JP2018521325A - 容量性シリンダ圧力センサ - Google Patents

容量性シリンダ圧力センサ Download PDF

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Abstract

底面を有する筐体と、可変キャパシタと、回路とを有する、内燃機関のための容量性圧力センサが提供される。可変キャパシタは、静止電極と、弾性的に屈曲可能な電極とによって形成される。底面にかけられた圧力は、弾性的に屈曲可能な電極を屈曲させるように作用する。この屈曲は、可変キャパシタのキャパシタンスを変える。回路は、可変キャパシタの可変キャパシタンスに基づく信号を生成するように構成される。このキャパシタンスは、底面にかけられた圧力を表す。

Description

シリンダ圧力センサは、燃焼機関の効率性及び排気を改善するために使用される。このようなセンサは、船舶用機関を含む、様々な応用分野における大型のディーゼル燃焼機関で現在使用されている。しかしながら、シリンダ圧力センサには多種多様な応用分野があり、それらは、多種多様な燃焼機関、並びに、空気圧縮機及び油圧システムなどの他のシリンダに基づいた応用分野において配設され得る。
シリンダ圧力は、燃焼機関の閉ループ制御のための重要な制御パラメータである。圧電又はピエゾ抵抗測定のいずれかに典型的に基づいている既存のシリンダ圧力センサは、信頼性の低さ及び寿命の短さに悩まされている。多くの場合、既存のシリンダ圧力センサの運用寿命は、期待される主要な機関のオーバーホール時間限界の10分の1である。現行のセンサの信頼性の低さ及び寿命の短さは、機関の維持費の大幅な増加及びサービス不能時間の増加を引き起こしている。実例として、既存のシリンダ圧力センサは、約2000時間の典型的な寿命を有し、このようなセンサの船舶の応用分野についての目標は、16000時間である。
典型的には、ピエゾ抵抗の類のシリンダ圧力センサは、屈曲膜に装着される歪みゲージを含む。屈曲膜がゲージを曲げ、センサゲージの電気抵抗率が変化する。電気抵抗率のこの変化が測定され得る。圧電センサは、動く膜と剛性支持体との間で予張力で圧縮された圧電セラミックを含む。膜へ圧力を印可することで、測定され得る電荷を生じさせる。
典型的には、既存のセンサの設計では、測定要素は、偏向している熱い膜と直接接触する。これは、測定要素に対し、高い機械的応力及び熱応力を引き起こす。従って、センサ要素と膜との間の断熱が必要である。このような実装は難しく、難解な機械的解決策に至ることが多い。提示される解決策では、これらの問題が解決され、単純で信頼性のある圧力センサが実装され得る。
本発明のある特定の実施例の目的は、単純で信頼性のある容量性圧力センサを提供することである。このような実施例を通じ、単純で、堅牢な信頼性のある容量性シリンダ圧力センサが実現され得る。
本発明のある特定の実施例は、燃焼機関で使用され得る容量性圧力センサを提供する。このような容量性圧力センサは、燃焼機関の中のシリンダ圧力の測定を可能にする。
内燃機関のシリンダによってもたらされる高温及び繰返し応力が、圧力センサの使用を難しいものとする。本発明のいくつかの実施例は、圧力センサのある特定の構成部品をシリンダの高熱及び高圧力環境から絶縁することにより、これらの難しい環境の測定を可能にする。
本発明のいくつかの実施例は、筐体と、可変キャパシタと、関連回路とを備える。筐体は、底面と、外面とを有する鋼製シリンダから形成され得る。外面は、燃焼機関のシリンダヘッドへの設置を可能にするようにねじ切りされ得る。可変キャパシタは、静止電極と、弾性的に屈曲可能な電極とによって形成され得る。底面にかけられた圧力は、弾性的に屈曲可能な電極を屈曲させるように作用する。この屈曲は、可変キャパシタのキャパシタンスを変える。関連回路は、可変キャパシタの可変キャパシタンスに基づく信号を生成するように構成され得る。このキャパシタンスは、底面にかけられた圧力を表す。従って、熱い膜への機械的な接触は必要ではなく、既存の解決策のある特定の問題は回避される。
本発明のいくつかの実施例は、低温同時焼成セラミックス(LTCC)などのセラミックスを使用する。これらのセラミックスは、センサの筐体内部の構造体を形成する役割を果たすことができる。
本発明の第1の態様によれば、燃焼機関のシリンダヘッドに取り付け可能な容量性圧力センサが提供される。筐体は、底面と、可変キャパシタとを有する。可変キャパシタは、静止電極と、弾性的に屈曲可能な電極とによって形成される。静止電極は、筐体の中に配置され、弾性的に屈曲可能な電極24は、底面にかけられた圧力によって曲げられるように配設され、これにより、可変キャパシタの可変キャパシタンスは、底面にかけられた圧力を表す。センサは、可変キャパシタの圧力依存性のキャパシタンスに基づく信号を生成するように構成された回路30も備えることができ、この信号は、底面にかけられた圧力を表す。
第1の態様の様々な実施例は、以下の中黒の一覧から少なくとも1つの特徴を含むことができる。
・弾性的に屈曲可能な電極は、底面の少なくとも一部分を形成する。
・静止電極は、弾性的に屈曲可能な電極と略平行である。
・底面は、燃焼機関のシリンダに露出されるように構成される。
・弾性的に屈曲可能な電極は、燃焼機関のシリンダに露出されるように構成される。
・容量性圧力センサは、底面と回路との間に少なくとも部分的に配置された断熱構成部品を更に備える。
・弾性的に屈曲可能な電極は、底面にかけられた2MPa(20bar)、5MPa(50bar)、8MPa(80bar)、10MPa(100bar)、20MPa(200bar)、30MPa(300bar)、又は40MPa(400bar)より小さい圧力で弾性的に屈曲可能である。
・底面と回路との間の熱伝導率は、3.5(W/(m・K))未満である。
・静止電極は、低温同時焼成セラミック(LTCC)などのセラミックから構成される。
・容量性圧力センサは、静止電極に電気的に接続された第1の伝導構造体と、弾性的に屈曲可能な電極に電気的に接続された第2の伝導構造体とを更に備える。
本発明の第2の態様によれば、容量性圧力センサを内燃機関のシリンダヘッドに設置する方法が提供される。
本発明の第3の態様によれば、容量性圧力センサを有するシリンダヘッドを備える燃焼機関が提供される。
本発明の第4の態様によれば、本発明のいずれかの実施例の容量性圧力センサを備える、燃焼機関のためのシリンダヘッドが提供される。
本発明の第5の態様によれば、機関のシリンダ内の圧力を測定するための容量性圧力センサ装置が提供され、このセンサ装置は、内燃機関のシリンダヘッドに取り付け可能な、側壁を有するシリンダ形状筐体と、筐体の中に配置された静止電極と露出され、シリンダ内の圧力変化に反応する可動電極であって、該圧力変化に従って変化するキャパシタンスを有するキャパシタを形成する電極と、該変化するキャパシタンスを表す信号を生成するための回路とを備える。
本発明は、独立請求項の特徴によって定義される。いくつかの特定の実施例は、従属請求項において定義される。
シリンダ形状筐体を有し、静止電極と、弾性的に屈曲可能な電極とによって形成される可変キャパシタを備える、少なくともいくつかの例示的な実施例による容量性圧力センサの概略図である。 弾性的に屈曲可能な電極が筐体の一部分を形成している、本発明の少なくともいくつかの例示的な実施例による容量性圧力センサの概略図である。 静止電極が鋼から作製され、セラミック絶縁体で絶縁される、本発明の少なくともいくつかの例示的な実施例による容量性圧力センサの概略図である。 静止電極と弾性的に屈曲可能な電極の両方が、低温同時焼成セラミックス(LTCC)によって形成される、本発明の少なくともいくつかの例示的な実施例による容量性圧力センサの概略図である。 本発明の少なくともいくつかの例示的な実施例によるキャパシタンス読み出しソリューションを示す図である。
本発明のある特定の実施例では、センサの筐体は、底面と、側面と、頂面とによって画定される。筐体は、円形の頂面及び底面を有するシリンダ形状であり得る。この場合、側面は、シリンダの周囲に沿った表面となる。
本発明のいくつかの実施例によれば、容量性圧力センサは、底面を有する筐体と、可変キャパシタと、関連回路とを備えるものとして提供される。可変キャパシタは、静止電極と、弾性的に屈曲可能な電極とによって形成される。底面にかけられた圧力は、弾性的に屈曲可能な電極を屈曲させるように作用する。この屈曲は、可変キャパシタのキャパシタンスを変える。回路は、可変キャパシタの可変キャパシタンスに基づく信号を生成するように構成される。このキャパシタンスは、底面にかけられた圧力を表す。回路は、筐体の内側、筐体の外側、又は筐体から離れた外側に配置され得る。回路は、同軸ワイヤなどの適切な電気的接続手段によって可変キャパシタに電気的に接続され得る。
図1は、本発明の少なくともいくつかの実施例による容量性圧力センサ100の概略図である。容量性圧力センサ100は、燃焼機関のシリンダヘッドに取り付け可能である。容量性圧力センサは、筐体10と、可変キャパシタ20と、関連回路30とを備える。筐体は、底面12を有する。可変キャパシタ20は、静止電極22と、弾性的に屈曲可能な電極24とによって形成される。静止電極22は、筐体10の中に配置され、弾性的に屈曲可能な電極24は、静止電極22と底面12との間に配設される。センサは、可変キャパシタ20の可変キャパシタンスに基づく信号を生成するように構成された関連回路30も有することができ、この信号は、底面12にかけられた圧力を表す。
図1に示されるように、本発明のいくつかの実施例では、弾性的に屈曲可能な電極24は、底面12の少なくとも一部分を形成することができる。
本発明のある特定の実施例では、筐体10の外面14はシリンダ形状である。筐体はシリンダを形成することができる。このような実施例では、シリンダの底部は、それが、圧力の関数として偏向するように寸法決めされ得る。
ある特定の実施例では、内部構造体は、セラミックス、例えば、低温同時焼成セラミックスによって形成され得る。この場合、LTCC層が内部構造体を形成することができる。この構造体は、可変キャパシタ20を形成する静止電極22と弾性的に屈曲可能な電極24との間に空隙を提供することができる。内部構造体は、底面12と残りの構成部品との間の熱絶縁体としても機能することができる。
図1に示されるように、ある特定の実施例では、内部構造体は、筐体10の中で機械的に圧縮され得る。これは、機械的なクランプ構造によって達成され得る。機械的なクランプ構造は、圧縮ナット76と、PCB70と、第1の伝導構造体62とから構成され得る。圧縮ナットは、ばね74によって機械的なクランプ構造から離間されてもよい。この場合、ばね74が、適切なクランプ力を確保する。
電気的接触子60及び第1の伝導構造体62も、図1の中に示されている。伝導構造体は、静止電極22を回路30に、例えばプリント回路基板(PCB)70を介して電気的に接続することができる。回路30は、プリント回路基板70に固定され得る。回路30は、第1の伝導構造体62に、PCB70を通じて電気的に接続され得る。
図1によって更に示されるように、ある特定の実施例では、静止電極は、LTCCなどのセラミックから構成され得る。これは、層状に形成され得る。
回路によって生成された信号を伝送するためのワイヤ32も、図1に示されている。このワイヤ32は、センサが装備された機関をクローズ制御するために、機関制御ユニットへ信号を伝送することができる。
ある特定の実施例では、容量性圧力センサは、筐体10の外面14の少なくとも一部分に配置されたねじ山40を更に備えることができる。
本発明のいくつかの実施例では、筐体10は、ねじ切りされた外面14を有することができる。
容量性圧力センサのいくつかの実施例では、弾性的に屈曲可能な電極24は、底面12にかけられた圧力に反応して弾性的に屈曲するように配設され得る。
本発明のある特定の実施例では、容量性圧力センサの測定分解能は、以下の式を用いて予測され得る。ΔPmin=(d/β)・(ΔV/V)、ここで、β=(Δd)/ΔPである。式中、ΔPminは、測定分解能を意味し、dは、静止電極22と弾性的に屈曲可能な電極24との間の距離であり、Δdは、弾性的に屈曲可能な電極の変位であり、ΔPは、圧力変化であり、ΔVは、電子ノイズを表し、Vは、印可された測定電圧である。与えられた式による予測の実例として、機械的感度がβ=70n/MPa(7n/bar)、電極空隙がd=50μm、電ノイズがΔV=3nV/√Hz、測定電圧がV=3Vの場合、10kHzの帯域の分解能は、約1hPa(1mbar)である。例えば、1MWより大きい容量のディーゼル機関用に必要とされる測定分解能は、1MPa(10bar)@10kHzBWである。
ある特定の実施例では、静止電極22は、筐体10の外面14に対し略垂直に配置され得る。
本発明のいくつかの実施例では、底面12は、燃焼機関のシリンダに露出されるように構成され得る。
本発明のある特定の実施例では、弾性的に屈曲可能な電極24は、燃焼機関のシリンダに露出されるように構成され得る。
図2は、圧縮ナット76が機械的クランプ力を提供することができる、本発明のある特定の例示的な実施例による容量性圧力センサ100の概略図である。クランプ力は、静止電極22を筐体10に固定させる。絶縁体52は、静止電極22と筐体10との間に少なくとも部分的に配置され得る。絶縁体は、セラミックとすることができる。絶縁体は、MICAであってもよい。絶縁体は、静止電極22を筐体10から電気的に絶縁する。
いくつかの実施例は、圧縮ナット76と静止電極22との間に少なくとも部分的に配置されたばね74を備えることができる。静止電極22は、更なる絶縁体52によってばね74から電気的に絶縁され得る。
断熱構成部品は、圧縮ナット76と支持プレート72との間に配置され得る。
図3は、本発明のある特定の実施例による容量性圧力センサ100の概略図である。静止電極22は、鋼から構成され、絶縁体52で絶縁され得る。絶縁体は、セラミックとすることができる。絶縁体は、MICAであってもよい。絶縁体は、静止電極22を筐体10から電気的に絶縁する。静止電極22は、筐体に締めボルト又は締めねじ82を介して留められ得る。締めボルト又は締めねじ82も、絶縁体52によって静止電極22から絶縁され得る。ばね74は、静止電極22と締めボルト又は締めねじ82との間に配置され得る。
断熱構成部品は、静止電極22と支持プレート72との間に配置され得る。PCB70は、支持プレート72によって少なくとも部分的に支持され得る。可変キャパシタ20の可変キャパシタンスに基づく信号を生成するように構成された回路30がPCBに固定され得る。回路30は、代替え的には様々な他の方法で筐体の内側、筐体の外側、又は筐体から離れた外側に配置され得る。可変キャパシタ及び/又はPCB70に電気的に接続され、筐体から離れて配置された別の構成部品又は回路30に接続されることができるワイヤ32が提供され得る。
同軸ワイヤ34は、静止電極22を回路30と電気的に接続するために提供され得る。回路は、筐体の内側、筐体の外側、又は筐体から離れた外側に配置され得る。同軸ワイヤ34は、静止電極22に締め付け接触子(clamped contact)66を介して接続され得る。同軸ワイヤ34又は対応する接続している電極及び締め付け接触子66は、静止電極22の一体化された部分であってもよい。
可変キャパシタ20は、静止電極22と、筐体10の一部分を形成する弾性的に屈曲可能な電極24とによって形成され得る。
図3に示されるように、本発明のある特定の実施例では、断熱構成部品50は、底面12と回路30との間に少なくとも部分的に配置され得る。この断熱構成部品は、例えばロックウールとすることができる。
本発明のある特定の実施例によれば、容量性圧力センサは、内燃機関のシリンダヘッドに取り付け可能である。
図4は、本発明のある特定の実施例による容量性圧力センサの概略図である。示された実施例では、センサの内部構造体は、接着剤80を介して筐体に接着され得る。この接着剤は、それが、底面12と内部構造体との間にあるように筐体に塗布され得る。このような用途では、高温糊、例えばセラミック接着剤が使用され得る。
底面12を形成する筐体の一部分が弾性的に屈曲するとき、それは、弾性的に屈曲可能な電極を屈曲させ、可変キャパシタの可変容量を変化させる。
図4にも示されるように、弾性的に屈曲可能な電極24は、LTCCなどのセラミックから構成され得る。
図4に示されるように、本発明のある特定の実施例では、静止電極22に電気的に接続された第1の伝導構造体62と、弾性的に屈曲可能な電極24に電気的に接続された第2の伝導構造体64とが存在する。これらの構造体は、電極をPCB70及び/又は回路30に電気的に接続する。
本発明のいくつかの実施例では、断熱構成部品50は、底面12と弾性的に屈曲可能な電極24との間に少なくとも部分的に配置され得る。
構造材料の層78も図4に示される。これらの層も、LTCCなどのセラミックから構成され得る。
図5は、本発明のある特定の実施例によるキャパシタンス読み出しソリューションを示す。
本発明のある特定の実施例では、導電構成部品は、例えばLTCCなどのセラミック内で一体化される。
本発明のいくつかの実施例では、弾性的に屈曲可能な構成部品は、燃焼機関の燃焼室の中で見られる圧力に晒されたときに弾性的に屈曲可能であり得る。ある場合には、弾性的に屈曲可能な電極24は、底面12にかけられた2MPa(20bar)、5MPa(50bar)、8MPa(80bar)、10MPa(100bar)、20MPa(200bar)、30MPa(300bar)、又は40MPa(400bar)より小さい圧力で弾性的に屈曲可能であり得る。
本発明のある特定の実施例では、回路30は、底面12から熱的に隔離され得る。底面12と回路30との間の熱伝導率は、例えば3.5(W/(m・K))未満であり得る。
本発明のいくつかの実施例では、筐体10の底面12は、弾性的に屈曲可能であり得る。この場合、底面12と弾性的に屈曲可能な電極24との間の構成部品も、弾性的に屈曲可能であり得る。
本発明の実施例による容量性圧力センサの設置方法は、容量性圧力センサを燃焼機関のシリンダヘッドに固定させるステップを備える。
本発明のいくつかの実施例による内燃機関は、シリンダヘッドであって、該シリンダヘッドに固定される本発明の実施例による容量性圧力センサを有するシリンダヘッドを備える。
本発明のいくつかの実施例による燃焼機関のためのシリンダヘッドは、該シリンダヘッドに固定される本発明の実施例による容量性圧力センサを備える。
開示された本発明の実施例は、本明細書で開示された特定の構造、プロセス、ステップ、又は材料に限定されるものではなく、当業者によって認識されるようなそれらの均等物に拡張されることを理解されたい。本明細書で使用される用語は、特定の実施例のみを説明する目的で使用され、限定を目的としないことも理解すべきである。
本明細書を通して1つの実施例又はある実施例を参照するということは、実施例と関連して記載された特定の特徴、構造、又は特性が、本発明の少なくとも1つの実施例に含まれることを意味する。従って、本明細書を通して様々な場面での「1つの実施例では」又は「ある実施例では」という語句の出現は、必ずしも全て同じ実施例を参照しているわけではない。例えば、約、又は略などの用語を使用して数値を参照する場合、厳密な数値も開示される。
本明細書で使用されるように、複数の事項、構造要素、組成要素、及び/又は材料は、便宜上、共通リストで提示されることもあり得る。しかしながら、これらのリストは、あたかもリストの各メンバーが、別個の且つ独自のメンバーとして個々に認識されると解釈すべきである。従って、このようなリストのいかなる個々のメンバーも、反対の指摘のない限り、共通のグループでのそれらの提示だけに基づき、同じリストの任意の他のメンバーの事実上の均等物として解釈されるべきではない。加えて、本発明の様々な実施例及び実例は、それらの様々な構成部品についての代替案とともに本明細書で言及されることもある。このような実施例、実例、及び代替案は、互いの事実上の均等物と解釈されるべきでなく、本発明の別個の自律的な表現と考えるべきであると理解される。
更に、記載された特徴、構造、又は特性は、任意の適切な方法で1つ又は複数の実施例において組み合わされてもよい。以下の記載では、本発明の実施例の完全な理解を提供するために、長さ、幅、形状などの実例などの、多数の具体的詳細が提供される。しかしながら、当業者は、本発明が、1つ又は複数の具体的詳細を用いず、又は他の方法、構成部品、材料などを用いて実施され得ることを認識するであろう。他の例では、周知の構造、材料、又は動作は、本発明の態様を不明瞭にすることを避けるために、詳細には図示されない又は記載されない。
前述の実例は、1つ又は複数の特定の応用分野での本発明の原理の説明であるが、実施の形態、使用、及び詳細での多数の変更が、発明能力の行使なしに、且つ、本発明の原理及び概念から逸脱することなくなされてもよいことは、当業者には明らかであろう。従って、本発明が、以下に明記される特許請求の範囲による場合を除き、限定されることは意図されない。
動詞「備える」及び「含む」は、未記載の特徴も存在することを排除しない又は必要としない、オープンな制限として本明細書で使用される。従属請求項に記載された特徴は、他に明白に述べられていない限り、相互に自由に組み合わせ可能である。更に、本明細書を通して、「a」又は「an」、即ち単数形の使用は、複数を排除するものでないことが理解されるべきである。
本発明の少なくともいくつかの実施例は、燃焼機関の制御システムにおいて産業上の応用分野を見出す。いくつかの実施例は、空気圧縮機及び油圧システムなどの高温及び/又は高圧力での他の厳しい環境における圧力センサの応用分野を含む。
10 筐体
12 底面
14 外面
20 可変キャパシタ
22 静止電極
24 弾性的に屈曲可能な電極
30 回路
32 ワイヤ
34 同軸ワイヤ
40 ねじ山
50 断熱構成部品
52 絶縁体
60 電気的接触子
62 第1の伝導構造体
64 第2の伝導構造体
66 締め付け接触子
70 プリント回路基板(PCB)
72 支持プレート
74 ばね
76 圧縮ナット
78 構造材料の層
80 接着剤
82 締めねじ
100 圧力センサ
P 圧力

Claims (25)

  1. − 内燃機関のシリンダヘッドに取り付け可能なシリンダ形状筐体であって、外面と、底面とを有するシリンダ形状筐体と、
    − 静止電極と、弾性的に屈曲可能な電極とを有する可変キャパシタであって、前記静止電極が、前記筐体の中に配置され、前記弾性的に屈曲可能な電極が、前記底面にかけられた圧力に反応して曲げられるように配設され、これにより、前記可変キャパシタの可変キャパシタンスが、前記底面にかけられた前記圧力を表す、可変キャパシタと
    を備える容量性圧力センサ。
  2. 前記弾性的に屈曲可能な電極が、前記底面の少なくとも一部分を形成する、請求項1に記載の容量性圧力センサ。
  3. 前記静止電極が、前記弾性的に屈曲可能な電極と略平行である、請求項1又は2に記載の容量性圧力センサ。
  4. 前記静止電極が、前記筐体の前記外面に対し略垂直に配置される、請求項1から3までのいずれか一項に記載の容量性圧力センサ。
  5. 前記底面が、前記燃焼機関のシリンダに露出されるように構成される、請求項1から4までのいずれか一項に記載の容量性圧力センサ。
  6. 前記弾性的に屈曲可能な電極が、前記燃焼機関の前記シリンダに露出されるように構成される、請求項1から5までのいずれか一項に記載の容量性圧力センサ。
  7. 前記可変キャパシタの前記可変キャパシタンスに基づく信号を生成するように構成された回路を備え、前記信号が、前記底面にかけられた前記圧力を表す、請求項1から6までのいずれか一項に記載の容量性圧力センサ。
  8. 前記底面と前記回路との間に少なくとも部分的に配置された断熱構成部品を更に備える、請求項7に記載の容量性圧力センサ。
  9. 前記弾性的に屈曲可能な電極が、前記底面にかけられた2MPa(20bar)より小さい圧力で弾性的に屈曲可能である、請求項1から8までのいずれか一項に記載の容量性圧力センサ。
  10. 前記底面(12)と前記回路(30)との間の熱伝導率が、3.5W/(m・K)未満である、請求項7から9までのいずれか一項に記載の容量性圧力センサ。
  11. 前記静止電極(22)が、低温同時焼成セラミック(LTCC)などのセラミックから構成される、請求項1から10までのいずれか一項に記載の容量性圧力センサ。
  12. 前記静止電極に電気的に接続された第1の伝導構造体と、前記弾性的に屈曲可能な電極に電気的に接続された第2の伝導構造体とを更に備える、請求項1から11までのいずれか一項に記載の容量性圧力センサ。
  13. 前記静止電極を、前記可変キャパシタの前記可変キャパシタンスに基づく信号を生成するように構成された回路と電気的に接続するための接続手段、好ましくは同軸ワイヤを更に備え、前記信号が、前記底面にかけられた前記圧力を表す、請求項1から12までのいずれか一項に記載の容量性圧力センサ。
  14. 前記外面が、ねじ切りされた外面を備える、請求項1から13までのいずれか一項に記載の容量性圧力センサ。
  15. 請求項1から14までのいずれか一項に記載の容量性圧力センサの設置方法であって、前記容量性圧力センサを内燃機関のシリンダヘッドに、前記容量性圧力センサのインターフェースを介し固定させるステップを含む方法。
  16. 機関のシリンダ内の圧力を測定するための容量性圧力センサ装置であって、前記センサ装置が、
    − 前記内燃機関のシリンダヘッドに取り付け可能なシリンダ形状筐体であって、側壁と、底壁とを有するシリンダ形状筐体と、
    − 前記筐体の中に配置された静止電極と露出され、前記シリンダ内の圧力変化に反応する弾性電極であって、前記圧力変化に従って変化するキャパシタンスを有する可変キャパシタを形成する、電極と、
    − 前記変化するキャパシタンスを表す信号を生成するための、前記可変キャパシタに接続された回路と
    を備える、容量性圧力センサ装置。
  17. 前記弾性電極が、前記筐体の前記底壁の少なくとも一部分を形成する、請求項16に記載の容量性圧力センサ装置。
  18. 前記静止電極が、前記弾性電極と略平行であり、好ましくは、前記静止電極は、前記筐体の前記側壁に対し略垂直に配置される、請求項16又は17に記載の容量性圧力センサ装置。
  19. 前記筐体の前記底壁が、前記燃焼機関の前記シリンダに露出されるように構成される、請求項16から18までのいずれか一項に記載の容量性圧力センサ装置。
  20. 前記弾性電極が、前記燃焼機関の前記シリンダに露出されるように構成される、請求項16から19までのいずれか一項に記載の容量性圧力センサ装置。
  21. 前記底壁と前記回路との間に少なくとも部分的に配置された断熱構成部品を更に備える、請求項16から20までのいずれか一項に記載の容量性圧力センサ装置。
  22. 前記弾性的に屈曲可能な電極が、前記底壁にかけられた2MPa(20bar)、5MPa(50bar)、8MPa(80bar)、10MPa(100bar)、20MPa(200bar)、30MPa(300bar)、又は40MPa(400bar)より小さい圧力で弾性的に屈曲可能である、請求項16から21までのいずれか一項に記載の容量性圧力センサ装置。
  23. 前記静止電極が、低温同時焼成セラミック(LTCC)などのセラミックから構成される、請求項16から22までのいずれか一項に記載の容量性圧力センサ装置。
  24. 前記静止電極に電気的に接続された第1の伝導構造体と、前記可動電極に電気的に接続された第2の伝導構造体とを更に備える、請求項16から23までのいずれか一項に記載の容量性圧力センサ装置。
  25. 前記静止電極を、前記可変キャパシタの前記可変キャパシタンスに基づく信号を生成するように構成された回路と電気的に接続するための接続手段、好ましくは同軸ワイヤを更に備え、前記信号が、前記底面にかけられた前記圧力を表す、請求項16から23までのいずれか一項に記載の容量性圧力センサ装置。
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Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01141329A (ja) * 1987-11-27 1989-06-02 Ngk Insulators Ltd 圧力センサ
JPH01182729A (ja) * 1988-01-16 1989-07-20 Ngk Insulators Ltd 圧力センサ
JPH08121308A (ja) * 1994-10-25 1996-05-14 Unisia Jecs Corp 筒内圧センサ一体型点火装置
JPH10111206A (ja) * 1996-10-07 1998-04-28 Denso Corp 静電容量式圧力センサ
JP2004317491A (ja) * 2003-04-17 2004-11-11 Cts Corp 圧力センサ
JP2005189116A (ja) * 2003-12-25 2005-07-14 Denso Corp 力学量センサ構造
JP2009162751A (ja) * 2007-12-31 2009-07-23 Rosemount Aerospace Inc 高温用静電容量式静圧/動圧センサ
DE102012112920A1 (de) * 2012-12-21 2014-06-26 BD Sensors GmbH Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung eines Druckes
WO2014197101A2 (en) * 2013-03-15 2014-12-11 Endotronix, Inc. Pressure sensing implant

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4382377A (en) 1980-05-16 1983-05-10 Siemens Aktiengesellschaft Pressure sensor for an internal combustion engine
US5902933A (en) * 1993-02-22 1999-05-11 Omron Corporation Pressure sensor and its application
EP1486653B1 (en) * 2003-06-12 2016-04-13 Denso Corporation Combustion pressure sensor
FR2947629B1 (fr) * 2009-07-06 2012-03-30 Tronic S Microsystems Dispositif de mesure de pression et son procede de fabrication

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01141329A (ja) * 1987-11-27 1989-06-02 Ngk Insulators Ltd 圧力センサ
JPH01182729A (ja) * 1988-01-16 1989-07-20 Ngk Insulators Ltd 圧力センサ
JPH08121308A (ja) * 1994-10-25 1996-05-14 Unisia Jecs Corp 筒内圧センサ一体型点火装置
JPH10111206A (ja) * 1996-10-07 1998-04-28 Denso Corp 静電容量式圧力センサ
JP2004317491A (ja) * 2003-04-17 2004-11-11 Cts Corp 圧力センサ
JP2005189116A (ja) * 2003-12-25 2005-07-14 Denso Corp 力学量センサ構造
JP2009162751A (ja) * 2007-12-31 2009-07-23 Rosemount Aerospace Inc 高温用静電容量式静圧/動圧センサ
DE102012112920A1 (de) * 2012-12-21 2014-06-26 BD Sensors GmbH Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung eines Druckes
WO2014197101A2 (en) * 2013-03-15 2014-12-11 Endotronix, Inc. Pressure sensing implant

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