JP2010271321A - 内燃機関の燃焼室圧を検出するための装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関、特にオットーエンジンの燃焼室圧を検出するための装置（１１０）を提供する。
【解決手段】装置（１１０）は、センサハウジング（１２４）を備え、センサハウジング（１２４）は、内燃機関の燃焼室（１２６）に少なくとも部分的に挿入されるために設けられる。センサハウジング（１２４）内には、少なくとも１つの機械−電気変換素子（１４２）が収容されており、機械−電気変換素子（１４２）は、少なくとも１つのセンサホルダ（１５４）、特に当該機械−電気変換素子（１４２）を少なくとも部分的に囲むセンサホルダ（１５４）によって、センサハウジング（１２４）から隔てられている。センサホルダ（１５４）は、少なくとも部分的に剛性を有して構成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、特にオットーエンジン又はガスエンジンにおいて利用可能な、内燃機関の燃焼室圧を検出するための装置に関する。

この種の装置は、特に排出削減のために燃焼室圧を非常に厳密に検出する必要があるため、近代的なエンジン制御の基本的要素を成している。従来技術では、圧倒的にディーゼルエンジンのために開発された装置が公知である。例えば、国際公開第２００６／０８９４４６号明細書（Ａ１）は、力センサ又は圧力センサのための、特にグロープラグに組み込むための構成要素を記載している。この構成要素は、圧電素材の円盤状又は有孔円盤状の測定素子と、導線への接触のための接点を有する、測定素子の両側に隣接する有孔円盤状又は円盤状の電極と、を備える。さらに、電極の外の両側に配置された１つ又は複数の伝達部が設けられている。上記の要素は、外側の絶縁フィルム、例えば熱収縮チューブによりまとめられ、センサモジュールが形成される。熱収縮チューブは、隣接する構成要素との電気的な絶縁に役立つ一方で、最終組み立てが行なわれるまで、特に個々の製造所間の輸送の間に、センサモジュールの個々の構成要素をまとめる役目を果たす。

国際公開第２００６／０８９４４６号明細書

しかしながら、特にオットーエンジンのためのスタンドアローンの燃焼室圧センサとして利用可能な燃焼室圧センサを量産する際には、公知の構成及び製造構想は、技術的困難をもたらす可能性がある。例えば、国際公開第２００６／０８９４４６号明細書（Ａ１）に記載される熱収縮チュープによる解決策は、主に円筒形状の構成要素に適している。しかしながら、方形又は角形に成形された水晶圧電素子は、この解決策によっては理想な形で固定されない。さらに、多くの場合、１つの工場内で完全な最終組み立てが行なうことが出来るため、引き続いて輸送が行なわれるようなセンサモジュールの組み立ては必要ない。その点では、センサモジュールの輸送面の安全性は、多くの場合もはや必要条件ではなく、製造時の熱収縮チュープの比較的複雑な処理工程のかげに隠れてしまう。

従って、これら要請に対処しうる内燃機関の燃焼室圧を検出するための装置が提案される。本装置は、特に、オットーエンジンにも利用可能である。本装置は、少なくとも１つのセンサハウジング、即ち、更なる構成要素を完全又は部分的に包囲する構成要素、例えば、少なくとも部分的に中空円筒形状に成形されたセンサハウジングを備える。このセンサハウジングは、例えば、金属素材で製造することが可能であり、内燃機関の燃焼室内に少なくとも部分的に挿入するために設けられる。例えば、センサハウジングは、直接的又は間接的に内燃機関の燃焼室壁内で固定することが可能であり、センサハウジングは少なくとも部分的に、例えばその前方の端部が、内燃機関の燃焼室内へと突出している。

センサハウジングは、燃焼室側に、少なくとも１つの膜により閉鎖される開口部、例えば、円形又は多角形の開口部を有する。ここで、膜とは、例えば、少なくとも一方向に変形しうる構成要素、又は、例えば、センサハウジングの軸に対して直角に広がる、たわみやすい構成要素として解される。センサハウジングの水平方向の長さは、好適に少なくとも１０倍、特に少なくとも１００倍だけ当該センサハウジングの幅を上回る。膜は、例えば金属膜として、例えば金属箔として形成され、センサハウジングと一体に構成され、及び／又は、開口部の領域においてセンサハウジングとノンポジティブ（ｋｒａｆｔｓｃｈｌｕｅｓｓｉｇ）結合及び／又はポジティブ（ｆｏｒｍｓｃｈｌｕｅｓｓｉｇ）結合及び／又は接着（ｓｔｏｆｆｓｃｈｌｕｅｓｓｉｇ）結合されうる。センサハウジングが、少なくとも開口部の領域において中空円筒形状に成形され、例えば金属膜としての膜が、例えばセンサハウジングに、即ち、開口部を囲むセンサハウジングの端部に溶接される場合には、特に有利である。しかしながら、他の形態のセンサハウジングとの結合も基本的に可能であり、例えばユニオンナット（ロックナット）によるノンポジティブ結合が可能である。膜は、開口部を、少なくとも通常燃焼室内で生じる圧力の領域において、好適に完全に圧密に（ｄｒｕｃｋｄｉｃｈｔ）閉鎖するものとする。

本装置はさらに、センサハウジング内に少なくとも１つの機械−電気変換素子を備える。機械−電気変換素子とは、一般に、力の作用、及び／又は、圧力の作用、及び／又は、変換素子の伸張（Ｌａｅｎｇｅｎａｅｎｄｅｒｕｎｇ）を電気信号に変換しうる構成要素として解される。以下では、基本的に、圧電変換素子が参照される。代替的又は追加的に、機械−電気変換素子は、機械的信号を電気信号へと変換するために設けられた他の形態の変換素子も備えうる。さらに、装置は、センサハウジングと別体で構成された、機械−電気変換素子へと膜の変形を伝達するための少なくとも１つの伝達素子を有する。このようにして、例えば、燃焼室圧による任意の膜のたわみが、伝達素子を介して、機械−電気変換素子へと伝達され、電気信号が、膜のたわみに応じて、従って燃焼室圧に応じて生成されうる。ここで伝達素子とは、好適に基本的に固定的に、膜のたわみ及び／又は変形を、それを用いて軸方向にも機械−電気素子に伝達しうる任意の構成要素として解される。例えば、伝達素子は、基本的に棒状に成形され、好適に、装置の軸上に配置されうる。伝達素子は、単体での構成、又は複数部位からの構成が可能である。

伝達素子は、先に記載したように、センサハウジングと別体で形成されうる。このことは、装置が、少なくとも２つの伝達経路を有し、当該２つの伝達経路を介して、力、及び／又は、装置の直接燃焼室にさらされる構成要素の、例えば、膜、及び／又は、センサハウジングの、燃焼室に割り当てられる前方部の伸張が機械−電気変換素子へと伝達されうることを意味している。従って、例えば、センサハウジング自体が第１の伝達経路の一部分であり、伝達素子が第２の伝達経路の一部分でありうるが、第２の伝達経路は、基本的に第１の伝達経路に結合されていない。第１の伝達経路及び第２の伝達経路を介して、例えば、装置の熱による各膨張が、好適に基本的に２つの経路が結合されていなくとも、機械−電気変換素子へと伝達されうる。このことは、以下で再度より詳細に記載する。第１の伝達経路は、第２の伝達経路を同心円状に包囲しうる。

２つの伝達経路を介して、熱による装置の膨張が機械−電気変換素子へと伝達可能であるため、２つの伝達経路における異なる熱膨張の補正のための少なくとも１つの補正部を装置が有する場合は、特に好ましい。伝達素子自体が、第１の伝達経路と第２の伝達経路との間の異なる熱膨張を補正するために設けられる少なくとも１つの補正部を備える場合は、特に好ましい。例えば、補正部は、その長さ及びその熱膨張係数に関して、少なくとも装置がさらされる可能性がある典型的な温度領域（例えば−４０℃〜５５５℃）内で、第１の伝達経路と第２の伝達経路との熱膨張が、少なくともほぼ同じであり、例えば、わずか２０％、特に１０％、特に好適に５％、又は０％の許容可能な偏差の範囲内で同じであるように調整するよう構成されうる。

例えば、低温始動時に、気温が短時間の間−４０℃であることがある。駆動時には、記載される伝達経路は、典型的に均一に温められるのではなく、通常、温度勾配は、燃焼室から、例えば膜の温度の場合には約５５０℃までであるが、機械−電気変換素子へと、例えば水晶圧電素子の温度は約２００℃までであるが、調整される。温度補正は、例えば、経験的に検出された、例えばエンジン測定によって検出された温度勾配を用いて行なうことが可能である。温度補正は典型的に、均一温度のために、又は、温度勾配、特に均一な温度勾配のために実現可能である。好適に、温度補正は、プレストレス力（Ｖｏｒｓｐａｎｎｋｒａｆｔ：初期応力、初期荷重）、例えば、機械−電気変換素子のプレストレス力が、アイドル状態−温度勾配（Ｌｅｅｒｌａｕｆ‐Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｇｒａｄｉｅｎｔ）からフルスロットル−温度勾配（Ｖｏｌｌｌａｓｔ‐Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｇｒａｄｉｅｎｔ）への移行時、又はその反対方向の移行時に変化せず、又はわずかに変化するように構成される。この場合、環境温度の変化によるプレストレス力の変化は、通常は許容されうる。なぜならば、典型的に時定数が高く、かつ、少なくとも特に測定信号のリセットと関連して、例えば各サイクル後は、測定信号による影響は重大ではないからである。従って、例えば、装置が使用される際の典型的に現れる温度領域を超えては、純粋な熱による変換信号は発生せず、又は、第１の伝達経路内と第２の伝達経路内との異なる膨張に基づく、機械−電気変換器の変換信号の変化が生じることが保障されうる。しかしながら、先に記載したように、このことは、代替的又は追加的に、２つの伝達経路のうちの１つの伝達経路内の他の箇所に、少なくとも１つの補正部を配置することによって、及び／又は、伝達経路を構成する構成要素の適切な素材選択によって達成される。

代替的に、又は、少なくとも１つの補正部に追加して、伝達素子はさらに、断熱特性を有する少なくとも１つの断熱−絶縁体を有しうる。このようにして、伝達素子を介して、機械−電気変換素子に損傷を与えうる高温及び／又は大きな熱量が、燃焼室から機械−電気変換素子へと伝達されないことが保障されうる。例えば、断熱−絶縁体は、高い断熱特性を有する少なくとも１つのセラミック素材を含むことが可能である。他の種類の素材も可能である。従って、断熱‐絶縁体は、複数部位から構成することが可能である。代替的に、又は、断熱に加えて、断熱−絶縁体はさらに電気的な絶縁特性も有しうる。このことは、断熱特性を帯びた断熱―絶縁体自体が、電気的な絶縁特性も有することによって保障されうる。しかしながら、代替的に、断熱−絶縁体が少なくとも１つの断熱構成要素の加えて少なくとも１つの電気的絶縁構成要素を有するような、複数部位からの構成も構想されうる。

装置はさらに、機械‐電気変換素子の電気的な接触のための少なくとも１つの接触素子を備えうる。この場合、特に、強固な接触素子、即ち、自身の重量の影響で自身の形態が変化せず、又はわずかに変化する接触素子が関わっている。特に、接触素子は、少なくとも１つのバスバーを備え、即ち、導電特性を有する強固な構成要素、例えば金属製の構成要素を有しうる。接触素子は好適に、自身が少なくとも部分的に、例えば区分的に、軸方向の柔軟性、即ち、例えば装置の軸と並行するその縦の伸張方向における柔軟性を有するように設けられる。このことは、例えば、接触素子が少なくとも部分的に弾力特性を備えて形成されることによって達成されうる。代替的又は追加的に、接触素子、例えば少なくとも１つのバスバーは、例えば少なくとも区分的にセンサの縦方向における柔軟性を、二重のシュラーク（緩衝材）（ｄｏｐｐｅｌｔｅｒ Ｓｃｈｌａｇ）が設けられることによって可能としうる。このことは、例えば、ダンボール紙の場合と同じ要領で行なわれ、例えばバスバーが、少なくとも１つの弾力素材、例えば折り畳まれた金属製のバーン（板）（Ｂａｈｎ）がその間に設けられた２つの外側のバーン（板）（Ａｕｓｓｅｎｂａｈｎ）を伴って構成されることによって行なわれる。このように、軸に対して直角に伸びる１つ又は複数の区分を有するように接触素子が構成されることによって、例えば当該接触素子が曲げられることによって、特に機械−電気変換素子と接触する領域において接触素子の軸方向の柔軟性を設けることが可能である。この方法又は他の方法で、１つ又は複数の接触素子は機械‐電気変換素子の応力緩和に寄与しうるため、例えば機械−電気変換素子への力の作用が生じ得るが、例えば、機械−電気変換素子への、引張応力（Ｖｅｒｓｐａｎｎｕｎｇ）によって電圧が加えられる経路が縮小される。しかしながら、この経路は、機械−電気変換素子内、例えば水晶圧電素子内の引張応力により生成されるエラー信号にとっては重要である。

機械−電気変換素子は、燃焼室と反対の側において、直接的又は間接的に絶縁体と接触して配置されうる。この絶縁体は、例えば電気的な絶縁特性を有しうる。さらに、機械−電気変換素子は、代替的又は追加的に、燃焼室と反対の側において、少なくとも１つの固定部を介して、直接的又は間接的にセンサハウジングと接触して配置されうる。固定部は、例えば金属製の固定部、例えば、ノンポジティブ結合式及び／又はポジティブ結合式及び／又は接着結合式に、センサハウジングと結合されうる金属リングであってもよい。センサハウジングとの固定部の溶接が特に望ましい。しかしながら、他の固定部も基本的に可能である。

装置はさらに、少なくとも１つのセンサホルダを有する。機械−電気変換素子は、少なくとも１つのセンサホルダによって、センサハウジングから隔てられている。センサホルダは、少なくとも部分的に剛性を有して（ｓｔａｒｒ）形成され、即ち、少なくとも自身の重量の影響で変形せず、又はわずかに変形する金属で形成される。即ちセンサホルダは、特に、形状が安定した構成要素として、例えば、形状が安定したプラスチック製の構成要素として、特に、熱可塑性の構成要素として形成されうる。特に、センサホルダは、圧縮出来ないように（ｉｎｋｏｍｐｒｅｓｓｉｂｅｌ）形成されうる。センサホルダは、特に電気的な絶縁特性を有しうる。特に、センサホルダは、少なくとも部分的に、以下の素材のうちの１つ又は複数から、即ち、プラスチック、特に充填プラスチック、特にグラスファイバ強化プラスチック、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ：Ｐｏｌｙｅｔｈｅｒｉｍｉｄ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ：Ｐｏｌｙｅｔｈｅｒｅｔｈｅｒｋｅｔｏｎ）、セラミック、ポリマーセラミック、のうちの１つ又は複数から製造されうる。プラスチック、特に充填プラスチックは、例えば、先に述べたように、ポリエーテルイミド、及び／又は、ポリエーテルエーテルケトン、及び／又は、ポリアミド、及び／又は、ポリプロピレン、及び／又は、ポリフェニレン硫化物（ＰＰＳ：Ｐｏｌｙｐｈｅｎｙｌｅｎｓｕｌｆｉｄ）を含みうる。代替的に、又は、グラスファイバ充填に加えて、他の充填材も、例えば、炭素繊維、及び／又は、セラミック又は同等のものが使用可能である。

特に、センサホルダは、機械‐電気変換素子を少なくとも部分的に囲む、特に包囲するセンサホルダとして形成され、例えば、この変換素子を同心円状に包囲するセンサホルダとして成形されうる。機械−電気変換素子は、特に、多角形の横断面、特に方形の横断面を有してもよく、センサハウジングは、内部の横断面が丸く、特に横断面が円形でありうる。このように、センサホルダは、多角形の機械−電気変換素子を安定的に、確実に、わずかにゆとりを持ってセンサハウジング内で固定するために、例えば、ジオメトリ調整器（ｇｅｏｍｅｔｒｉｓｃｈｅｒ Ａｄａｐｔｅｒ）として用いられうる。センサホルダは、例えば、少なくとも部分的に容器として形成されうる。センサホルダは、例えば、外径が８ｍｍよりも短く、好適に４．５ｍｍより短くてもよい。センサホルダは、先に述べたように、例えば、断熱特性、及び／又は、電気的な絶縁特性、及び／又は、防振特性を有しうる。センサホルダは、少なくとも、伝達素子の一部分を少なくとも部分的に包囲し、例えば、断熱−絶縁体、及び／又は、補正部を包囲しうる。代替的又は追加的に、センサホルダはまた、例えば絶縁体を完全に又は部分的に包囲しうる。このように、先に記載した２つの伝達経路は、追加的に、互い分離されうる。センサホルダ自体は、膜との直接的な接触を有するものではなく、センサホルダ自体は、上記の伝達経路の構成要素ではない。代替的又は追加的に、センサホルダは、装置の更なる構成要素、特に、第２の伝達経路の一部分を成す更なる構成要素を包囲しうる。従って、センサホルダは例えば、機械−電気変換素子の、燃焼室と反対の側において、少なくとも部分的に構成要素、例えば絶縁体を包囲しうる。

センサホルダはさらに、その内部に、及び／又は、センサハウジングに割り当てられたその外側の表面上に、少なくとも１つの、好適には、２つ、３つ、４つ、又はそれ以上の軸方向の案内素子を有しうる。その際、軸方向の案内素子の下方には一般に、軸方向に伸びるスペーサが設けられる。特に、これは、センサホルダの内壁と、当該センサホルダにより包囲される構成要素との間の距離を置き、及び／又は、当該構成要素を案内し、このようにして摩擦による損傷を軽減するために設けられる構成要素でありうる。代替的又は追加的に、軸方向の案内素子は、センサホルダの、センサハウジングに割り当てられた外側の表面と、センサハウジングの内壁との距離を保ち、及び／又は、当該表面を案内し、このようにして摩擦による損傷を軽減するために設けられる１つ又は複数の構成要素を備えうる。例えば、センサホルダは、少なくとも１つの軸方向の案内素子として、少なくとも１つの軸方向に伸びる、摩擦を軽減するためのリブを有しうる。この方策の目的は、第１の伝達経路及び／又は第２の伝達経路への摩擦の最小化、即ち例えば、内側の力経路（Ｋｒａｆｔｐｆａｄ）への摩擦の最小化でありうる。この少なくとも１つのリブは、例えば、センサホルダの全長に渡って伸び、又は、センサホルダの一部のみに渡って伸びていることもある。このように、特に上記の第２の伝達経路の構成要素を、摩擦を軽減させて、センサホルダ内に案内することが可能である。特に、先に記載したように、伝達素子（特に補正部及び／又は断熱−絶縁体）、及び／又は、第１のバスバー、及び／又は、機械‐電気変換素子（特に水晶圧電素子）、及び／又は、第２のバスバー、及び／又は、絶縁体は、完全又は部分的に、少なくとも１つの軸方向の案内素子によってセンサホルダ内に案内されうる。センサホルダは、任意の円柱形状の外表面を除き、そのジオメトリ構成（ｇｅｏｍｅｔｒｉｓｃｈｅ Ｇｅｓｔａｌｔｕｎｇ）によって、特にセンサホルダが完全又は部分的に包囲する構成要素を当該センサホルダが適切に収容しうるように適合されうる。従って、特に、センサホルダの内部は、包囲される構成要素の外側の寸法に対して形状的に（ｇｅｏｍｅｔｒｉｓｃｈ）、場合によっては必要なゆとりを設けた上で適合されうる。装置が、先に記載したように、機械‐電気変換素子の電気接触のための少なくとも１つの接触素子、特に少なくとも１つのバスバーを備える場合に、センサホルダは、この接触素子を完全又は部分的に包囲しうる。この場合に、センサホルダは、特に、少なくとも１つの切り欠き、例えば軸方向に伸びる切り欠き（開口）を、接触素子の収容及び／又は案内のために有しうる。この切り欠きは、例えば少なくとも１つのスリット、例えば横方向のスリットが関わりうる。装置はさらに、センサハウジングを少なくとも部分的に包囲する少なくとも１つの密閉ハウジング（Ｄｉｃｈｔｇｅｈａｅｕｓｅ）、例えばシーリングコーン型ハウジング（Ｄｉｃｈｔｋｏｎｕｓｇｅｈａｅｕｓｅ）を備えうる。この密閉ハウジングは、燃焼室壁内での装置の固定を可能とするために設けられ、従って、少なくとも、膜に燃焼室側の圧力が加えられうる。

上記の実施形態の１つ又は複数における提案される装置は、公知の装置に対して、特にオットーエンジンへの利用時に明確に現れる数多くの利点を有する。従って、装置は、燃焼時に燃焼室内で発生する高温が信号に影響を与えず、又はわずかに影響を与える可能性があるように、形成される。燃焼室からの圧力信号は、装置内で、機械−電気変換素子にとって耐えうる温度である領域内へと転送されうる。提案される構成は、さらに、信号減少及び／又は信号変化が最小に抑えられた、測定信号の伝達を可能とする。さらに、例えば締め付けトルクのような外部の機械的な影響が、第２の伝達経路から、即ち、圧力、力、電気信号の伝達経路から遠ざけられる。関連する力経路として使用することができ、かつ、その伝達が機械−電気変換素子によって受け取られる提案される第２の伝達経路によって、圧力信号は、僅かな損失で力に変換され、測定素子へと転送され、そこで電気信号に変換される。電気信号はさらに、装置自体に組み込まれ及び／又は完全又は部分的に装置の外部に配置される評価回路へと案内される。機械−電気変換素子、及び／又は、評価回路は、その際、耐えうる温度の領域に配置されうる。さらに、先に記載した装置の構成要素は、測定信号が機械的な影響及び／又は熱による影響により損なわれることがないように最適化されうる。従って、特に、温度の影響、及び／又は、例えばバスバーによって生じうる機械的影響が、先に記載した本発明に係る構成によって最小化されうる。

提案される装置を用いて、特に、センサモジュールを固定するための公知の熱収縮チューブによる解決策に対する効果的な代替策が提供されうる。熱収縮チューブの代わりに特別に溝をつけたセンサホルダ、例えば、特別に溝を付けた塑性体｛そせいたい｝を用いることで、特に、機械−電気変換素子の他に例えば伝達素子及び／又は絶縁体の一部分も包囲しうるセンサモジュールの組み立てが簡略化される。さらに、方形又は多角形の水晶圧電素子が、円柱状のものよりもコスト効率良く製造され、事前に製造されたセンサホルダによって、丸いセンサハウジング内でのこのような方形の水晶圧電素子の組み立てが可能となる。さらに、納入業者でのセンサモジュールの事前の組み立てが不要であり、完全な組み立てが、最終組み立て工場において行なわれうる。このように、前提として、センサモジュールの輸送の安全性を考慮しなくてもよい。なぜならばむしろ、隣り合う構成要素を、もはやセンサモジュールの輸送中にではなく駆動中に構想された状態に保つ単体の構成要素を設けることが必要となりうるからである。センサホルダの構成は比較的自由である。特に、プラスチック構成要素として、例えば射出成形される構成要素としての構成は、その構成において比較的自由なので、センサホルダは、例えば一方では、半径方向において、方形の水晶圧電素子及び／又は他の機械−電気変換素子から、例えば丸いセンサハウジングへの変移を可能とする。他方、軸方向においても、方形及び／又は多角形の機械−電気変換素子から、別に成形された構成要素への、例えば、例えば丸く成形されうる、取り囲んでいる絶縁体及び／又は伝達素子への変移も可能とされる。少なくとも１つの軸方向の案内素子、例えばリブを用いることで、第２の伝達経路のセンサホルダ内への摩擦の少ない案内と、ヒステリシスの最小化とが保障されうる。これによって、さらに、ヒステリシスエラーの最小化が達成されうる。さらに、機械−電気変換素子、例えば水晶圧電素子、場合によっては（例えばバスバーの）センサ信号を案内する構成要素の、外側のハウジングとの効果的な電気的絶縁が保障される。

本発明の実施形態が図面に記載され、以下の記載においてより詳細に解説される。
内燃機関の燃焼室圧を検出するための本発明に係る装置の実施形態を示す。 異なる角度からのセンサホルダの実施形態の図を示す。 異なる角度からのセンサホルダの実施形態の図を示す。 異なる角度からのセンサホルダの実施形態の図を示す。 異なる角度からのセンサホルダの実施形態の図を示す。

図１には、特にオットーエンジンにおいて使用可能な、内燃機関の燃焼室圧を検出するための本発明に係る装置１１０が示されている。装置１１０は、本体基部１１４及びシーリングコーン型ハウジングとして形成される密閉ハウジング１１８と、シーリングコーン（Ｄｉｃｈｔｋｏｎｕｓ）１２０と、を有する、複数部位から構成されうるハウジング１１２を備える。例えばプラスチック素材及び／又はセラミック素材で製造されうる本体基部１１４は、接触モジュール１２２を収容する。この接触モジュール１２２では、装置１１０の信号が完全又は部分的に処理され、及び／又は、図１に記載されない１つ又は複数のインターフェースを介して外部へと転送されうる。本体基部に、基本的に円柱状に成形される密閉ハウジング１１８が着けられる。この密閉ハウジング１１８は、センサハウジング１２４を同心円状に包囲している。このセンサハウジング１２４は、燃焼室１２６に割り当てられた側に開口部１２８を有し、この開口部１２８は、膜１３０によって閉鎖されている。この膜１３０は、燃焼室１２６から圧力の影響を受けた際に、装置１１０の軸１３２の方向に変形し又はゆがむために、設けられている。

センサハウジング１２４の内部では、軸１３２に沿って、膜１３０に補正部１３４が接続する。この補正部１３４には、軸方向において、断熱−絶縁体１３６が接続する。この断熱−絶縁体１３６は、軸１３２に対して直角に広がる第１の接触領域において、基本的に軸１３２と並行して伸びる第１のバスバー１４０に到達する。このバスバー１４０に、水晶圧電素子１４４の形態の機械−電気変換素子１４２が接続する。水晶圧電素子１４４の、燃焼室１２６と反対の側に、軸方向において、第２の接触領域１４６が接続する。この第２の接触領域１４６は、好適に基本的に軸１３２に対して並行して伸びる第２のバスバー１４８の、基本的に軸１３２に対して垂直に伸びる区分として構成される。２つの接触領域１３８及び１４６は、水晶圧電素子１４４の接点及び／又は電極である。代替的に、水晶圧電素子１４４の電極は他の方法でも形成され、及び／又は、バスバー１４０、１４８とは離れた構成要素として形成されうる。

水晶圧電素子１４４の、燃焼室１２６と反対の側の軸方向において、絶縁体１５０が、第２の接触領域１４６に接続する。絶縁体１５０は、燃焼側の、直径が減少する区分１５２を有する。区分１５２は、水晶圧電素子１４４と断熱−絶縁体１３６と共に、センサホルダ１５４によって包囲される。絶縁体に、燃焼室１２６と反対の側の軸方向において、金属リングの形態の固定部１５６が接続する。この金属リングは、以下により詳細に記載するように、例えばセンサハウジング１２４と溶接されてもよい。固定部１５６の金属リング自体は、記載される実施形態において、絶縁被覆１５８を包囲し、この絶縁被覆１５８を介して、固定部１５６は、絶縁体１５０の延長部１６０から隔てられている。

燃焼室圧センサとして形成される装置１１０は、膜側で、内燃機関の燃焼室１２６内に突き出ている。膜１３０内では、燃焼室内で印加される圧力が、補正部１３４に作用する力に変化する。補正部１３４はこの力を、補正部１３４と共に伝達素子１６２を形成する断熱−絶縁体１３６へと転送する。その一方、補正部１３４は、隣接する構成要素の異なる熱膨張を補正する役目を果たす。水晶圧電素子１４４は、２つの並行する伝達経路を備える構造の一部分である。第１の伝達経路は、膜１３０と、センサハウジング１２４と、固定部１５６と、を備えうる。第２の伝達経路は、膜１３０と、補正部１３４と、断熱−絶縁体１３６と、第１のバスバー１４０及びその第１の接触領域１３８と、水晶圧電素子１４４と、第２のバスバー１４８及びその第２の接触領域１４６と、絶縁体１５０と、固定部１５６と、を備えうる。これら構成要素の異なる熱膨張係数に従って、内側の第２の伝達経路は、当該伝達経路を包囲する外側の第１の伝達経路とは異なって膨張する。この異なる膨張は最終的には、燃焼室圧から得られる力の作用に干渉し当該力の作用とは通常区別されえない、水晶圧電素子１４４の追加的な負荷又は負荷の軽減へと繋がる。従って、この干渉は、通常では測定エラーに繋がる。従って、本発明によれば、補正部１３４が好適に、その長さ及び／又はその熱膨張係数について外側及び内側の伝達経路の熱膨張が同じであるよう調整するように構成されることによって、異なる膨張を防止することが提案される。しかしながら、この膨張は、多くの場合に、特定の温度、又は特定の温度勾配について起こり得る。しかしながら、装置１１０の関連する温度領域における補正部１３４の適切な素材選択によって、少なくとも、伝達経路内での異なる熱膨張による膨張エラーが最小化されうる。

断熱−絶縁体１３６は、燃焼室１２６から水晶圧電素子１４４への熱経路（Ｗａｅｒｍｅｐｆａｄ）を遮断し、即ち、水晶圧電素子１４４を過熱から防護する役目を果たす。その一方、この断熱−絶縁体１３６は、好適に、水晶圧電素子１４４からバスバー１４０、１４８へと伝達される電気的負荷が、そのために設けられた経路のみ通って、バスバー１４０、１４８自体を介して転送されるよう調整する電気的絶縁器として機能する。電気的絶縁及び／又は、熱絶縁に対する具体的な要請に従って、断熱−絶縁体１３６を複数部位から形成し、例えば、熱絶縁構成要素と、電気的絶縁構成要素とに分割して、その素材を対応する要請に対して最適化することは有効であり、又は必要となりうる。

水晶圧電素子１４４は圧電素材で製造され、力を、ここでは燃焼室圧信号から得られる力を、適切な力、即ちここでは適切な圧力に比例する電気負荷に変換する。水晶圧電素子１４４は、この力を、伸張（Ｌａｅｎｇｅｎａｅｎｄｅｒｕｎｇ）という回り道を経て電気負荷へと変換する。電気負荷は、例えば、図１に図示されない評価回路において、負荷及び／又は力及び／又は圧力のうちの１つに比例する電圧に変換され、この電圧はエンジン制御装置へと伝達されうる。評価回路は、完全又は部分的に接触モジュール１２２内に収容されうるが、代替的又は追加的に、完全又は部分的に装置１１０の外に収容されうる。

バスバー１４０、１４８は、それぞれ基本的に同じ役割を持つ。バスバー１４０、１４８は、１つには、水晶圧電素子１４４内で生成される負荷を評価回路へと伝達する。例えば熱膨張により、又は、装置１１０の燃焼室１２６とは反対側の奥の部分の他の構成要素とバスバーを溶接した後の、内部の機械的応力により発生しうるバスバー１４０、１４８自身内における引張応力(Ｖｅｒｓｐａｎｎｕｎｇ）によって、同様に、水晶圧電素子１４４への力の作用が生じうるので、この力の作用はエラーに関連する測定信号を生成しうるのだが、バスバーは、好適に応力緩和機能を有する。バスバーは、これに対応して、特に絶縁体１５０と固定部１５６との間の領域に、センサの縦方向において、即ち軸１３２に沿って、ある程度の柔軟性を実現する二重のシュラークを有する。この目的のために、バスバー１４０、１４８は例えば、先に記載したように、ダンボール紙の形態で形成されうる。代替的又は追加的に、図１に示すように、バスバー１４０、１４８は、弾性素子として機能し上記の応力緩和を保証しうる１つ又は複数の屈曲及び／又は湾曲を有しうる。他の方法でも、バスバー１４０、１４８は、弾力的に（ｆｅｄｅｒｎｄ）形成され、即ち、軸１３２の方向において弾性効果を有しうる。上記の柔軟性によっては、水晶圧電素子１４４に対する、引張応力の力の作用は低減されないが、電圧が加えられる経路が低減されることが実現される。この電圧が加えられる経路、即ち、水晶圧電素子１４４の変化は、水晶圧電素子１４４内の生成されるエラー信号にとっては決定的である。

例えばセラミック素材及び／又はプラスチック素材から製造されうる絶縁体１５０は、水晶圧電素子１４４と、バスバー１４０、１４８の１つ又は双方、例えば、第２のバスバー１４８とを、隣接する構成要素と電気的に絶縁するという主要な機能を有する。さらに、絶縁体１５０は、バスバー１４０、１４８を評価回路へと案内しうるように、当該バスバーのための空間を提供する。特に、絶縁体１５０は、上記の応力緩和効果を達成するために、好適に、応力緩和材（Ｚｕｇｅｎｔｌａｓｔｕｎｇｓｓｃｈｌａｅｇｅ）１６４、及び／又は、バスバー１４０、１４８の他の形態の弾性素子のための空間も提供する。例えば金属製の固定部として形成される固定部１５６は、先に記載した第２の伝達経路、即ち内側の力経路のための接合点として機能する。固定部１５６は、第１の伝達経路、即ち外側の力経路においてセンサハウジング１２４と、好適に溶接される。溶接は、例えば、各駆動状態において全ての構成要素が確実に固定して互いに重なり合うために必要なプレストレス（Ｖｏｒｓｐａｎｎｕｎｇ）を利用して行なわれる。さらに、このようなプレストレスは、水晶圧電素子１４４の駆動形態のために必要となりうる。絶縁被覆１５８は、装置１１０を使用する際の高い機械的負荷、例えば機械的振動の下で、バスバー１４０、１４８と固定部１５６との間の電気的短絡を防止するために役立つ。

第１の伝達経路、即ち外側の力経路は、同様に上記の膜１３０で始まり、当該膜１３０は、例えば、開口部１２８の領域においてセンサハウジング１２４に溶接されうる。センサハウジング１２４は、第２の伝達経路、即ち内側の力経路の構成要素の支えとして機能すると共に、外部の機械的影響からこの第２の伝達経路を防護する役目を果たす。センサハウジング１２４の後端部は、先に記載したように、好適に、固定部１５６と溶接されている。センサハウジング１２４と内側の力経路との間には、センサホルダ１５４が配置されている。このセンサホルダ１５４は、例えば完全又は部分的に、プラスチック、セラミック、ポリマーセラミック及び同等の素材で、例えば単体で、容器形状の構成要素として製造されうる。センサホルダ１５４はさらに、水晶圧電素子１４４と、バスバー１４０、１４８と、断熱−絶縁体１３６と、絶縁体１５０とを整列させて収容し、センサハウジング１２４に対して電気的に絶縁させるために設けられうる。センサハウジング１２４は、内側の力経路を包囲するが、膜１３０と固定部１５６とがセンサハウジング１２４と溶接されているので、内側及び外側の力経路との相互作用により、センサ機能を有し理論的に自身がセンサとして機能しうる独立したモジュールを形成する。このセンサモジュールは、本実施形態において、密閉ハウジング１１８内に収容され、例えばシーリングコーン型ハウジング１１６に溶接してはめ込まれている。これにより、利用者によってシリンダヘッド内にねじ込まれうる構造が実現されうる。ねじ込む際に、高い回転トルク（ねじ込みトルク）と、軸方向の高いプレストレス（Ｖｏｒｓｐａｎｎｕｎｇ）が発生する。この軸方向のプレストレスは、これがセンサモジュールに対して影響を与える場合には、測定エラーを引き起こしうる。従って、センサモジュールは、好適に、一箇所において回転しながら、シーリングコーン型ハウジング１１６に溶接してはめ込まれる。従って、センサモジュールへのプレストレス力（Ｖｏｒｓｐａｎｎｋｒａｆｔ）又は回転トルクの伝達が、好適に大幅に防止される。シーリングコーン型ハウジング１１６へのセンサモジュールの溶接によって、同時に、センサ内部の気密性も実現される。

図２Ａ〜図２Ｄにおいて、例えば図１に係る装置１１０において使用可能なセンサホルダ１５４の例が、異なる角度から示されている。センサホルダ１５４は、外側において、基本的に表面１６６が環状円筒形状の、基本的に円筒形の形態を有する。センサホルダ１５４は、好適にプラスチックで製造されるが、先に記載したように、代替的又は追加的に、セラミック及び／又はポリマーセラミックも使用されうる。プラスチック製構成要素は、相対的に自由に構成されうる。このような事態が、半径方向における方形の水晶圧電素子１４４から円筒形状のセンサハウジング１２４への変移をそのジオメトリによって可能としうる構成要素を形成するために、利用されうる。センサハウジング１２４は、円筒形状に成形されうる。なぜならば、この形態が最もコスト効率良く製造されるからである。水晶圧電素子１４４は、当該水晶圧電素子が方形及び／又は角形に成形される場合に、最もコスト効率が良い。プラスチック製構成要素は、その具体的なジオメトリに関係なく常にコスト効率良く製造される。その点では、プラスチック製のセンサホルダ１５４は、当該センサホルダ自体及び隣接する構成要素が機能を制限せずにコスト効率良く製造されうる理想的な構成要素である。

先に記載した同じ理由から、センサホルダ１５４は、軸方向においても、水晶圧電素子１４４から、その前及び／又はその後ろに配置される構成要素への、例えば、断熱−絶縁体１３６及び／又は絶縁体１５０のような、完全又は部分的にセラミックで製造され同様に完全又は部分的にセンサハウジング１５４により包囲されうる構成要素への変移を可能にする。これら構成要素は、セラミック製の構成要素が、プラスチックと比べれば制約があるにしても、プラスチックと同様に通常は比較的自由に構成可能であるため、角形から円形への本来の変移自体も行なわれうる構成要素でありうる。しかしながら、これら構成要素は、好適に、センサホルダ１５４によって完全又は部分的に、当該センサホルダ１５４が軸方向においても角形から円形への変移をサポートしうるように案内される。センサ内のヒステリシスエラーを防止し又は少なくとも低減するために、第２の伝達経路、即ち、センサ力経路の構成要素は、例えば、膜１３０と、補正部１３４と、断熱−絶縁体１３６と、第１のバスバー１４０と、水晶圧電素子１４４と、第２のバスバー１４８と、絶縁体１５０と、固定部１５６とは、半径方向において理想的には構成要素に接触せず、又は可能な限り接触面が小さく接触するものとする。接触によって摩擦が引き起こされ、このような摩擦によってヒシテリシスが引き起こされる可能性がある。ヒシテリシスによってさらに、測定エラーが引き起こされる。しかし、センサホルダ１５４は、自動車構成要素を案内する機能を有することが可能であり、このことは確実に接触せずには実現されえないので、接触の規模は最小限にとどめるものとする。この目的のために、図２Ａ〜２Ｄの実施形態において、軸方向の案内素子１６８が、リブ１７０の形態で設けられる。記載される実施形態において、開口部１７２の内部において半径方向に伸びる、８個のリブ１７０が設けられている。これら小さなリブ１７０は、接触が回避できない場合のために、この接触が最小であり広範囲で起きないことを保証しうる。リブ１７０は、センサホルダ１５４内側に、即ち、水晶圧電素子１４４の方を向いて存在するものとする。この軸方向の案内素子１６８は、組み立ての構想に従って、代替的又は追加的に、センサハウジング１２４に割り当てられた外表面１６６上にも配置されうる。センサホルダ１５４の更なる機能は、センサハウジング１２４に対して、水晶圧電素子１４４とバスバー１４０、１４８とを電気的に絶縁させることにある。特に、プラスチック製構成要素として、センサホルダ１５４は本来この機能を良好に遂行しうる。しかしながら、経験上、水晶圧電素子１４４に基づく圧力測定の構想のためには、高度な電気的絶縁が要求される。従って、例えば、場合によってはグラスファイバ強化されたポリエーテルイミドが提案されうる。なぜならば、この素材は、高湿度及び高温においてもわずかにしか衰えない、特に高い電気的絶縁能力を特徴としているからである。代替的に、例えばＰＥＥＫも構想可能であるが、コストの面では不都合である。

図２Ａ〜２Ｄに示される実施形態におけるセンサ１５４はさらに、本実施形態において、１つ又は複数の切り欠き（開口）１７４を含み、この切り欠き１７４は、ここでは、バスバー１４０、１４８を収容するための横方向のスリット１７６として形成される。この２つのスリット１７６によって、追加的に半径方向の取り付けスペースを必要とすることなく、バスバー１４０、１４８を水晶圧電素子１４４から離すことが可能である。センサホルダ１５４の壁の強度は、一方では上記のように追加的な半径方向の空間が必要とされず、他方ではバスバー１４０、１４８が許容範囲を考慮してセンサホルダ１５４の外輪郭を越えて突出することが防止されうるように、バスバー１４０、１４８のジオメトリに対して調整されうる（場合によっては、その反対方向に調整されうる）。このようにして、バスバー１４０、１４８とセンサハウジング１２４との間の短絡が起こりうることが防止されうる。センサホルダ１５４は、好適に、外径が４．５ｍｍよりも短い。

Claims (11)

1. センサハウジング（１２４）を備えた、内燃機関、特にオットーエンジンの燃焼室圧力を検出するための装置（１１０）であって、
   前記センサハウジング（１２４）は、前記内燃機関の燃焼室（１２６）内に少なくとも部分的に挿入されるために設けられており、前記センサハウジング（１２４）内には、少なくとも１つの機械−電気変換素子（１４２）が収容されており、前記機械−電気変換素子（１４２）は、少なくとも１つのセンサホルダ（１５４）、特に前記機械−電気変換素子（１４２）を少なくとも部分的に囲むセンサホルダ（１５４）によって、前記センサハウジング（１２４）から隔てられており、前記センサホルダ（１５４）は、少なくとも部分的に剛性を有して形成される、装置（１１０）。
2. 前記センサホルダ（１５４）は、電気的な絶縁特性を有する、請求項１に記載の装置（１１０）。
3. 前記センサホルダ（１５４）は、少なくとも部分的に、プラスチック、充填プラスチック、グラスファイバ強化プラスチック、ポリエーテルイミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレン硫化物、セラミック、ポリマーセラミックのうちの１つ又は複数の素材から製造されることを特徴とする、請求項１又は２に記載の装置（１１０）。
4. 前記センサホルダ（１５４）は、外径が８ｍｍよりも短く、４．５ｍｍよりも短い、請求項１〜３のいずれか１項に記載の装置（１１０）。
5. 前記機械−電気変換素子（１４２）は、多角形の横断面、特に正方形の横断面を有し、前記センサハウジング（１２４）は、丸い横断面、特に円形の横断面を有する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の装置（１１０）。
6. 前記センサハウジング（１２４）は、燃焼室側に、少なくとも１つの膜（１３０）により閉鎖された開口部（１２８）を有し、前記装置（１１０）はさらに、前記センサハウジング（１２４）と別体で形成された、前記機械−電気変換素子（１４２）へと前記膜（１３０）の変形を伝達するための少なくとも１つの伝達素子（１６２）を有し、前記センサホルダ（１５４）は、前記伝達素子（１６２）を少なくとも部分的に包囲する、請求項１〜５のいずれか１項に記載の装置（１１０）。
7. 前記センサハウジング（１２４）は第１の伝達経路の一部分であり、前記伝達素子（１６２）は第２の伝達経路の一部分であり、前記第１の伝達経路及び前記第２の伝達経路を介して、前記装置（１１０）の熱による膨張が前記機械−電気変換素子（１４２）へと伝達可能であり、前記伝達素子（１６２）は、少なくとも１つの補正部（１３４）を備え、前記補正部（１３４）は、前記第１の伝達経路と前記第２の伝達経路との間の異なる熱膨張を補正するために設けられる、請求項１〜６のいずれか１項に記載の装置（１１０）。
8. 前記センサホルダ（１５４）はその内部に、摩擦低減のための少なくとも１つの軸方向の案内素子（１６８）、特に、少なくとも１つの軸方向に伸びるリブを有する、請求項の１〜７のいずれか１項に記載の装置（１１０）。
9. 前記センサホルダ（１５４）は、前記センサハウジング（１２４）に割り当てられた表面（１６６）上に、摩擦軽減のための少なくとも１つの軸方向に伸びる案内素子（１６８）、特に少なくとも１つの軸方向に伸びるリブ（１７０）を有する、請求項１〜８のいずれか１項に記載の装置（１１０）。
10. 前記装置（１１０）は、前記機械−電気変換素子（１４２）の電気接触のための少なくとも１つの接触素子、特に少なくとも１つのバスバー（１４０、１４８）をさらに備え、前記センサホルダ（１５４）は、前記接触素子を収容及び／又は案内するための少なくとも１つの切り欠き（１７４）、特に少なくとも１つの横方向のスリット（１７６）を有する、請求項１〜９のいずれか１項に記載の装置（１１０）。
11. 前記機械−電気変換素子（１４２）は、前記燃焼室（１２６）と反対の側において、直接的又は間接的に絶縁体（１５０）と接触して配置されており、前記絶縁体（１５０）は、少なくとも電気的な絶縁特性を有し、前記絶縁体（１５０）は、少なくとも部分的に前記センサホルダ（１５４）に包囲される、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の装置（１１０）。

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