JP2012527632A - 内燃機関の燃焼室圧を検出する装置 - Google Patents

Abstract

内燃機関、特にオットーエンジンの燃焼室圧を検出する装置（１１０）が提案される。装置（１１０）は、少なくとも部分的に内燃機関の燃焼室（１２６）内に収められるように構成されたセンサハウジング（１２４）を備える。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）により閉鎖される開口部（１２８）を有する。センサハウジング（１２４）内に、少なくとも１つの機械・電気変換素子（１４２）が収容される。更に、前記センサハウジング（１２４）とは別体に形成された、膜（１３）の変形を機械・電気的変換素子（１４２）へと伝達する少なくとも１つの伝達素子（１６２）が設けられる。
【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使用可能な、内燃機関の燃焼室圧を検出する装置に関する。特に消費及び排出削減のために燃焼室圧を非常に正確に検出する必要があるため、この種の装置は、近代的なエンジン制御の基本的要素を成している。

従って、従来技術では、主としてディーゼルエンジンのために開発された燃焼室圧を検出する装置が公知である。従って、例えば、独国特許出願公開第１０２００５０３５０６２号明細書には、グロープラグの組み込み方向に伸張するハウジングジャケットと、グロープラグ内に収容された圧力検出素子と、を備えたグロープラグを有する内燃機関の燃焼室圧を検出する装置が記載されている。グロープラグのハウジングジャケットは、圧力検出素子へと燃焼室圧を伝達するために使用される。国際公開第２００６／０８９４４６号明細書には、力センサ又は圧力センサを特にグロープラグ内に組み込むための構成要素が記載されている。この構成要素は、圧電素材から成る円盤状又は有孔円盤状の測定素子と、この測定素子の両側に配置され導線への接触のための接点を有する有孔円盤状又は円盤状の電極と、を有する。更に、電極の外の両側に配置された１つ以上の伝達部が設けられる。

しかしながら、特にオットーエンジンのための独立型燃焼室圧センサ（Ｓｔａｎｄ−Ａｌｏｎｅ−Ｂｒｅｎｎｒａｕｍｄｒｕｃｋｓｅｎｓｏｒ）として使用可能な大量生産型の燃焼室圧センサは、現時点では、従来技術で知られていない。しかしながら、ディーゼルエンジンのために開発された構想は、オットーエンジンには簡単には転用されえない。一般に、特にオットーエンジンのための燃焼室圧センサの構造においては、多数の技術的な要請が発生する。従って、内燃機関の燃焼室内での燃焼によって、現在の測定及び評価の原則では通常は対処し得ない高温が発生する。更に、装置は広い温度範囲内でスムーズに、測定信号が熱応力により変更されることなく作動する必要がある。例えば、燃焼室壁内に装置、例えばシリンダヘッドを入れる際の捻じ込みトルク（Ｅｉｎｓｃｈｒａｕｂｍｏｍｅｎｔ）のような、外部からの機械的な影響は、信号の品質に対して影響を与えてはならず又は装置の測定信号を変更してはならない。

従って、これらの要請に対処しうる内燃機関の燃焼室圧を検出する装置が提案される。本装置は、特にオットーエンジンで使用可能である。本装置は、少なくとも１つのセンサハウジング、即ち、更なる別の素子を完全又は部分的に包囲する素子、例えば、少なくとも部分的に中空円筒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可能であり、少なくとも部分的に内燃機関の燃焼室内に収められるように構成される。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されうるため、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き出ている。

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を有する。ここでは、例えば、円形又は多角形の開口部が関わっている。膜として、例えば、少なくとも一方向に変形可能又は移動可能な構成要素であって、例えばセンサハウジングの軸に対して垂直に広がる上記構成要素として理解され、センサハウジングの横寸法（ｌａｔｅｒａｌｅ Ａｕｓｄｅｈｎｕｎｇ）は好適に少なくとも１０倍だけ、特に少なくとも１００倍だけセンサハウジングの太さ（Ｄｉｃｋｅ）を上回る。膜は、例えば、金属膜、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形成され、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状に形成され、その際に、膜が例えば金属膜として、例えばセンサハウジング上の、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、センサハウジングとの他の形態での結合も基本的には可能であり、例えばユニオンナットによるポジティブ結合（ｋｒａｆｔｓｃｈｌｕｅｓｓｉｇｅ Ｖｅｒｂｉｎｄｕｎｇ）が可能である。膜は、少なくとも通常燃焼室内に発生する圧力の範囲において、開口部を好適に完全に閉鎖するものとする。

装置は更に、センサハウジング内に少なくとも１つの機械・電気的変換素子を備える。この機械・電気的変換素子として、一般に、機械的作用を、例えば、力の作用、及び／又は、圧力の作用、及び／又は、変換素子の長さの変化を、電気信号に変換しうる素子として理解される。以下では、基本的に、圧電変換素子が関連している。しかしながら、代替的又は追加的に、機械的信号を電気信号へと変換するように構成された他の形態の変換素子も備えうる。

更に、装置は、センサハウジングとは別体に構成された、膜の変形を機械・電気的変換素子へと伝達する少なくとも１つの伝達素子を有する。このようにして、例えば、燃焼室圧による膜のたわみが、伝達素子を介して、機械・電気的変換素子へと伝達され、従って、電気信号が膜のたわみに対応して、従って燃焼室圧に対応して生成されうる。ここで伝達素子とは、好適に基本的に固定的に、膜の移動及び／又は変形を縦軸にも機械・電気的素子へと伝達しうる任意の素子として理解される。例えば、伝達素子は、基本的に棒状に形成され、好適に装置の軸上で保持されうる。伝達素子はまた、複数の部位からも形成されうる。

伝達素子は、先に記載したように、センサハウジングとは別体で構成される。このことは、装置が少なくとも２つの伝達経路を有し、燃焼室に直接的にさらされる装置の構成要素、例えば膜、の力及び／又は長さの変化、及び／又は、燃焼室に割り当てられた、センサハウジングの端面の力及び／又は長さの変化が、この伝達経路を介して機械・電気的変換素子へと伝達されうることを意味する。従って、例えば、センサハウジング自体は、第１の伝達経路の一部であってもよく、伝達素子は、基本的には第１の伝達経路に結合していない、第２の伝達経路の一部であってもよい。第１の伝達経路及び第２の伝達経路を介して、例えば、装置の各熱による伸張が、好適に基本的に両経路の結合なしに、機械・電気的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・電気的変換素子へと伝達することが出来るため、２つの伝達経路における異なる熱膨張を補正するための少なくとも１つの補正部を装置が有する場合には、特に有利である。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ように構成された少なくとも１つの補正部を備える場合には、特に有利である。従って、例えば、補正部は、その長さ及びその熱膨張係数に関して、装置がさらされる可能性がある少なくとも典型的な温度領域内で、第１の伝達経路と第２の伝達経路との熱膨張が、例えば、わずか２０％、特にわずか１０％、特に好適にわずか５％の許容可能な偏差の範囲内で、少なくともかなりの程度まで（ｗｅｉｔｇｅｈｅｎｄ）同じであるように調整するよう構成されうる。

例えば、低温始動時に短時間の間、温度が−４０℃であることがある。駆動中には、記載された伝送経路は、典型的に均一に温められるのではなく、通常は、温度勾配が、燃焼室から、例えば、膜の温度の場合は約５５０℃までであるが、機械・電気的素子へと、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。温度の補正は、例えば、経験的に求められた温度勾配を用いて、例えばエンジン測定により求められた温度勾配によって行われうる。気温の補正は、典型的に、均一な温度について、又は、温度勾配、特に均一な温度勾配について実現可能である。好適に、温度の補正は、初期応力、例えば、機械・電気的素子のプレストレス力（Ｖｏｒｓｐａｎｎｋｒａｆｔ）が、アイドル状態−温度勾配からフルスロットル−温度勾配への移行時、若しくは、フルスロットル−温度勾配からアイドル状態−温度勾配へ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。環境温度の変化によるプレストレス力の変化は、この場合通常は許容されうる。なぜならば、典型的に時定数が高く、少なくとも特に測定信号のリセット（Ｒｅｓｅｔ）との関連で、例えば各サイクル後には、測定信号による影響はわずかだからである。従って、例えば、装置が使用される際の、典型的に生じ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も達成されうる。

少なくとも１つの補正部の代わりに、又は、少なくとも１つの補正部に追加して、複数の部位から構成されうる伝達素子は更に、断熱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、複数部位から構成されうる。断熱の代わりに又は断熱に加えて、断熱・絶縁体は更に電気絶縁性も有しうる。このことは、断熱性を帯びた断熱・絶縁体自体が、電気絶縁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つの断熱素子に加えて少なくとも１つの電気的絶縁構素子を有する、複数部位からの構成も構想されうる。

装置は更に、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。ここでは、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、導電性を有する強固な素子、例えば金属素子を有しうる。ここでは、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板（Ｍｅｔａｌｌｉｓｃｈｅ Ｂａｈｎ）がその間に設けられた２つの外層（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つ以上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つ以上の接触素子が機械・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で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に当接して保持されうる。この絶縁体は、例えば電気絶縁性を有しうる。更に、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に当接して保持されうる。固定部は、例えば金属製の固定部、例えば、センサハウジングとノンポジティブ結合及び／又はポジティブ結合及び／又は接着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好ましい。しかしながら、他の固定部も基本的に可能である。

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。特に、このセンサホルダは、機械・電気的変換素子を少なくとも部分的に囲み特に包囲するセンサホルダ、例えば、この機械・電気的変換素子を同心円状に包囲するセンサホルダを有する。このセンサホルダは、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、断熱性、及び／又は、電気絶縁性、及び／又は、防振性を有しうる。センサホルダは例えば、完全に又は部分的に、プラスチック、セラミック、ポリセラミック、又は、上記の素材及び／又は他の素材の組み合わせから製造されうる。センサホルダは、伝達素子の少なくとも１つの構成要素、例えば、断熱・絶縁体及び／又は補正部を、少なくとも部分的に包囲しうる。このようにして、先に記載された２つの伝達経路は、追加的に互いに隔てられうる。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、従って、センサホルダ自体は好適に、上記の伝達経路の構成要素を形成しない。代替的又は追加的に、センサホルダは、装置の更なる別の素子、特に、第２の伝達経路の一部を形成する更なる別の素子を囲み及び／又は包囲しうる。従って、センサホルダは、例えば、機械・電気的変換素子の、燃焼室とは反対の側において、素子、例えば絶縁体を少なくとも部分的に包囲しうる。

装置は更に、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。例えば、この固定は、ノンポジティブ及び／又はポジティブな固定、例えば、燃焼室壁への捻じ込みを含みうる。密閉ハウジングのシーリングコーンは、例えばシリンダヘッド内での気密性をもたらすために、例えば密閉効果を高めうる。その際に、密閉ハウジングは、例えば、機械・電気的変換素子が燃焼室の外で保持されるように、センサハウジングと結合されるべきである。先に記載したように、このことは例えば、装置の一部のみ、特に膜を包囲する装置の一部が燃焼室内に突き出ており、これに対して、少なくとも１つの機械・電気的変換素子が燃焼室の外で、好適に内燃機関の駆動中に適度な温度が発生する領域で保持されることによって行われうる。例えば、機械・電気的変換素子は、２００℃以内の温度が発生する領域に配置されうる。

例えば、燃焼室壁内での密閉ハウジングの固定の際に、例えば、シリンダヘッド内への捻じ込みの際に、センサハウジングは基本的に軸方向に応力が掛からず及び／又は捻り応力が掛からない状態にあるように、密閉ハウジングがセンサハウジングと結合されうるので、軸方向の応力及び／又は捻り応力は、機械・電気的変換素子へと伝達されない。このことは、例えば、密閉ハウジングがセンサハウジングを少なくとも部分的に包囲するが、当該センサハウジングとは、例えば１つの領域内でのみ、又は複数のノンクリティカル（ｕｎｋｒｉｔｉｓｃｈ）な領域内で、例えば、ノンポジティブ結合及び／又はポジティブ結合により、例えば溶接の継ぎ目、好適に唯一の溶接の継ぎ目、例えば、唯一の環状の（ｕｍｌａｕｆｅｎｄ）溶接の継ぎ目の形態において、結合されることによって保障されうる。燃焼室壁内での固定の際に発生しうる密閉ハウジング内の軸方向の応力及び／又は捻り応力は、センサハウジングの内部、従って、機械・電気的変換素子へは伝達されない。しかしながら、半径方向の応力の伝達は、或る程度の範囲内で許容されうる。従って、センサハウジング、並びに、第１及び第２の伝達経路は、例えば溶接の継ぎ目によって、密閉ハウジングとは機械的に分離されるように形成されうる。従って、例えば、特に密閉ハウジング内での捻じ込みトルクにより発生しうる圧縮ひずみ及び／又は捻り応力は、第１及び／第２の伝達経路に対して作用しえないため、圧力測定又は力測定に対して作用しえず又はわずかに作用しうる。

１つ以上の上記の実施形態において提案される装置は、公知の装置に対して、特にオットーエンジンでの使用時に明確にな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られず又はわずかに影響を与えうるように、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。更に、提案される構成は、信号減衰及び／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。更に、例えば捻じ込みトルクのような外部からの機械的な影響が、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。関連する力の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うる。電気信号は更に、装置自体に組み込まれ及び／又は完全若しく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。その際に、機械・電気変換素子、及び／又は、評価回路は、耐えうる温度の領域に配置されうる。更に、先に記載した装置の構成要素は、測定信号が機械的及び／又は熱の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かかる構成によって最小化されうる。

本発明の実施例が図面に示され、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かかる装置の実施例を示す。

図１には、特にガスエンジン又はオットーエンジンで使用可能な、内燃機関の燃焼室圧を検出するための本発明にかかる装置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１１６として成形される密閉ハウジング１１８と、燃焼室側のシーリングコーン（Ｄｉｃｈｔｋｏｎｕｓ）１２０と、を有する複数部位から構成されたハウジング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の信号が既に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つ以上のインターフェースを介して外部へと転送されうる。本体基部には、基本的に円柱状に成形される密閉ハウジング１１８が付けられ、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が連接する。この補正部１３４には、軸方向において、断熱・絶縁体１３６が連接する。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が連接する。水晶圧電素子１４４はここでは基本的には、圧電特性を備えた水晶の代わりに又は圧電特性を備えた水晶の追加的して、任意の圧電素材と理解されうる。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が連接する。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形成される。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とは別体の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に連接する。絶縁体１５０は、燃焼側の、直径が減少する区分１５２を有し、この区分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。絶縁体には、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が連接する。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、記載される実施例において、絶縁被覆（Ｉｓｏｌｉｅｒｈｕｅｌｓｅ）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に作用する力に変換される。補正部１３４は一方でこの力を、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。その一方で、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有する。

従って、水晶圧電素子１４４は、２つの並行する伝達経路から成る構造の一部である。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１３６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２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、本発明に基づいて、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、内側及び外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。それにもかかわらず、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、２つの伝達経路内での異なる熱膨張により生成される膨張エラーの最小化が達成されうる。

断熱・絶縁体１３６は一方では、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有する。その一方で、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上でのみバスバー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も機能する。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、その素材が対応する要請に対して最適化されうる熱絶縁素子と、電気的絶縁素子と、に分け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、ここでは即ち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、長さの変化（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であって、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上記評価回路において、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転送されうる。

バスバー１４０、１４８はそれぞれ基本的に同じ役目を持つ。バスバー１４０、１４８は、一方では、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。例えば熱膨張によって、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緩衝材を有する。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つ以上の屈曲及び／又は湾曲を有しうる。他の方法でも、バスバー１４０、１４８は、弾性を有して（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短縮されることが達成される。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。更に、絶縁体１５０は、バスバー１４０、１４８が評価回路へと案内されうるように、当該バスバーのための空間を提供する。特に、絶縁体１５０は好適に、上記の応力緩和効果を達成するために応力緩和材（Ｚｕｇｅｎｔｌａｓｔｕｎｇｓｓｃｈｌａｇ）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（Ｋｒａｆｔｐｆａｄ）のためのスラスト軸受として機能する。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。更に、この種のプレストレスは、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の使用時における高い機械的負荷、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役目を果たす。

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、外部からの機械的影響からこの第２の伝達経路を防護する役割を果たす。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は更に、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協働により、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・機能モジュールは、本実施例では、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、利用者により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（ねじ付けトルク）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、当該プレストレスがセンサ・機能モジュールに対して影響を与える可能性がある場合には、測定エラーを引き起こしうるであろう。従って、センサ・機能モジュールは、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・機能モジュールへの軸方向のプレストレス力（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・機能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。

従って、水晶圧電素子１４４は、２つの並行する伝達経路から成る構造の一部である。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、本発明に基づいて、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、内側及び外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。それにもかかわらず、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、２つの伝達経路内での異なる熱膨張により生成される膨張エラーの最小化が達成されうる。

Claims (10)

1. 内燃機関、特にオットーエンジンの燃焼室圧を検出する装置（１１０）であって、センサハウジング（１２４）を備え、前記センサハウジング（１２４）は、少なくとも部分的に前記内燃機関の燃焼室（１２６）内に収められるように構成され、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）により閉鎖される開口部（１２８）を有し、前記センサハウジング（１２４）内に、少なくとも１つの機械・電気変換素子（１４２）が収容され、更に、前記センサハウジング（１２４）とは別体に形成された、前記膜（１３）の変形を前記機械・電気的変換素子（１４２）へと伝達する少なくとも１つの伝達素子（１６２）が設けられる、装置（１１０）。
2. 前記センハウジング（１２４）は、第１の伝達経路の一部であり、前記伝達素子（１６２）は、第２の伝達経路の一部であり、前記第１の伝達経路と前記第２の伝達経路のそれぞれを介して、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少なくともかなりの程度まで補正するように構成される、請求項１に記載の装置（１１０）。
3. 前記伝達素子（１６２）は、断熱性を備えた少なくとも１つの断熱・絶縁体（１３６）を有する、請求項１〜２のいずれか１項に記載の装置（１１０）。
4. 前記断熱・絶縁体（１３６）は更に、電気絶縁性を有する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の装置（１１０）。
5. 前記装置（１１０）は更に、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）を備え、前記接触素子は少なくとも部分的に、軸方向の弾性を有する、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）に当接して保持され、前記絶縁体（１５０）は少なくとも電気絶縁性を有する、請求項１〜５のいずれか１項に記載の装置（１１０）。
7. 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、少なくとも１つの固定部（１５６）、特に、前記センサハウジング（１２４）と接着結合された固定部（１５６）を介して、直接的又は間接的に前記センサハウジング（１２４）に当接して保持される、請求項１〜６のいずれか１項に記載の装置（１１０）。
8. 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、前記センサハウウジング（１２４）から隔てられる、請求項１〜７のいずれか１項に記載の装置（１１０）。
9. 前記装置（１１０）は更に、前記センサハウジング（１２４）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（１１８）、特に、シーリングコーン型ハウジング（１１６）を有し、前記密閉ハウジング（１１８）は、燃焼室壁内、特にシリンダヘッド内での前記装置（１１０）の固定を可能とするように構成され、前記密閉ハウジング（１１８）は、前記機械・電気変換素子（１４２）が燃焼室（１２６）の外で保持されるように形成される、請求項１〜８のいずれか１項に記載の装置（１１０）。
10. 前記燃焼室壁内での密閉ハウジング（１１８）の固定の際に、前記センサハウジング（１２４）は基本的に軸方向に応力が掛からず又は捻り応力が掛からない状態にあるように、前記密閉ハウジング（１１８）がセンサハウジング（１２４）と結合される、請求項１〜９のいずれか１項に記載の装置（１１０）。

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