JPH05501308A - 内燃機関の燃焼室内の圧力を検出するための圧力センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 内燃機関の燃焼室内の圧力を検出するための圧力センサ 従来の技術 本発明は請求の範囲Ｍ１項の上位概念に記載の形式の圧力センサに関する。

ＤＥ−Ｏ３３１２５６４０，６号明細書がら公知のこのような形式の圧力センサ においては、例えばサーメット、導電性・プラスチック又はプラチナから成る厚 膜抵抗のようなピエゾ抵抗性の測定エレメントがペースにプリントされる。抵抗 エレメント及びペースは、圧力室で支配する圧力を規定するために、できるだけ 圧力室の近くに配置される。更に測定信号は電気的な導線を介して圧力センサの ケーシングの外部に配置された電子的な評価回路に案内される。これによってピ エゾ抵抗性の測定エレメント及び電子的な構成部材は絶縁された線材片を介して 互いに複雑に接続される。

ピエゾ抵抗性の測定エレメントは直接圧力にさらされるので、ピエゾ抵抗性の測 定エレメントは燃焼室内で支配する高い温度にもさらされる。燃焼室において炎 はほぼ２０００度Ｃの温度で拡散し、これによってケーシング内で応力が生ずる 。これによって高い温度に基づき圧力信号に誤りが生ずるようになる。

更にＥＰ−Ｏ８８５１１１８９５，０号明細書から、厚膜抵抗がペースの底部に 配置されている圧力センサが公知である。しかしこの圧力センサは分配ポンプ内 の圧力を規定するためにのみ設けられるに過ぎない。

燃焼室内で支配する高温によってこの公知の構成のばあいにも測定信号の誤りが 生ずるようになる。

発明の利点 請求の範囲第１項の特徴部分に記載の本発明による圧力センサの利点は、ピエゾ 抵抗性の測定エレメントが燃焼室から比較的遠ざけられかつ燃焼室で支配する高 温にさらされなくなるので、燃焼室内で支配する温度に基づき測定信号に誤が生 じなくなる。ポンチの対応支承体上にハイブリッド及びピエゾ抵抗性の測定エレ メントを配置することによって、電子的な構成部材とピエゾ素子とを接続するた めに実地においてテストされた標準ボンディング技術を応用できる。有利には同 時に厚膜抵抗及び半導体構成部材用のペースとしても使用されるハイブリッドの ペース用の材料としては、それぞれのプリント技術に適合した種々の材料を使用 できる。ハイブリッドはピエゾ抵抗性の効果のために導体トラック及び接点面と 同時に一作業過程でプリントされる。ハイブリッド全体は、信号飽理のための電 子的な構成部材及びピエゾ抵抗性の測定エレメントと共に、センサケーシング内 に組み込む前にチェックできる。これによって圧力センサの組立が簡単になる。

ピエゾ抵抗性の測定エレメント及び電子的な構成部材が共通のペース上に設けら れていて、かつこれら構成部材がダイヤプラムに面した対応支承体側に配置され るばあいには、構造長さを短縮することができる。費用のかさむ構成部えなしに ハイブリッドを圧力センサの軸線方向で圧力センサのケーシング内に組み込むこ とができる０例えばフレキシブルなカプトンフィルム（Ｋａｐｔｏｎｆｉｌｍ） が使用されるばあい、ピエゾ抵抗性の測定エレメント及び電子的な構成部材を同 様に一作業過程でプリントすることができる。更に、この構造形式のよって特に 圧力センサの狭幅な形状が得られる。

圧力センサは安価に製作可能である。空間的な配置形式に基づいて、特に互いに きわめて隣接して同一のハイブリッドに配置することによって、電子的な構成部 材及びピエゾ抵抗性の測定エレメントにおいてほぼ同じ温度が支配する。これに よって温度補償のための費用のかかる措置が省かれる。ピエゾ抵抗性の測定エレ メントの機能補償は簡単な従来の抵抗のレーザートリミングもしくはレーザート リミングによって得られる。電子的な構成部材によって、ピエゾ抵抗性の測定エ レメントの系統的な温度経過の補償が可能にされる。

更に、測定エレメントの電気的な端子はケーシング導体に接続しな（でよ（、こ れによってセンサのポテンシャルを受けない構成が可能にされひいては測定信号 を誤差なく伝達できる。

その他の請求項に記載の構成によって請求項１に記載の圧力センサの有利な構成 が得られる。

次に図示の実施例につき本発明を説明する。

このばあい第１図は圧力センサの断面図であり、第２図、第３ａ図及び第３ｂ図 はそれぞれＭ１図の一部を示した図であり、第４図、第５図、第６図及び第７図 はそれぞれ第１図の変化実施例である。

第１図で図示されているように、内燃機関の燃焼室内の圧力を規定するための圧 力センサ１１のケーシングｌＯは、中央の一貫した段孔１２を有している。燃焼 室に面したケーシング１０の開口部１３はダイヤフラムによって閉じられていて 、このダイヤフラム１４はいわゆるキャップダイヤフラムとして構成されていて 、このばあいダイヤフラム１４の縁部は折り曲げられかつケーシング１０の幹部 １５の端部に被せられている。これによってダイヤフラムは不動にケーシングに 係合するが、ダイヤフラム１４の運動性を補償するために、直接幹部１５の端面 １６には係合していない。

これによフてダイヤフラムの曲げ範囲は自由に運動できる。ダイヤフラム１４は 縁部範囲で幹部１５に溶接されている。特に有利にはダイヤフラム１４は超合金 、即ち例えばほぼ５０パーセントのニッケル、２０パーセントのクロム、２０パ ーセントの鉄の合金がら形成されている。ダイヤフラム１４の中央範囲にはポン チ特表千５−５０１３０８　（３） 抗性の測定エレメント１９に接触している。ピエゾ抵抗性の測定エレメントとは 圧力作用を受けてその抵抗値が変化するエレメントのことである。このために例 えば厚膜抵抗が使用される。材料としてはサーメット、導電性・プラスチック又 はプラチナ等が使用される。

測定エレメントはハイブリッド２１のベース２０にプリントされている。ハイブ リッドとは通常プリントされた回路部材、例えば抵抗等、導体トラック及びＩＣ （集積回路）を有するベースのことであり、ＩＣはベースに載着されかつ例えば ポンディングワイヤによって回路部材に接続されている。ポンチ１８自体はガラ スセラミックスから形成され、これによってダイヤフラム、即ち圧力を規定され る圧力室とピエゾ抵抗性の測定エレメントとの間の申し分のない断熱性が保証さ れる。ハイブリッド２１に面したポンチ１８の端部は円錐形に形成されているの で、ポンチの端部はほぼ測定エレメント１９の直径を有している。これによって 、ポンチを段孔１２内で案内できるのに対して、測定エレメント１９のサイズに 対する圧力伝達範囲を制限することができる。更にハイブリッドのベース２０は 段孔１２内に圧入される対応支承体２２に接触する。

ハイブリッド２１及びポンチ１８の端部は第２＠、第３ａ図及び第３ｂ図で詳細 に図示されている。ベース２０は、ＩＩｌの導体トラック２３をプリントされた 酸化アルミニウム・サブストレート層から形成されている。次いで行われるプリ ント過程において第１の導体トラック２３にピエゾ抵抗性の抵抗層２４がかつ次 いで第２の導体トラック２５がプリントされる。ボンチェ８の端部はガラス状の 物質２６を用いて第２の導体トラック２５に固定され、これによって抵抗層２４ に均一に力を導入できかつポンチを固定できるようになる。更にハイブリッド２ １のベース２０には電子的な構成部材２８、例えば抵抗、トランジスタ等が配置 されている。電子的な半導体構成部材２８及び導体トラックはポンディングワイ ヤ３１によって接続されている。処理電子機構の出力部はリード線３２を介して 圧力センサの外傷に設けられた、内燃機関の評価回路及び制御回路（図示せず） に接続されている。このために対応支承体２２内に段孔１２に対して軸平行にの びる一貫した孔３３が形成されていて、この孔内にはリード線３２が案内されて いる。リード線３２は段孔１２を閉鎖するカバー３５のグロメット３４内に固定 され丁いる。孔３３の代わりに対応支承体２０にリード線３２を案内するための セグメントを切り欠くこともできる。

例えば湿気のような不都合な外界作用から防護するために、段孔Ｉ２は電子的な 構成部材２８の範囲で及び／又は対応支承体２２とカバー３５との間の範囲で鋳 型材料３６によって充填されている。

第２図では抵抗層２４は電流方向でプリントされ、このばあい極めて高いインピ ーダンスの抵抗ペーストが使用されねばならない。これによって導入される力の 値が不変であれば、従来の配置形式に比して大きな測定信号が得られる。

第３ａ図による構成では、抵抗層２４ａは電流方向に対して横方向でハイブリッ ド２１の酸化アルミニウム・スブストレートから成るベースにプリントされる。

第３ａ図では第２図の構成とは異なって第１の導体トラック２３ａ及び第２の導 体トラック２５ａがベース２０にプリントされている。導体トラック２３．２５ ａの両端部の間には抵抗層２４ａがプリントされている。抵抗層及び第１の導体 トラック２３ａもしくは第２の導体トラック２５ａのそれぞれの端部はそれぞれ オーバーラツプされている。しかしこのオーバーラツプ範囲はポンチ１８の力伝 達範囲の外部に位置している。ＭＢｂ図で図示されているように、多数の抵抗を いわゆるホイートストン・ブリッジ回路の一部としてベースにプリントすること もできる。このばあいブリッジ回路のそれぞれ２つの対置する抵抗はポンチ１８ の力導入範囲に位置するのに対して、別の両抵抗は抵抗の極（近くで、ポンチ１ ８によって導入される力が作用しない範囲にプリントされねばならない、力導入 範囲にプリントされた抵抗２４ａ、２４ｂ並びに周辺の抵抗は同じテクノロジー で実現されるので、抵抗のほぼ同じ温度特性並びに長時間安定性が得られる。抵 抗のこの配置形式は特に簡単に厚膜技術で実現される。

更に良好な温度特性に基づき、処理電子機構としての複雑な交流電圧増幅器を省 くことができる。これによってハイブリッドのペースには若干の抵抗と演算増幅 器とから成る直流電圧増幅器を配置すればよい。処理回路のために若干の構成部 材を必要とするに過ぎないので、ハイブリッドは比較的小さく構成できひいては 圧力センサの横断面も比較的小さく維持できる。従ってこの構成によって、比較 的簡単かつ安価に構成できる構造容積のわずかな燃焼室センサが得られる。

リード線３２及び孔３３を介してハイブリッドの縁部で測定信号を導出する代わ りに、ハイブリッド２１のベース２０ｂに孔４０を設けることもできる。このた めに対応支承体２２内にも孔４１が形成される。このばあいこれら孔４０．４１ を介してリード線３２がハイブリッド２１の電子的な構成部材２８もしくはハイ ブリッドの導体トラックに案内されている。有利にはこのためにハイブリッドの 導体トラックは孔４０を貫通案内されかつベース２０ｂの下側でリード線３２に 接触している。

第５図乃至第７図による構成ではハイブリッド２１のペース２０の特別な構成及 びハイブリッド２１の電子的な構成部材２８の配置形式を図示している。このば あい第５図ではハイブリッド２１の電子的な構成部材２８は直接金属材料からな る金属製の対応支承体２特表千５−５０１３０８　（４） ２ｂに取り付けられている。対応支承体の材料としては例えばＳ　ｉ　Ｃｒ　Ａ 　ｌが使用される。このために対応支承体２２ｂはポンチ１８に面した側で厚膜 技術で設けられるガラス層４３によって電気的に絶縁されてし）る。次いで構成 部材２８及びピエゾ抵抗性の測定エレメント１９が、第１図のばあいにように、 設けられる。

この構成では、酸化アルミニウム・サブストレートから成るベース２０と対応支 承体２２との間の接着結合を省略することができる。

第６図及び第７図の実施例ではハイブリッドは圧力センサの軸線方向に配置され ている。これによって圧力センサは軸線方向で長く構成されるけれども、圧力セ ンサの特に狭幅な構造形式を得ることができる。これによって圧力センサ１１は 特に簡単に内燃機関の特別な組み込み状態に適合できる。上述実施例とは異なっ てハイブリッド２１は９０度だけ転回されて誓）る。

このために対応支承体は最早円筒状に形成されるのではなく、側面に、ハイブリ ッドが取り付けられる平面４４を有している。このばあいハイブリッドのベース はこの側にひいてはポンチ１８に面した対応支承体の端面に設けられる。このば あい矢張り、ペース用の材料としてガラス層が使用される。更に、第７図のよう に、ハイブリッド２１用のペースとしてフレキシブルなカプトンフィルム４５を 使用することもできる。カプトンフィルムは市販されていてかつ次のような特性 を有している：即ち、高い温度耐性、十分な絶縁強度並びに高いフレキシブル性 を有している。

要　約　書 圧力センサにおいて力がダイヤフラム（１４）及びポンチ（１８）を介してピエ ゾ抵抗性の測定エレメント（１９）に導入される。測定エレメント（１９）はハ イブリッド（２１）のベース（２０）にプリントされている。特に間単にはハイ ブリッド（２１）はポンチ（１８）の対応支承体（２２）の端面又は対応支承体 の側面に配置される。ハイブリッド（２１）及びピエゾ抵抗性の測定エレメント （１９）の空間的にコンパクトな配置形式によって圧力センサの比較的小さな安 価な構造形式が可能になる。ピエゾ抵抗性の測定エレメント（１９）としては実 地においてテストされた簡単に取り付けることのできる厚膜抵抗、例えばサーメ ット、プラスチックが使用される。

国際調査報告 国際調査報告

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．特に自動車の内燃機関の燃焼室内の圧力を検出するための圧力センサ（１１ ）であって、圧力センサのケーシング（１０）内にピエゾ抵抗性の材料から成る センサエレメント（１９）が配置されている形式のものにおいて、ダイヤフラム （１４）とセンサエレメント（１９）との間に、規定すべき圧力をセンサエレメ ントに導入するポンチ（１８）が配置されていて、センサエレメント（１９）及 びハイブリッド（２１）のベース（２１）並びにこのベース上に配置された処理 回路の構成部材がポンチ（１８）の対応支承体（２２）上に設けられていること を特徴とする圧力センサ。 ２．センサエレメント（１９）がハイブリッド（２１）のベース（２０）上に配 置されている、請求項１記載の圧力センサ。 ３．ハイブリッド（２１）がポンチ（１８）に面した対応支承体（２２）側に配 置されている、請求項１及び／又は２記載の圧力センサ。 ４．ハイブリッド（２１）が圧力センサ（１１）の軸線方向で対応支承体（２２ ）の面上に設けられている、請求項１及び／又は２記載の圧力センサ。 ５．ハイブリッド（２１）のベース（２０）が酸化アルミニウムから形成されて いる、請求項１から４までのいずれか１項記載の圧力センサ。 ６．ハイブリッド（２１）のベース（２０）がカブトンフィルムから形成されて いる、請求項１から４までのいずれか１項記載の圧力センサ。 ７．ハイブリッド（２１）のベース（２０）がＳｉＣｒＡ１から形成されている 、請求項１から４までのいずれか１項記載の圧力センサ。 ８．ＳｉＣｒＡｌから成るハイブリッド（２１）のベース（２０）と構成部材と の間にガラスから成る絶縁層が設けられている、請求項７記載の圧力センサ。 ９．対応支承体（２２）がＳｉＣｒＡＩから形成されかつハイブリッド（２１） のベース（２０）として用いられる、請求項１から６までのいずれか１項記載の 圧力センサ。 １０．電子的な構成部材（２８）がボンディングワイヤ（３１）及び厚膜導体ト ラックを用いて接続されている、請求項１から６までのいずれか１項記載の圧力 センサ。 １１．ピエゾ抵抗性のエレメント（１９）の抵抗層（２３，２５）が抵抗層を介 して流れる電流の方向にプリントされている、請求項１から７までのいずれか１ 項記載の圧力センサ。 １２．ポンチ（１８）がガラスセラミックから形成されている、請求項１から８ までのいずれか１項記載の圧力センサ。 １３．対応支承体（２２）がケーシング内に圧入されている、請求項１から９ま でのいずれか１項記載の圧力センサ。