JP3099894B2 - 内燃機関の燃焼室における圧力を検出するための圧力発信機を製造する方法 - Google Patents
内燃機関の燃焼室における圧力を検出するための圧力発信機を製造する方法Info
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- G01L23/08—Devices or apparatus for measuring or indicating or recording rapid changes, such as oscillations, in the pressure of steam, gas, or liquid; Indicators for determining work or energy of steam, internal-combustion, or other fluid-pressure engines from the condition of the working fluid operated electrically
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- G01L9/0041—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms
- G01L9/0051—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in ohmic resistance
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Description
【発明の詳細な説明】 背景技術 本発明は、請求項１の上位概念に記載の、圧力発信機
を製造する方法に関する。ドイツ連邦共和国特許出願公
開第3125640号明細書に基づいて公知のこのような形式
の圧力発信機では、例えば、サーメット、導電プラスチ
ック又は金属から成る厚膜抵抗のような圧電抵抗式の測
定素子が、ベースに装着されている。この抵抗素子及び
ベースは、生じる圧力を測定できるようにするために、
可能な限り圧力室の近くに配置されている。さらに、測
定信号は、導電体を用いて、圧力発信機のケーシングの
外部に配置されている電子式の評価回路に導かれる。こ
れによって、圧電抵抗式の素子と電子的な素子とは、遮
蔽される導電体を用いて互いに接続されねばならない
が、この作業は面倒である。圧電抵抗式の測定素子は直
接圧力にさらされるので、燃焼室内における高い温度に
もさらされることになる。そして燃焼室において炎は、
約2000℃の温度で広がるので、これによってケーシング
内においてストレスが生ぜしめられる。この結果、圧力
信号は高い温度により狂ってしまう。
を製造する方法に関する。ドイツ連邦共和国特許出願公
開第3125640号明細書に基づいて公知のこのような形式
の圧力発信機では、例えば、サーメット、導電プラスチ
ック又は金属から成る厚膜抵抗のような圧電抵抗式の測
定素子が、ベースに装着されている。この抵抗素子及び
ベースは、生じる圧力を測定できるようにするために、
可能な限り圧力室の近くに配置されている。さらに、測
定信号は、導電体を用いて、圧力発信機のケーシングの
外部に配置されている電子式の評価回路に導かれる。こ
れによって、圧電抵抗式の素子と電子的な素子とは、遮
蔽される導電体を用いて互いに接続されねばならない
が、この作業は面倒である。圧電抵抗式の測定素子は直
接圧力にさらされるので、燃焼室内における高い温度に
もさらされることになる。そして燃焼室において炎は、
約2000℃の温度で広がるので、これによってケーシング
内においてストレスが生ぜしめられる。この結果、圧力
信号は高い温度により狂ってしまう。
さらに、ヨーロッパ特許出願公開第85111895号明細書
に基づいて公知の圧力センサでは、厚膜抵抗が、ベース
の底部に配置されている。この圧力センサはしかしなが
ら、分配ポンプにおける圧力を測定するためにしか設け
られていない。燃焼室における高い温度は、この構成に
おいても測定信号を狂わせることになる。
に基づいて公知の圧力センサでは、厚膜抵抗が、ベース
の底部に配置されている。この圧力センサはしかしなが
ら、分配ポンプにおける圧力を測定するためにしか設け
られていない。燃焼室における高い温度は、この構成に
おいても測定信号を狂わせることになる。
米国特許第4645965号明細書には、圧電式の材料から
成る測定素子を備えた圧力センサが開示されている。こ
の場合圧電式の素子は、ケーシング内に配置されてお
り、このケーシングは燃焼室に向かって開口を有してい
る。この開口は、ダイヤフラムによって閉鎖されてお
り、この場合圧電式の素子はポンチを介して、このダイ
ヤフラムと、ひいては燃焼室における圧力を作用結合さ
れている。圧電式の素子は、ケーシングに構成された肩
部に接触している。この場合圧電式の素子が使用されて
いることによって、本発明の対象とは構造的に異なって
いる。一般に、測定素子はポテンシャルフリーに働くこ
とが必要である。これによって、圧電式の素子のための
既に必要な２つのコンタクトディスクに加えて、コンタ
クトディスクと対応受けとの間に別の絶縁ディスクを組
み込むことが必要である。圧電式のセラミックディスク
の接触は、ワイヤの面倒な溶接によってしか、もしくは
ポンチにおける切欠きを用いてしか可能でない。同様に
ポテンシャルフリーなセンサを選択する場合には、この
面倒な作業はさらに倍加される。圧電式の素子は分離し
た構成部材として使用されねばならないので、このよう
な素子の製造コストは比較的高価でもある。さらに、測
定信号を劣化させる面倒な複数の接着箇所が必要であ
る。従って通常のように、１つの圧電式のディスクと２
つのコンタクトディスクとが使用される場合には、４つ
の接着箇所が生じる。つまりポテンシャルフリーなセン
サでは、５つの接着箇所が問題になる。測定原理に基づ
いて、ポンチは圧電式の素子に対して必ず垂直に接着さ
れねばならない。ピエゾセラミック素子は、使用温度範
囲において15％〜70％の間に位置する、測定感度の比較
的高い不都合な温度反応を有している。耐用寿命にわた
る老化は、２％〜10％である。５％〜25％のピエゾセラ
ミックのヒステリシスは、極めて高く、かつこれによっ
て燃焼室圧力測定の精度を著しく制限している。そして
特に、圧電式配置形式の多層構造は、圧力センサのケー
シング内への比較的面倒かつ複雑化された取付けを必要
とする。圧電式の素子では、圧電抵抗式の素子とは異な
り、測定信号発生のための圧力作用時に、チャージひい
ては電圧が生ぜしめられる。この電圧はピックアップさ
れて評価される。これとは異なり、圧電抵抗式の素子で
は電圧が印加され、圧電抵抗式の素子における電気抵抗
が、作用する圧力によって変化させられる。この圧力セ
ンサでは圧電式の素子とポンチとが片側から孔の中に組
み込まれ、この孔は鉢型ダイヤフラムによって閉鎖され
ているので、鉢型ダイヤフラムの位置と圧電式の素子の
位置とを互いに正確に調和させることができる。このこ
とは、鉢型ダイヤフラムによってしか達成することがで
きない。
成る測定素子を備えた圧力センサが開示されている。こ
の場合圧電式の素子は、ケーシング内に配置されてお
り、このケーシングは燃焼室に向かって開口を有してい
る。この開口は、ダイヤフラムによって閉鎖されてお
り、この場合圧電式の素子はポンチを介して、このダイ
ヤフラムと、ひいては燃焼室における圧力を作用結合さ
れている。圧電式の素子は、ケーシングに構成された肩
部に接触している。この場合圧電式の素子が使用されて
いることによって、本発明の対象とは構造的に異なって
いる。一般に、測定素子はポテンシャルフリーに働くこ
とが必要である。これによって、圧電式の素子のための
既に必要な２つのコンタクトディスクに加えて、コンタ
クトディスクと対応受けとの間に別の絶縁ディスクを組
み込むことが必要である。圧電式のセラミックディスク
の接触は、ワイヤの面倒な溶接によってしか、もしくは
ポンチにおける切欠きを用いてしか可能でない。同様に
ポテンシャルフリーなセンサを選択する場合には、この
面倒な作業はさらに倍加される。圧電式の素子は分離し
た構成部材として使用されねばならないので、このよう
な素子の製造コストは比較的高価でもある。さらに、測
定信号を劣化させる面倒な複数の接着箇所が必要であ
る。従って通常のように、１つの圧電式のディスクと２
つのコンタクトディスクとが使用される場合には、４つ
の接着箇所が生じる。つまりポテンシャルフリーなセン
サでは、５つの接着箇所が問題になる。測定原理に基づ
いて、ポンチは圧電式の素子に対して必ず垂直に接着さ
れねばならない。ピエゾセラミック素子は、使用温度範
囲において15％〜70％の間に位置する、測定感度の比較
的高い不都合な温度反応を有している。耐用寿命にわた
る老化は、２％〜10％である。５％〜25％のピエゾセラ
ミックのヒステリシスは、極めて高く、かつこれによっ
て燃焼室圧力測定の精度を著しく制限している。そして
特に、圧電式配置形式の多層構造は、圧力センサのケー
シング内への比較的面倒かつ複雑化された取付けを必要
とする。圧電式の素子では、圧電抵抗式の素子とは異な
り、測定信号発生のための圧力作用時に、チャージひい
ては電圧が生ぜしめられる。この電圧はピックアップさ
れて評価される。これとは異なり、圧電抵抗式の素子で
は電圧が印加され、圧電抵抗式の素子における電気抵抗
が、作用する圧力によって変化させられる。この圧力セ
ンサでは圧電式の素子とポンチとが片側から孔の中に組
み込まれ、この孔は鉢型ダイヤフラムによって閉鎖され
ているので、鉢型ダイヤフラムの位置と圧電式の素子の
位置とを互いに正確に調和させることができる。このこ
とは、鉢型ダイヤフラムによってしか達成することがで
きない。
発明の利点 請求項１の特徴部分に記載の特徴を備えた本発明によ
る方法は、これに対して、圧電抵抗式の測定素子が絶縁
作用のある基板において実現される場合には、原則的に
ポテンシャルフリーであるという利点を有している。こ
れによって、もはや付加的な構造上の処置は不必要であ
る。さらに、圧電抵抗式の測定素子はただ１つの層から
成っている。圧電抵抗式の素子として厚膜抵抗が使用さ
れる場合には、厚膜抵抗には、特に簡単なひいては極め
て安価な従来技術において、プリントを施すことができ
る。この場合、接触性の導電路へのプリントが可能であ
り、この場合導電路には接続導電体がろう接され得る。
圧電式の効果とは異なり、圧電抵抗式の素子では接着箇
所は不必要である。組立て時における滑りを回避するた
めに、場合によっては、基板と対応受けとの間に接着層
が設けられていてもよい。大きな構造上の費用もしくは
面倒をかけることなしに、圧電抵抗式の素子への均一な
力の導入を達成することができる。厚膜抵抗への軟らか
いポンチ先端の容易な押込み固定によって、厚膜抵抗の
負荷される全面にわたった均一な力の分配が可能であ
る。そして、付加的かつ面倒な調整は不必要である。圧
電抵抗式の素子、具体的にはサーメット・厚膜抵抗は、
全使用温度範囲にわたって５％〜10％である、測定感度
の僅かな温度反応しか有していない。また、圧電抵抗式
の素子の耐用寿命にわたる老化は、極めて僅かであり、
２％未満である。さらに、圧電抵抗式の素子はほとんど
ヒステリシスを有しておらず、この場合のヒステリシス
は１％未満である。圧電抵抗式の素子を使用すると、ポ
ンチの端部において生じる粗さを、簡単に補償すること
ができる。ポンチのために比較的軟らかい材料を使用す
ることによって、しかしながら特に、ポンチの、圧電抵
抗式の素子に向いている側の端部のために軟らかい材料
を使用することによって、全接触範囲にわたる均一な力
の導入が可能である。
る方法は、これに対して、圧電抵抗式の測定素子が絶縁
作用のある基板において実現される場合には、原則的に
ポテンシャルフリーであるという利点を有している。こ
れによって、もはや付加的な構造上の処置は不必要であ
る。さらに、圧電抵抗式の測定素子はただ１つの層から
成っている。圧電抵抗式の素子として厚膜抵抗が使用さ
れる場合には、厚膜抵抗には、特に簡単なひいては極め
て安価な従来技術において、プリントを施すことができ
る。この場合、接触性の導電路へのプリントが可能であ
り、この場合導電路には接続導電体がろう接され得る。
圧電式の効果とは異なり、圧電抵抗式の素子では接着箇
所は不必要である。組立て時における滑りを回避するた
めに、場合によっては、基板と対応受けとの間に接着層
が設けられていてもよい。大きな構造上の費用もしくは
面倒をかけることなしに、圧電抵抗式の素子への均一な
力の導入を達成することができる。厚膜抵抗への軟らか
いポンチ先端の容易な押込み固定によって、厚膜抵抗の
負荷される全面にわたった均一な力の分配が可能であ
る。そして、付加的かつ面倒な調整は不必要である。圧
電抵抗式の素子、具体的にはサーメット・厚膜抵抗は、
全使用温度範囲にわたって５％〜10％である、測定感度
の僅かな温度反応しか有していない。また、圧電抵抗式
の素子の耐用寿命にわたる老化は、極めて僅かであり、
２％未満である。さらに、圧電抵抗式の素子はほとんど
ヒステリシスを有しておらず、この場合のヒステリシス
は１％未満である。圧電抵抗式の素子を使用すると、ポ
ンチの端部において生じる粗さを、簡単に補償すること
ができる。ポンチのために比較的軟らかい材料を使用す
ることによって、しかしながら特に、ポンチの、圧電抵
抗式の素子に向いている側の端部のために軟らかい材料
を使用することによって、全接触範囲にわたる均一な力
の導入が可能である。
圧電抵抗式の測定素子を使用することによって、鉢型
ダイヤフラムとは異なった、択一的な安価なダイヤフラ
ム構造を使用することも可能である。そして、正確に所
定された位置が存在する必要はない。すなわち、取付け
中に初めて両部材つまりダイヤフラムと測定素子とを互
いに調和させることが可能である。
ダイヤフラムとは異なった、択一的な安価なダイヤフラ
ム構造を使用することも可能である。そして、正確に所
定された位置が存在する必要はない。すなわち、取付け
中に初めて両部材つまりダイヤフラムと測定素子とを互
いに調和させることが可能である。
圧電抵抗式の素子を取り囲むガラス層へのポンチの押
込み固定中、及びプレロードの調節中に、圧電抵抗式の
素子もしくは該素子の評価回路の電気的な値が測定され
て、所望の目標値に調節される。これによって簡単かつ
安価な形式で、機械的に正確な調整なしに、正確なトリ
ミングが可能である。
込み固定中、及びプレロードの調節中に、圧電抵抗式の
素子もしくは該素子の評価回路の電気的な値が測定され
て、所望の目標値に調節される。これによって簡単かつ
安価な形式で、機械的に正確な調整なしに、正確なトリ
ミングが可能である。
図面 次に図面につき本発明の実施例を説明する。
第１図は圧力発信機の断面図、第２図は第１図の一部
を拡大して示す図、第３図〜第16図はダイヤフラム、ポ
ンチの端部及びケーシングシャンクの形状の種々様々な
変化実施例を示す図である。
を拡大して示す図、第３図〜第16図はダイヤフラム、ポ
ンチの端部及びケーシングシャンクの形状の種々様々な
変化実施例を示す図である。
実施例の記載 第１図には、内燃機関の燃焼室における圧力を測定す
るための圧力センサ11のケーシングが符号10で示されて
いる。このケーシングは中央に段付けされた貫通孔12を
有している。ケーシング10の、燃焼室側の開口13は、ダ
イヤフラム14によって閉鎖されている。第１図ではダイ
ヤフラム14はプレートとして構成されており、このプレ
ートは、ケーシング10のシャンク15の端面16に、溶接結
合部17によって固定されている。特に有利には、ダイヤ
フラム14は超合金、つまり例えば約50％のニッケルと20
％のクロムと20％の鉄との合金から構成されている。ダ
イヤフラムの中央範囲には、ポンチ18の一方の端部が接
触しており、このポンチの他方の端部は圧電抵抗式の測
定素子19に接触している。圧電抵抗式の測定素子という
のは、その抵抗値が圧力作用下で変化する素子のことで
ある。このためには例えば厚膜抵抗を使用することがで
きる。このための材料としては、サーメット、導電プラ
スチック又は金属等を使用することができる。測定素子
19は、ハイブリッド22のベースにプリントされている。
ハイブリッドというのは、通常、例えば抵抗及び導電路
等のような回路部分をプリントされていて、IC（集積回
路）のような半導体を備えたベースのことであり、この
場合ICのような半導体は、ベースに装着されていて、例
えばボンディングワイヤによって回路部分と接続されて
いる。ポンチ18自体は例えばガラスセラミックから成っ
ており、これによって、ダイヤフラム、つまり圧力の測
定が望まれている圧力室と、圧電抵抗式の測定素子との
間における良好な熱絶縁を保証することができる。ポン
チ18の、ハイブリッド22側の端部は、円錐形に構成され
ていてもよく、この結果ポンチの端部はほぼ測定素子19
の直径を有している。これによって、ポンチ18を孔12に
おいて案内することが可能ではあるが、しかしながら圧
力伝達の範囲を測定素子19の寸法に制限することが可能
である。ハイブリッドのベースはさらに、孔12内に圧入
された対応受け23に接触している。
るための圧力センサ11のケーシングが符号10で示されて
いる。このケーシングは中央に段付けされた貫通孔12を
有している。ケーシング10の、燃焼室側の開口13は、ダ
イヤフラム14によって閉鎖されている。第１図ではダイ
ヤフラム14はプレートとして構成されており、このプレ
ートは、ケーシング10のシャンク15の端面16に、溶接結
合部17によって固定されている。特に有利には、ダイヤ
フラム14は超合金、つまり例えば約50％のニッケルと20
％のクロムと20％の鉄との合金から構成されている。ダ
イヤフラムの中央範囲には、ポンチ18の一方の端部が接
触しており、このポンチの他方の端部は圧電抵抗式の測
定素子19に接触している。圧電抵抗式の測定素子という
のは、その抵抗値が圧力作用下で変化する素子のことで
ある。このためには例えば厚膜抵抗を使用することがで
きる。このための材料としては、サーメット、導電プラ
スチック又は金属等を使用することができる。測定素子
19は、ハイブリッド22のベースにプリントされている。
ハイブリッドというのは、通常、例えば抵抗及び導電路
等のような回路部分をプリントされていて、IC（集積回
路）のような半導体を備えたベースのことであり、この
場合ICのような半導体は、ベースに装着されていて、例
えばボンディングワイヤによって回路部分と接続されて
いる。ポンチ18自体は例えばガラスセラミックから成っ
ており、これによって、ダイヤフラム、つまり圧力の測
定が望まれている圧力室と、圧電抵抗式の測定素子との
間における良好な熱絶縁を保証することができる。ポン
チ18の、ハイブリッド22側の端部は、円錐形に構成され
ていてもよく、この結果ポンチの端部はほぼ測定素子19
の直径を有している。これによって、ポンチ18を孔12に
おいて案内することが可能ではあるが、しかしながら圧
力伝達の範囲を測定素子19の寸法に制限することが可能
である。ハイブリッドのベースはさらに、孔12内に圧入
された対応受け23に接触している。
ポンチ18の端部を円錐形に構成することは、圧電抵抗
式の測定素子19とポンチ18の端部との互いに重なり合う
面を、互いに調和させるために、必要である。この場合
にもしポンチ全体の直径を減じると、ポンチが場合によ
っては圧力伝達時に破損してしまうことがある。ポンチ
から圧電抵抗式の測定素子19への可能な限り規定された
力の導入を保証するために、ポンチ18は少なくともその
端部範囲において、比較的軟らかい材料から製造されて
いる。これによって、ポンチ端部の表面粗さが圧電抵抗
式の測定素子19における測定誤差として影響を与えるこ
とがなくなり、この場合、ポンチ端部の端面と圧電抵抗
式の測定素子の表面との間における形状接続が達成され
る。さらにまた、ポンチ18全体を軟らかい材料から製造
することも可能ではあるが、しかしながらこの場合に
は、ポンチ18の強度に不都合な影響が及ばされることに
なる。ポンチ18のための材料を選択する場合には、ポン
チが可能な限り小さな熱伝導性しか有していないことも
望まれており、これによって測定信号が、温度変動によ
って又は温度自体による影響によって劣化することはな
くなる。このような所望の低い熱伝導性は、例えばガラ
スセラミックが有している。ポンチ18の範囲20のための
材料としては、例えば比較的軟らかい金属、例えばアル
ミニウム、真ちゅう、銅、プラスチック等を使用するこ
とができる。範囲20のための材料は、低い熱伝導性に合
わせられる必要はない。
式の測定素子19とポンチ18の端部との互いに重なり合う
面を、互いに調和させるために、必要である。この場合
にもしポンチ全体の直径を減じると、ポンチが場合によ
っては圧力伝達時に破損してしまうことがある。ポンチ
から圧電抵抗式の測定素子19への可能な限り規定された
力の導入を保証するために、ポンチ18は少なくともその
端部範囲において、比較的軟らかい材料から製造されて
いる。これによって、ポンチ端部の表面粗さが圧電抵抗
式の測定素子19における測定誤差として影響を与えるこ
とがなくなり、この場合、ポンチ端部の端面と圧電抵抗
式の測定素子の表面との間における形状接続が達成され
る。さらにまた、ポンチ18全体を軟らかい材料から製造
することも可能ではあるが、しかしながらこの場合に
は、ポンチ18の強度に不都合な影響が及ばされることに
なる。ポンチ18のための材料を選択する場合には、ポン
チが可能な限り小さな熱伝導性しか有していないことも
望まれており、これによって測定信号が、温度変動によ
って又は温度自体による影響によって劣化することはな
くなる。このような所望の低い熱伝導性は、例えばガラ
スセラミックが有している。ポンチ18の範囲20のための
材料としては、例えば比較的軟らかい金属、例えばアル
ミニウム、真ちゅう、銅、プラスチック等を使用するこ
とができる。範囲20のための材料は、低い熱伝導性に合
わせられる必要はない。
圧電抵抗式の測定素子19のそばには、ハイブリッド22
のベースの同じ側に、評価回路の電子的な素子25、例え
ば抵抗、トランジスタ等が配置されている。電子的な半
導体素子25と圧電抵抗式の測定素子19とは、ボンディン
グワイヤ26及び厚膜導電路27を用いて接続されている。
導体28を介して、準備回路の出口は、内燃機関の図示さ
れていない評価回路及び制御装置に通じている。このた
めに対応受け23は、孔12に対してほぼ軸平行に延びてい
る連続した孔29を有しており、この孔内を導体28が案内
されている。導体28は、孔12を閉鎖するカバー31の管片
30に固定されている。損害を与える環境の影響例えば湿
気を防ぐために、孔12には、圧電抵抗式の測定素子19及
び電子的な素子25の範囲と、対応受け23とカバー31との
間における範囲とにおいて、注入物質32が注入されてい
る。
のベースの同じ側に、評価回路の電子的な素子25、例え
ば抵抗、トランジスタ等が配置されている。電子的な半
導体素子25と圧電抵抗式の測定素子19とは、ボンディン
グワイヤ26及び厚膜導電路27を用いて接続されている。
導体28を介して、準備回路の出口は、内燃機関の図示さ
れていない評価回路及び制御装置に通じている。このた
めに対応受け23は、孔12に対してほぼ軸平行に延びてい
る連続した孔29を有しており、この孔内を導体28が案内
されている。導体28は、孔12を閉鎖するカバー31の管片
30に固定されている。損害を与える環境の影響例えば湿
気を防ぐために、孔12には、圧電抵抗式の測定素子19及
び電子的な素子25の範囲と、対応受け23とカバー31との
間における範囲とにおいて、注入物質32が注入されてい
る。
孔29の代わりに、対応受け23に導体28を貫通させるた
めのセグメントが切り欠かれていてもよい。対応受け23
はしかしながらまた、ケーシング10の孔12にねじ込まれ
ていてもよい。
めのセグメントが切り欠かれていてもよい。対応受け23
はしかしながらまた、ケーシング10の孔12にねじ込まれ
ていてもよい。
第２図には、圧電抵抗式の測定素子の本発明による構
成が示されている。酸化アルミニウム基板から成るハイ
ブリッド22のベースには、第１の導電路36と第２の導電
路37とがプリントされている。両導電路36,37の間には
第１の抵抗層38がプリントされており、この場合抵抗路
38の端部は、両導電路36,37の端部とオーバラップして
おり、これによって電気的な接点が形成されている。こ
の第１の抵抗路38には、層状に複数の別の抵抗路39がプ
リントされている。これらの別の抵抗路はこの場合、一
種のピラミッドが形成されるように配置されており、つ
まり、抵抗は、上側の層に行くほどそれぞれ短く構成さ
れていて、従って縁部範囲においては互いにオーバラッ
プしていない。抵抗路38,39のピラミッド状の配置形式
全体及び少なくとも導電路の端部は、ガラスペーストか
ら製造されているガラス層40によって覆われており、こ
れによって、電気的な絶縁が達成されている。ポンチ18
の端部はその範囲20において、ガラス層40もしくは抵抗
路39の最後の抵抗路に接触していて、ポンチ18がこの抵
抗路のかなり中央においてしか当接しない。すなわち、
力はもっぱら最上位の抵抗層の範囲にのみ導入され、二
次的な力伝達経路が回避される。
成が示されている。酸化アルミニウム基板から成るハイ
ブリッド22のベースには、第１の導電路36と第２の導電
路37とがプリントされている。両導電路36,37の間には
第１の抵抗層38がプリントされており、この場合抵抗路
38の端部は、両導電路36,37の端部とオーバラップして
おり、これによって電気的な接点が形成されている。こ
の第１の抵抗路38には、層状に複数の別の抵抗路39がプ
リントされている。これらの別の抵抗路はこの場合、一
種のピラミッドが形成されるように配置されており、つ
まり、抵抗は、上側の層に行くほどそれぞれ短く構成さ
れていて、従って縁部範囲においては互いにオーバラッ
プしていない。抵抗路38,39のピラミッド状の配置形式
全体及び少なくとも導電路の端部は、ガラスペーストか
ら製造されているガラス層40によって覆われており、こ
れによって、電気的な絶縁が達成されている。ポンチ18
の端部はその範囲20において、ガラス層40もしくは抵抗
路39の最後の抵抗路に接触していて、ポンチ18がこの抵
抗路のかなり中央においてしか当接しない。すなわち、
力はもっぱら最上位の抵抗層の範囲にのみ導入され、二
次的な力伝達経路が回避される。
圧電抵抗式の素子19への特に均一な力導入のために、
ポンチ18は、例えばアルミニウム、真ちゅう、銅、プラ
スチック等から成る軟らかい先端20を有していることが
望ましい。この軟らかい先端でポンチは、圧電抵抗式の
素子19及びここでは特にガラス層40に押圧力を加える。
圧力はこのために、後で測定される圧力よりも大きいこ
とが望まれている。このために、最大圧の数倍の最大圧
をダイヤフラム及びポンチにもたらすことも可能である
し、又は対応受け22の押込み時に所定の位置を意識的に
過剰に押圧することも可能である。これによって、軟ら
かいポンチ端部の圧痕が生ぜしめられる。
ポンチ18は、例えばアルミニウム、真ちゅう、銅、プラ
スチック等から成る軟らかい先端20を有していることが
望ましい。この軟らかい先端でポンチは、圧電抵抗式の
素子19及びここでは特にガラス層40に押圧力を加える。
圧力はこのために、後で測定される圧力よりも大きいこ
とが望まれている。このために、最大圧の数倍の最大圧
をダイヤフラム及びポンチにもたらすことも可能である
し、又は対応受け22の押込み時に所定の位置を意識的に
過剰に押圧することも可能である。これによって、軟ら
かいポンチ端部の圧痕が生ぜしめられる。
しかしながらまた、ただ１つの圧電抵抗式の測定素子
の代わりに、ピラミッド状の構成で付加的にさらにもう
１つの圧電抵抗式の測定素子をハイブリッド22に配置す
ることも可能であり、それどころか４つの測定素子を配
置することも可能である。この場合これらの抵抗素子
は、ホイートストンブリッジ回路において互いに接続さ
れている。２つの圧電抵抗式の測定素子のうちの１つ抵
抗素子又は４つの圧電抵抗式の測定素子のうちの２つの
測定素子は、この場合、ポンチ18によって圧力を加えら
れるのに対して、残りの１つ又は２つの圧電抵抗式の測
定素子は、可能な限り近く、第１の圧電抵抗式の測定素
子の範囲に配置されているが、圧力は負荷されていな
い。これによって、温度変動を補償するための付加的な
電子的な素子を評価回路に設ける必要なしに、温度補償
を実施することができる。
の代わりに、ピラミッド状の構成で付加的にさらにもう
１つの圧電抵抗式の測定素子をハイブリッド22に配置す
ることも可能であり、それどころか４つの測定素子を配
置することも可能である。この場合これらの抵抗素子
は、ホイートストンブリッジ回路において互いに接続さ
れている。２つの圧電抵抗式の測定素子のうちの１つ抵
抗素子又は４つの圧電抵抗式の測定素子のうちの２つの
測定素子は、この場合、ポンチ18によって圧力を加えら
れるのに対して、残りの１つ又は２つの圧電抵抗式の測
定素子は、可能な限り近く、第１の圧電抵抗式の測定素
子の範囲に配置されているが、圧力は負荷されていな
い。これによって、温度変動を補償するための付加的な
電子的な素子を評価回路に設ける必要なしに、温度補償
を実施することができる。
種々様々な抵抗路38,39を、該抵抗路を貫流する流れ
の方向に又は該流れに対して直角な方向にプリントする
ことができる。
の方向に又は該流れに対して直角な方向にプリントする
ことができる。
圧電抵抗式の測定素子を本発明のように配置すること
によって、特に良好な測定値が可能である。さらに、ハ
イブリッド22における素子25の配置によって、圧力セン
サ11の特に簡単な組立てが可能である。ケーシング10の
外において、圧電抵抗式の素子19と電子的な素子25と導
体28と備えた対応受け23とを、構造ユニットとして前組
立てすることが可能である。これによって既に圧力セン
サ11のケーシング10の外側において、素子25と圧電抵抗
式の測定素子19とをその機能性に関して検査することが
できる。従って最終組立て時には、前組立てされて既に
検査されたユニットを、孔12の開口からケーシング内
に、挿入されるポンチ10を用いて押し込むだけでよく、
この場合押込み動作は、ポンチがダイヤフラム14に支承
されるまで続けられる。対応受け23がケーシング10内に
押し込まれるので、ユニットはケーシング10内において
容易にセンタリングされかつ固定される。
によって、特に良好な測定値が可能である。さらに、ハ
イブリッド22における素子25の配置によって、圧力セン
サ11の特に簡単な組立てが可能である。ケーシング10の
外において、圧電抵抗式の素子19と電子的な素子25と導
体28と備えた対応受け23とを、構造ユニットとして前組
立てすることが可能である。これによって既に圧力セン
サ11のケーシング10の外側において、素子25と圧電抵抗
式の測定素子19とをその機能性に関して検査することが
できる。従って最終組立て時には、前組立てされて既に
検査されたユニットを、孔12の開口からケーシング内
に、挿入されるポンチ10を用いて押し込むだけでよく、
この場合押込み動作は、ポンチがダイヤフラム14に支承
されるまで続けられる。対応受け23がケーシング10内に
押し込まれるので、ユニットはケーシング10内において
容易にセンタリングされかつ固定される。
圧電抵抗式の測定素子19とダイヤフラム14との間にお
ける正確な機械的な調整が不必要であるので、第３図〜
第16図に示されているような、ダイヤフラム及びケーシ
ングのシャンクの種々様々な変化実施例を使用すること
が可能である。この場合ダイヤフラムは、空のケーシン
グに溶接される。従来技術とは異なり、ポンチ18及び圧
電抵抗式の測定素子19の取付けは、ケーシングの第２の
開口を通して実施することができるので、ダイヤフラム
とポンチと圧電抵抗式の測定素子との全体的な調和は、
取り付けられた最終状態において初めて必要でありかつ
可能である。ダイヤフラムは従って、大きな許容誤差を
もって、ケーシングのシャンクに装着され得る。第１図
に示されたプレート状のダイヤフラムは、簡単な解決策
を示している。しかしながらこのダイヤフラムは特別な
曲げ区域を有していないので、条件付けられてしか、正
確な測定信号を得ることができない。第３図に示された
変化実施例によるダイヤフラム45は、ケーシング10のシ
ャンク16と、ポンチ18側の壁との間に環状溝46を有して
いる。この環状溝46の範囲においてダイヤフラム45は、
特に容易に屈曲可能であり、この結果小さな圧力をも検
出することができる。第４図に示されたダイヤフラム47
は、第３図のダイヤフラム45に比べて測定感度が改善さ
れている。
ける正確な機械的な調整が不必要であるので、第３図〜
第16図に示されているような、ダイヤフラム及びケーシ
ングのシャンクの種々様々な変化実施例を使用すること
が可能である。この場合ダイヤフラムは、空のケーシン
グに溶接される。従来技術とは異なり、ポンチ18及び圧
電抵抗式の測定素子19の取付けは、ケーシングの第２の
開口を通して実施することができるので、ダイヤフラム
とポンチと圧電抵抗式の測定素子との全体的な調和は、
取り付けられた最終状態において初めて必要でありかつ
可能である。ダイヤフラムは従って、大きな許容誤差を
もって、ケーシングのシャンクに装着され得る。第１図
に示されたプレート状のダイヤフラムは、簡単な解決策
を示している。しかしながらこのダイヤフラムは特別な
曲げ区域を有していないので、条件付けられてしか、正
確な測定信号を得ることができない。第３図に示された
変化実施例によるダイヤフラム45は、ケーシング10のシ
ャンク16と、ポンチ18側の壁との間に環状溝46を有して
いる。この環状溝46の範囲においてダイヤフラム45は、
特に容易に屈曲可能であり、この結果小さな圧力をも検
出することができる。第４図に示されたダイヤフラム47
は、第３図のダイヤフラム45に比べて測定感度が改善さ
れている。
この実施例では環状溝46の代わりに、２つの狭い環状
溝48が隣合って構成されている。もちろん、測定感度を
さらに改善するために、環状溝の数をさらに増やすこと
も可能である。第５図に示された変化実施例では、曲げ
範囲は切欠き50によってケーシング10の開口範囲に設定
されているのに対して、ダイヤフラムとしては、第１図
におけるようにプレート14が使用されている。第６図及
び第７図に示されたダイヤフラム51;52は、運動学的な
反転部を有している。第６図ではポンチ18aがケーシン
グ10aに対して短縮されているのに対して、第７図にお
けるポンチ18bはケーシング10bに対して延長されてい
る。これによってダイヤフラム51;52のためにそれぞ
れ、支持範囲51a;52aがケーシングのシャンクとポンチ
とにおいて生ぜしめられ、かつその間においては、斜め
に延びる曲げ範囲51b;52bが生ぜしめられる。第８図、
第９図、第10a図、第10b図、第11図、第12図、第13図、
第15図及び第17図に示されたケーシングのシャンクは、
第５図におけるように切欠き50を有しているが、しかし
ながらこの切欠きの中にはダイヤフラムが配置されてい
る。第８図においてダイヤフラム55はポンチ18の範囲に
延長部56を有しており、この延長部でダイヤフラム55
は、シャンク15に比べて短縮されて構成されたポンチ18
に接触している。第８図及び第９図から分かるように、
ダイヤフラム55の種々異なった厚さをシャンク15及びポ
ンチ18における支持部の範囲において補償するための種
々様々な可能性がある。第９図においてはダイヤフラム
55はこの範囲において円錐形に構成されている。第11図
ではポンチ18は再びシャンク15よりも長く構成されてい
る。ダイヤフラム60は鉢形の形状を有しているが、しか
しながらケーシングのシャンクを取り囲んでいるのでは
なく、切欠き50の壁61に接触している。
溝48が隣合って構成されている。もちろん、測定感度を
さらに改善するために、環状溝の数をさらに増やすこと
も可能である。第５図に示された変化実施例では、曲げ
範囲は切欠き50によってケーシング10の開口範囲に設定
されているのに対して、ダイヤフラムとしては、第１図
におけるようにプレート14が使用されている。第６図及
び第７図に示されたダイヤフラム51;52は、運動学的な
反転部を有している。第６図ではポンチ18aがケーシン
グ10aに対して短縮されているのに対して、第７図にお
けるポンチ18bはケーシング10bに対して延長されてい
る。これによってダイヤフラム51;52のためにそれぞ
れ、支持範囲51a;52aがケーシングのシャンクとポンチ
とにおいて生ぜしめられ、かつその間においては、斜め
に延びる曲げ範囲51b;52bが生ぜしめられる。第８図、
第９図、第10a図、第10b図、第11図、第12図、第13図、
第15図及び第17図に示されたケーシングのシャンクは、
第５図におけるように切欠き50を有しているが、しかし
ながらこの切欠きの中にはダイヤフラムが配置されてい
る。第８図においてダイヤフラム55はポンチ18の範囲に
延長部56を有しており、この延長部でダイヤフラム55
は、シャンク15に比べて短縮されて構成されたポンチ18
に接触している。第８図及び第９図から分かるように、
ダイヤフラム55の種々異なった厚さをシャンク15及びポ
ンチ18における支持部の範囲において補償するための種
々様々な可能性がある。第９図においてはダイヤフラム
55はこの範囲において円錐形に構成されている。第11図
ではポンチ18は再びシャンク15よりも長く構成されてい
る。ダイヤフラム60は鉢形の形状を有しているが、しか
しながらケーシングのシャンクを取り囲んでいるのでは
なく、切欠き50の壁61に接触している。
第10a図、第10b図、第12図及び第13図に示された実施
例では、ポンチ18は、ケーシング10のシャンクにおける
切欠き50の底とほぼ同一平面で終わっている。第10a図
及び第10b図に示されたダイヤフラム63は、曲げ範囲と
して働くウェーブ64を有しており、これらのウェーブ
は、螺旋状に接線方向に延びている凹部である。第12図
の実施例ではダイヤフラム65の曲げ範囲は環状のウェー
ブ66である。このウェーブ66の高さに応じて、ダイヤフ
ラム65の感度を変化させることができる。第13図の実施
例では曲げ範囲として、シャンク16に構成された環状溝
67が働く。ダイヤフラム68自体は、第５図の実施例にお
いて既に使用されているのと同じプレートである。ダイ
ヤフラム65はこの場合切欠き50に配置されていてもよい
し、又はシャンク15の端面に溶接されていてもよい。
例では、ポンチ18は、ケーシング10のシャンクにおける
切欠き50の底とほぼ同一平面で終わっている。第10a図
及び第10b図に示されたダイヤフラム63は、曲げ範囲と
して働くウェーブ64を有しており、これらのウェーブ
は、螺旋状に接線方向に延びている凹部である。第12図
の実施例ではダイヤフラム65の曲げ範囲は環状のウェー
ブ66である。このウェーブ66の高さに応じて、ダイヤフ
ラム65の感度を変化させることができる。第13図の実施
例では曲げ範囲として、シャンク16に構成された環状溝
67が働く。ダイヤフラム68自体は、第５図の実施例にお
いて既に使用されているのと同じプレートである。ダイ
ヤフラム65はこの場合切欠き50に配置されていてもよい
し、又はシャンク15の端面に溶接されていてもよい。
第14図には、シャンク16に比べて短縮されたポンチ69
を備えた圧力発信機が示されている。ダイヤフラム70は
ほぼ鉢形に構成されていて、曲げ範囲に上昇する経過71
を有している。ダイヤフラム70の壁72は、シャンク15の
内壁に接触している。
を備えた圧力発信機が示されている。ダイヤフラム70は
ほぼ鉢形に構成されていて、曲げ範囲に上昇する経過71
を有している。ダイヤフラム70の壁72は、シャンク15の
内壁に接触している。
第15図及び第16図に示されている２つのダイヤフラム
75,78は、本来の測定範囲に曲げ部を有しておらず、ば
ね弾性的な特性を有している。ダイヤフラム75はこのた
めに、シャンク15を越えて突出するシャンク範囲の範囲
に、横断面で見てジグザグな範囲77を有している。この
範囲77においてダイヤフラム75はばね弾性的に構成され
ている。第16図においてダイヤフラム78は、横断面で見
てＳ字形の範囲79を有している。この場合ポンチ18は再
びシャンク15を越えて突出しており、ダイヤフラム78は
切欠き50にしっかりと溶接されている。
75,78は、本来の測定範囲に曲げ部を有しておらず、ば
ね弾性的な特性を有している。ダイヤフラム75はこのた
めに、シャンク15を越えて突出するシャンク範囲の範囲
に、横断面で見てジグザグな範囲77を有している。この
範囲77においてダイヤフラム75はばね弾性的に構成され
ている。第16図においてダイヤフラム78は、横断面で見
てＳ字形の範囲79を有している。この場合ポンチ18は再
びシャンク15を越えて突出しており、ダイヤフラム78は
切欠き50にしっかりと溶接されている。
フロントページの続き (72)発明者 フォーゲル，マンフレート ドイツ連邦共和国 Ｄ―7257 ディッツ ィンゲン ハイマーディンゲン レルヒ ェンシュトラーセ 17 (72)発明者 ヘルデン，ヴェルナー ドイツ連邦共和国 Ｄ―7016 ゲルリン ゲン カペルヴェーク ７ (72)発明者 シュミット，ヴォルフガング ドイツ連邦共和国 Ｄ―7143 ファイヒ ンゲン／エンツ エルレンヴェーク ５ (72)発明者 クュッセル，マティアス ドイツ連邦共和国 Ｄ―7015 コルンタ ール―ミュンヒンゲン ２ プフルーク フェルダー ヴェーク ９／１ (72)発明者 シュタンクルマイアー，フランク ドイツ連邦共和国 Ｄ―7141 メークリ ンゲン メーリケシュトラーセ 11 (56)参考文献 特開 平１−189537（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−40518（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−267729（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−204137（ＪＰ，Ａ) 特開 昭52−146187（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−112938（ＪＰ，Ａ) 実開 昭49−32562（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭51−53079（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭62−53334（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭60−168032（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭63−183527（ＪＰ，Ｕ) 特公 昭50−463（ＪＰ，Ｂ１) 国際公開89／9384（ＷＯ，Ａ２) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01L 23/18 G01L 23/22
Claims (2)
- 【請求項１】内燃機関、特に自動車の内燃機関の燃焼室
における圧力を検出するための圧力発信機（11）を製造
する方法であって、ダイヤフラム（14）を、該ダイヤフ
ラムと圧電抵抗式の測定素子（19）との間における機械
的な調整なしに、圧力発信機（11）のケーシング（10）
の第１の開口を閉鎖するように、圧力発信機（11）のケ
ーシング（10）のシャンク（15）に装着し、ポンチ（1
8）と圧電抵抗式の測定素子（19）とを、第２の開口を
通してケーシング（10）のシャンク（15）内に押し込
み、そしてダイヤフラム（14）に押し付けて、ポンチ
（18）と測定素子（19）との間に形状接続的な力接続部
を生ぜしめ、かつ正確なトリミングのために、圧電抵抗
式の測定素子（19）もしくは該測定素子の評価回路の電
気的な値を測定して、所望の目標値に調節することを特
徴とする、内燃機関の燃焼室における圧力を検出するた
めの圧力発信機を製造する方法。 - 【請求項２】圧電抵抗式の測定素子（19）において又は
圧電抵抗式の測定素子（19）を取り囲むガラス層（40）
においてポンチ（18）が押込み固定されるように、ポン
チ（18）のための対応受け（23）を、ケーシング（10）
内に押し込む、請求項１記載の方法。
Applications Claiming Priority (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE4022781.2 | 1990-07-18 | ||
| DE4022781 | 1990-07-18 | ||
| DE4103705.7 | 1991-02-07 | ||
| DE4103705A DE4103705A1 (de) | 1990-07-18 | 1991-02-07 | Druckgeber zur druckerfassung im brennraum von brennkraftmaschinen |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05501309A JPH05501309A (ja) | 1993-03-11 |
| JP3099894B2 true JP3099894B2 (ja) | 2000-10-16 |
Family
ID=25895108
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP03510703A Expired - Fee Related JP3099894B2 (ja) | 1990-07-18 | 1991-06-27 | 内燃機関の燃焼室における圧力を検出するための圧力発信機を製造する方法 |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5503023A (ja) |
| EP (1) | EP0495935B1 (ja) |
| JP (1) | JP3099894B2 (ja) |
| KR (1) | KR0176983B1 (ja) |
| DE (2) | DE4103705A1 (ja) |
| ES (1) | ES2083578T3 (ja) |
| WO (1) | WO1992001915A1 (ja) |
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| JP2018141672A (ja) * | 2017-02-27 | 2018-09-13 | 日立オートモティブシステムズ株式会社 | 圧力センサ |
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| FI116097B (fi) * | 2002-08-21 | 2005-09-15 | Heikki Ruotoistenmaeki | Voima- tai paineanturi ja menetelmä sen soveltamiseksi |
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| JP2022118688A (ja) * | 2021-02-02 | 2022-08-15 | シチズンファインデバイス株式会社 | 圧力センサ装置及び受圧素子 |
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