Unterlegscheiben 12, 13 bzw. einer Anzahl mehrerer dünner Unterlegscheiben der gewünschte räumliche Abstand der Elemente 2, 3, h zueinander einstellbar ist.

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wobei (Λ und ß Konstanten sind und P , der Atmosphären-ν atm

druck und P der Saugrohrunterdruck. Die Konstanten Ot un
A können dabei unabhängig voneinander durch Variation

Bei dem in Figur 3 dargestellten dritten Ausführungbeispiel
eines erfindungsgemäßen Sensors ist in Abweichung zum Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2 der zweite Permanentmagnet h
nicht direkt auf der ein- und ausdrehbaren Scheibe 9 angeordnet, zwischen dem zweiten Permanentmagneten h und der
Scheibe 9 befindet sich vielmehr eine weitere Membrandose
1H, die, wie beim Ausführungsbeispiel gemäß Figur 3 als
geschlossene Absolutdruckdose ausgebildet sein kann oder
der über einen separaten Stutzen ein Referenzdruck zuführbar sein kann. |

ί Durch Einwirkung des Meßdruckes auf die Membrandose 1 und | des absoluten oder relativen Referenzdruckes auf die wei- | tere Membrandose 1U wird jeweils die Lage des ersten Per- f

mamentmagneten 2 und des zweiten Permamentmagneten k rela- |

tiv zum magnetfeldempfindlichen Element 3 geändert. Das f

Ausgangssignal dieses Elementes 3 hängt mithin vom Meß- ;

druck und vom Referenzdruck ab. Wird die zweite Membran- |

dose "\k_} wie in Figur 3 dargestellt, als Absolutdruck- ί

dose ausgebildet, eignet sich die Anordnung gemäß Figur 3 |

besonders zur Verwendung bei der Steuerung von Zündungs- |

und Einspritzanlagen in Kraftfahrzeugen. Bei diesen Anlagen ^

wird nämlich üblicherweise der Saugrohrunterdruck oder |

Saugrohrabsolutdruck in Verknüpfung mit den Atmosphären- J

druck als Steuergröße herangezogen. Durch die Anordnung ,

gemäß Figur 3 ist die Ausgangsspannung U. des magnetfeld- ;, empfindlichen Elementes 3:

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der Dosensteilheit und Magnetdaten in weiten Bereichen eingestellt werden, so daß ein gewünschtes Maß· an Höhenkorrektur entsprechend dem gemessenen. Atmospharendruck erreicht wird. Wählt man beispielsweise (X = (i , ergibt sich:

wobei P der Saugrohrabsolutdruck ist. Bei einer Einspritz

anlagen für eine Brennkraftmaschine gilt für die Einspritz menge EM, die proportional der durchgesetzten Luftmenge m

EM ~m - A

mit *P_S - ratn, ~ ry

vvv - A [(/-B) ?α*»,

wobei A und B Konstanten sind und B üblicherweise in der Größenordnung 0,05 bis 0,10 liegt. Wie ohne weiteres ersichtlich, ergibt sich damit durch den Sensor gemäß Figur 3 J unmittelbar ein der Luftmenge m und damit der Einspritzmenge EM entsprechendes Signal. |

Es versteht sich von selbst, daß die Anordnung gemäß Figur 3,

P bei der zwei Membrandosen verwendet werden, auch in der Art | ausgeführt sein kann, wie dies in Figur 2 dargestellt ist.

In Figur k ist ein Prinzipbild eines Saugrohres 20 einer Brennkraftmaschine dargestellt. Die Richtung der angesaugten Luft ist dabei mit Pfeilen 21 "bezeichnet. Im Saugrohr 20 ist um einen Drehpunkt 22 drehbar ein-e Drosselklappe in drei Stellungen 23a für geschlossene Drosselklappe, 23b für halbgeöffnete Dorsselklappe und 23c für ganz geöffnete Drosselklappe dargestellt. Schließlich sind am Saugrohr 20 Anschlüsse 2k, 25 angeordnet und zwar derart, daß bei geschlossener Drosselklappe 23a der Anschluß 2k mit dem motorseitigen Teil und der Anschluß 25 mit dem motorabgewandten Teil des Saugrohres 20, jeweils bezogen auf die Stellung der Drosselklappe 23 in Verbindung steht. Wird die Drosselklappe 23 geöffnet und befindet sie sich in der Stellung 23b, kehrt sich dieses Verhältnis um, d.h. der Anschluß 2k ist nunmehr an den motorabgewandten Teil und der Anschluß 25 an den motorzugewandten Teil des Saugrohres 20 angeschlossen. Dies bedeutet, daß die Differenz der an den Anschlüssen 2k, 25 gemessenen Druckwerte im einem Fall positiv und im anderen Fall negativ ist. Bei ganz geöffneter Drosselklappe 23c ist schließlich die Differenz der an den Anschlüssen 2k, 25 gemessenen Druckwerte praktisch gleich Null, da aufgrund der Stellung der Drosselklappe 23 sich an dieser keine Druckdifferenz mehr ausbildet.

Verbindet man n.un die Anschlüsse 2k, 25 mit den Membrandosen 1, 1U des Ausführungsbeispieles gemäß Figur 3, läßt sich in einfacher Weise zusätzlich zum analogen Signal für die Druckdifferenz zwischen Atmosphäre und Saugrohr ein digitales Signal dafür erzeugen, in welcher Stellung sich die Drosselklappe jeweils befindet, da, wie bereits erwähnt, die Druckdifferenz einmal positiv-, einmal negativ und einmal Null ist.

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Die gleiche Wirkung läßt sich mit einem Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Drucksensors gemäß Figur erzielen, "bei dem der eine Druck über einen Anschluß 30 in die Meß-Membrandose 1 eingeleitet wird und der andere Druck über einen Anschluß 3I₅ der sich in der Wandung des in diesem Falle druckdicht abgeschlossenen Gehäuses 5 befindet. Auch in diesem Fall ist die Auslenkung des Permanentmagneten 2 abhängig von der Druckdifferenz an den Anschlüssen 2k, 25, die mit den Anschlüssen 30, 31 des Drucksensors in Verbindung stehen.

Schließlich ist es auch möglich, einen Drucksensor, wie er in den Figuren 1, 2, 3 und 5 dargestellt ist, in einem weiteren Gehäuse 32 anzuordnen, wie dies beispielsweise in Figur 6a, b und c angedeutet ist. Das Gehäuse 32 ist dabei ebenfalls druckdicht ausgeführt. Im Gehäuse 32 befinden sich zwei Anschlüsse 30a und 31a, die in dem in Figur 6 gezeigten Ausführungsbeispiel mit der Membrandose 1 über eine Leitung 3k bzw. mit dem Gehäuseinneren über eine Leitung 33 in Verbindung stehen. Entsprechend wie bei den Sensoren gemäß Figuren 3 und 5 stehen dabei die Anschlüsse 2k, 25 des Saugrohres 20 mit den Anschlüssen 30a, 31a oder umgekehrt in Verbindung. Die Auslenkung des Permanentmagneten 2 ist damit wiederum eine Funktion der Druckdifferenz, so daß wiederum ein der Drosselklappenstellung entsprechendes Signal erzeugt wird.

Bei den heute üblichen elektronischen Steuersystemen für Brennkraftmaschinen in Kraftfahrzeugen ist das Steuergerät von einem Gehäuse umgeben, das das Steuergerät gegen Feuchtigkeit und dgl. schützt. Wird dieses Gehäuse nun druckdicht ausgeführt, kann es als Gehäuse 32 dienen, wie es in Figur 6a bis c dargestellt ist.

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wwtoMwipWR. Es ist daher insgesamt möglich, mit nur geringem Mehraufwand (Dichtung und zusätzlicher Anschluß) eine Anordnung zu erzielen, mit der die Messung der Druckdifferenz am Saugrohr 20 in der oben beschriebenen Weise zur Steuerung von Motorgrößen möglich ist.

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10.6.1981 Wt/Hm

ROBERT BOSCH GMBH, 7000 STUTTGART

Drucksensor
Zusammenfassung

Es "wird ein Drucksensor vorgeschlagen, "bei dem in einem Gehäuse (5) in einer Achse ein auf einer Membrandose (1) angebrachter erster Magnet (2), ein magnetfeldempfindliches Element (3) und ein zweiter, zu Abstimmzwecken dienender Magnet (h) angeordnet sind. Zum Abgleich des Drucksensors sind die Magnete (2, k) in der Achse in ihrer Lage justierbar (Figur 1).

Claims (1)

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   IO.6.I98I Wt/'Hm

   ROBERT BOSCH GMBH, 7OOO STUTTGART 1

   Ansprüche

   1. Drucksensor mit einem Gehäuse, in dessen Achse nahe "beieinander hintereinander angeordnet sind a) eine einem Meßdruck ausgesetzte Membrandose (1),

   deren eine Wand einen ersten Permanentmagneten (2) trägt,

   to) ein magnetfeldempfindliches Element (3),

   c) ein zweiter Permanentmagnet (k)

   I₁. gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

   d) das Gehäuse (5) weist zwei in der Achse liegende Bohrungen auf;

   e) in die Bohrungen sind Scheiten (8, 9)

   f eingesetzt, von denen die eine die andere

   Wand der Memtrandose (1) und die andere den zweiten Permanentmagneten (U) trägt.

   2. Drucksensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrungen jnit je einem Muttergewinde, insbesondere Fgingewinde (6, T) ausgestattet sind und die Scheiben (8, 9) in die Feingewinde (6, 7) geschraubt sind.

   3. Drucksensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,

   ,f daß im Gehäuse (5) Federn (10, 11) zwischen den Scheiben

   j ->. (8, 9) und Auflagen im Gehäuse (5) angeordnet sind.

   f k. Drucksensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

   daß die Scheiben im Paßsitz in die Bohrungen eingepreßt sind.

   5. Drucksensor mit einem Gehäuse, in dessen Achse nahe beieinander hintereinander angeordnet sind

   a) eine einem Meßdruck ausgesetzte Membrandose (1), deren eine Wand einen ersten Permanentmagneten (2) trägt;

   b) ein magnetfeldempfindliches Element (3);

   c) ein zweiter Permanentmagnet (k) gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale

   d) die andere Seite der Membrandose (5) und der zweite Permanentmagnet (k) sind auf je einer Scheibe (8¹, 9') angeordnet;

   e) die Scheiben (8', 9') sind auf senkrecht zur Achse liegenden Endflächen des Gehäuses (5) geschraubt;

   f) zwischen den Scheiben (8·, 9') und den Endflächen befinden sich dünne Unterlegscheiben (12, 13).

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   6. Drucksensor mit einem Gehäuse, in dessen Achse nahe
   beieinander hintereinander angeordnet sind

   a) eine einem Meßdruck ausgesetzte Membrandose (1)>
   deren eine Wand einen ersten Permament-magneten (2)
   trägt;

   b) ein magnetfeldempfindliches Element (3);

   c) ein zweiter Permanentmagnet (h),

   gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale . |

   d) es ist eine weitere, einem absoluten oder relativen r Referenzdruck ausgesetzte Membrandose (1^) in der | Achse angeordnet, deren eine Wand den zweiten Per- I? mamentmagneten (h) trägt. ''

   7. Drucksensor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, |

   daß das Gehäuse (5) zwei in der Achse liegende Bohrungen

   aufweist und in die Bohrungen Scheiben (8, 9) eingesetzt ί

   ί sind, von denen die eine die andere Wand der Membrandose |

   (5) und die andere die andere Wand der weiteren Membran- ί dose ( 1 k) trägt. i>

   8. Drucksensor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, |

   daß die Bohrungen mit je einem Muttergewinde, insbesondere it

   Feingewinde (6, 7) ausgestattet sind und die Scheiben i.

   (8,9) in die Feingewinde (6, 7) geschraubt sind. i

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   •9. Drucksensor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß im Gehäuse (5) Federn (10, 11) zwischen den Scheiten (8, 9) und Auflagen im Gehäuse (5) angeordnet sind.

   10. Drucksensor nach Anspruch T₅ dadurch gekennzeichnet, daß die Scheiten im Paßsitz in die Bohrungen eingepreßt sind.

   11. 'Drucksensor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die andere Seite der Membrandose (5) und die andere Seite der weiteren Membrandose (1U) auf je einer Scheibe (8', 9¹) angeordnet sind, die Scheiben (8, 9') auf senkrecht zur Achse liegende Endflächen des Gehäuses (5) geschraubt sind und sich zwischen den Scheiben (8¹, 9') auf senkrecht zur Achse liegende Endflächen des Gehäuses (5) geschraubt sind und sich zwischen den Scheiben (8', 9') und den Endflächen dünne Unterlegscheiben (12, 13) befinden.

   12. Drucksensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (5) oder ein das Gehäuse (5) umgebendes weiteres Gehäuse (32) druckdicht ausgeführt und mit einem ersten Anschluß (31a) versehen ist, daß eine der Membrandosen (1, 1k) mit einem weiteren Anschluß (30a) versehen ist und daß die Anschlüsse (30a, 31a) an das Saugrohr (20) oberhalb (2k) bzw. unterhalb (25) der Drosselklappe (23) angeschlossen sind.

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   13. Drucksensor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das weitere Gehäuse (32) zusätzlich zur Aufnahme eines elektronischen Steuergerätes für die Brennkraftmaschine dient.

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