WO1991015741A1

WO1991015741A1 - Druckgeber zur druckerfassung im brennraum von brennkraftmaschinen

Info

Publication number: WO1991015741A1
Application number: PCT/DE1991/000223
Authority: WO
Inventors: Werner Herden
Original assignee: Robert Bosch Gmbh
Priority date: 1990-04-06
Filing date: 1991-03-14
Publication date: 1991-10-17
Also published as: DE4011132A1

Abstract

Bei einem Druckgeber (11) ist zwischen dem Stempel (16) und dem Aufnahmeelement (21) eine vorgespannte, tellerartig ausgebildete Feder (19) so angeordnet, daß sie mit dem äußeren Rand der einen Seite am Stempel (16) und mit dem Mittelpunkt der anderen Seite am Aufnahmeelement (21) anliegt. Wirkt auf den Druckgeber (11) ein Druck ein, so verändert sich seine Raumform und der elektrische Widerstand der Widerstandsschicht (26) des Aufnahmeelements (21) wird sukzessive kurzgeschlossen. Dadurch ist ein relativ großer Meßeffekt möglich, der keine elektronische Aufbereitungsschaltung oder Verstärkung bereits im Gehäuse (10) des Druckgebers (11) benötigt. Der Druckgeber (11) baut dadurch einfach und preisgünstig.

Description

Druckgeber zur Druckerfassung im Brennraum von Brennkraftmaschinen

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Druckgeber nach der Gattung des Anspruchs 1. Bei einem derartigen, aus der DE-OS 38 11 311.2 bekannten Druckgeber wird der zeitliche Druckverlauf im Brennraum einer Brennkraftmaschine über die Krafteinwirkung auf einen oder mehrere Quarze unter Ausnutzung ihrer piezoelektrischen Eigenschaften bestimmt. Dabei liegt der zwischen der Membran und den Quarzen angeordnete Stempel mit einer Stirnseite an den Quarzen an. Das dadurch bewirkte Meßsignal ist relativ gering, so daß bereits im Gehäuse des Druckgebers mit Kilfe einer elektronischen Schaltung das Meßsignal verstärkt werden muß. Dieser Druckgeber ist somit relativ meßfehleranfällig und baut relativ teuer.

Vorteile der Erfindung

Der erfindungsgemäße Drucksensor mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß ein sehr großer Meßeffekt erzielt wird. Bereits ohne eine im Druckgeber angeordnete elektronische Schaltung zur Verstärkung kann das erzeugte Meßsignal ausgewertet werden. Der Druckgeber kann sowohl im Bereich kleiner als auch großer Drücke eingesetzt werden. Der Sensor baut dadurch besonders preisgünstig. Als Aufnahmeelement können in Dickschichttechnik hergestellte Cermet-Widerstände oder Widerstände aus conductive plastic verwendet werden. Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen des im Anspruch 1 angegebenen Drucksensors möglich.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 einen Schnitt durch einen Druckgeber, Figur 2 eine Einzelheit in vergrößerter Darstellung, Figur 3 einen Schnitt in Richtung III-III, Figur 4 eine Abwandlung der in Figur 2 dargestellten Einzelheit und Figur 5 einen Schnitt in Richtung 7-7.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In der Figur 1 ist mit 10 das Gehäuse eines Druckgebers 11 zur Bestimmung des Drucks im Brennraum einer Brennkraftmaschine bezeichnet. Es weist eine mittige, durchgehende, abgesetzte Bohrung 12 auf, deren dem Brennraum zugewandte Öffnung 13 von einer Membran 14 abgeschlossen wird. Der Sand der Membran 14 ist umgebogen und liege am Schaft des Gehäuses 10 fest an. Er kann zusätzlich noch am Schaft angeschweißt sein. Im mittleren Bereich der Membran 14 liegt ein in der Bohrung 12 geführter Stempel 16 an. Der Stempel 15 kann zum Beispiel aus keramischem Material bestehen und an der Membran 14 zum Beispiel angeschweißt: oder angeklebt sein. Er ragt aber soweit über die Öffnung 13 der 3ohrung 12 hinaus, daß die Membran 14 nicht an der Stirnseite des Gehäuses 10 selbst anliegt und sie sich somit in diesem Bereich durchbiegen kann. An der anderen Stirnseite des Stempels 15 ist eine Ausnehmung 18 ausgebildet, in der eine Feder 19 einer Meßzelle 20 angeordnet ist. Die Feder 19 ist so vorgespannt, daß sie eine tellerartige Bauform aufweist, und nur mit ihrem äußerer. Rand einer Seite am Stempel 15 anliegt. Die Feder 13 liegt mit ihrer anderen Seite nahezu punktförmig auf einem Aufnahmeelement 21 auf. Das Aufnahmeelement 21 besteht aus einer keramischen Platte 22, auf der im Bereich 23 des Auflagepunktes der Feder 19 eine Metallisierung aufgebracht ist, so daß die Feder 19 im Bereich 23 direkt auf der Metallisierung aufliegt und ein elektrischer Kontakt besteht. Die Metallisierung ist als erster Anschlußkontakt 24 ausgebildet. Nahezu am äußeren Rand der Platte 22 ist eine zweite ringförmige, metallische Schicht als zweiter Anschlußkontakt 25 aufgebracht. Zwischen den beiden Kontakten 24, 25 befindet sich eine elektrische Widerstandsschicht 25. Diese Schicht 26 kann zum Beispiel in Dickschichttechnik hergestellt sein. Es kann ein Cermet-Widerstand oder ein conductive plastic Material sein. Wichtig bei dieser Schicht ist, daß sie eine geringe Oberflächenrauhigkeit aufweist.

Die Platte 22 liegt mit ihrer anderen Stirnseite an einem in die Bohrung 12 eingeschraubten oder eingepreßten Gegenlager 29 an. Zur Fixierung und zur Kontaktierung ragt im Bereich des zweiten Anschlußkontakts 25 ein Fortsatz 30 des Gegenlagers 29 in eine Bohrung 31 der Platte 22. Gleichzeitig ist auch der Fortsatz 30 mit dem Gegenkontakt 25 kontaktiert und bildet den sogenannten Masseanschluß. Ferner ist im Bereich 23 in der Platte 22 eine Bohrung 32 ausgebildet und metallisiert, die die elektrische Leitung des Anschlußdrahtes 34 hineingeführt wird. Die Leitung des Anschlußdrahtes 34 ist an dem ersten Anschlußkontakt 24 angelötet. Der Anschlußdraht 34 ist zur Fixierung in einer Tülle 35 befestigt, über das Ableitkabel 34 werden die Meßwerte zu einer nicht dargestellten Auswerteschaltung und Steuereinrichtung der Brennkraftmaschine geführt.

In der Ausgangsstellung, das heißt ohne daß eine Kraft auf die Membran 14 einwirkt, liegt die Feder 19 nur im Bereich 23 auf der Platte 22 auf. Der elektrische Widerstand der Widerstandsschicht 26 wird somit nicht beeinflußt, so daß über die Anschußkontakte 24 und 25 ein maximales Meßsignal als Widerstand abgegriffen werden kann. Sobald aber über die Membran 14 und den Stempel 15 eine Kraft auf den Druckgeber 11 einwirkt, wird die Feder 19 durchgebogen und somit ihre Auflagefläche auf der Platte 22 vergrößert. Die Feder 19 kommt auch auf der Widerstandsschicht 26 zur Auflage, die dadurch teilweise kurzgeschlossen wird. Dadurch wird der elektrische Widerstand der verkürzten Schicht 26 verkleinert. Je nach Größe des einwirkenden Drucks wird die Auflagefläche der Feder 19 auf der Schicht 25 verändert, das heißt vergrößert. Im Extremfall überdeckt die Feder 19 die Schicht 26 vollständig, so daß der Widerstand 0 als Meßsignal über den Anschlußdraht 34 abgegriffen wird. Die Feder 19 ist hierbei so ausgebildet, daß ihr Rand mit dem äußeren Rand der Schicht 25 abschließt oder über diesen hinaus ragt. Dadurch ist ein relativ großer Meßeffekt möglich, da nicht nur ein kleiner Bereich der Meßkurve ausgewertet wird, sondern der gesamte Meßbereich zur Meßsignalgewinnung zur Verfügung steht. Ferner kommt der Rand 36 des Stempels 16 der die Ausnehmung 18 umgibt, auf der Platte 22 zur Auflage, so daß ein Überlastschutz vorhanden ist. Durch die Vorspannung der Feder 19 kann die Meßempfindlichkeit und auch der zu bestimmende Druckbereich eingestellt werden.

Im Ausführungsbeispiel nach den Figuren 4 und 5 ist die Feder 40 mit ihrem einen Ende auf der Platte 41 eingespannt und so vorgespannt, daß sie mit ihrem anderen Ende, mit der der Platte abgewandten Kante am Boden einer Ausnehmung 43 des Stempels 16a anliegt. Ohne die Meßfunktion zu beeinflussen, kann aber auch die Feder am Stempel 16a befestigt sein und mit dem gegenüberliegenden, freien Ende auf der Platte 41 aufliegen. Die Feder 40 weist eine plattenartige Form auf und ist mit ihrem einen Ende mit Hilfe eines Zapfens nahezu am äußeren Rand der Scheibe 41 fixiert. In diesem Bereich befindet sich auch der als erste Anschußkontakt 44 ausgebildete Bereich, der aus einer metallischen Schicht besteht. Diametral gegenüber, ebenfalls weitgehend am Rand ist ein metallischer, als zweiter Anschlußkontakt 45 dienender Bereich aufgebracht. In diesem Bereich ist eine Bohrung 46 ausgebildet, in die der Fortsatz 30 des Gegenlagers 23 zur Fixierung ragt. Über diese Bohrung 46 wird ebenfalls der Masse kontakt der zwischen den beiden Anschlußkontakten 44, 45 aufgebrachten elektrischen Widerstandsschicht 47 hergestellt. Ferner ist im Bereich des Anschlußkontakts 44 in der Platte 41 eine Bohrung 49 ausgebildet, durch die die elektrische Leitung des Ableitkabels 34 geführt wird. Ferner ist in der Figur 5 zur Verdeutlichung die Kontur der Feder 40 eingezeichnet. Es ist ersichtlich, daß die Breite und die Länge der Feder 40 geringfügig größer als die Widerstandsschicht 47 ist. Die Funktionsweise entspricht wieder weitgehend dem nach dem Ausführungsbeispiel nach den Figuren 1 bis 4. Abhangig vom einwirkenden Druck verändert sich auch hier wieder die Auflagefläche der Feder 40 auf der Widerstandsschicht 47. Die Feder 40 schließt die Widerstandsschicht in diesem Flächenbereich kurz, so daß sich somit der Widerstandswert zwischen den Anschlußkontakten 44 und 45 ändert.

Claims

Ansprüche

1. Druckgeber (11) zur Druckerfassung im Brennraum von Brennkraftmaschinen, insbesondere Kraftfahrzeugen, in dessen Gehäuse (10) sich ein Stempel (16), ein Gegenlager (29) für den Stempel (16), eine das Gehäuse (10) abschließende und an der dem Gegenlager abgewandten Stirnseite des Stempels (16) anliegende Membran (14), und ein Aufnahmeelement (21) befinden, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Stempel (16) und dem Aufnahmeelement (21) ein Federelement (19) angeordnet ist, das jeweils mindestens mit einer Stelle am Aufnahmeelement (21) und am Stempel (16) anliegt, und daß in Abhängigkeit von der Größe des zu bestimmenden Drucks die Raumform des Federelements (19) verändert wird und somit im Aufnahmelement (21) ein Meßsignal erzeugt wird.

2. Druckgeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufnahmeelement (21) eine Widerstandsschicht (25, 47) aufweist und daß bei einwirkendem Druck entsprechend der sich ändernden Raumform des Federelementes (19) die Widerstandsschicht (26, 47) kurzgeschlossen wird.

3. Druckgeber nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement (19) vorgespannt ist und mit seinem äußeren Rand am Stempel (15) und nahezu mit dem Mittelpunkt seiner anderen Seite am Aufnahmeelement (21) anliegt.

4. Druckgeber nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement eine einseitig eingespannte, vorgespannte Blattfeder (40) ist, und daß das freie Ende der Blattfeder (40) am Stempel (16) oder am Aufnahmeelement (21) anliegt.

5. Druckgeber nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement (19, 40) aus einem gut leitfähigen und metallischen Federwerkstoff mit geringer Oberflächenrauhigkeit besteht.

6. Druckgeber nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufnahmeelement (21) aus einem Cermet oder Concuctive Plastic Widerstand (26, 47) besteht und daß der eine Kontaktpunkt (24, 44) der Schicht (26, 47) möglichst nahe beim Auflagepunkt des Federelements (19, 40) auf dem Aufnahmelement (21) ist und der andere Kontaktpunkt (25, 45) möglichst weit vom Auflagepunkt des Federelements (19, 40) entfernt ist.

7. Druckgeber nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Anschlußkontakt (24) die Widerstandsschicht (26) und der zweite Anschlußkontakt (25) als sich jeweils aneinander schließende Ringe auf der Platte (22) ausgebildet sind.

8. Druckgeber nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandschicht (47) rechteckförmig ausgebildet ist und sich die Anschlußkontakte (44, 45) an zwei sich gegenüberliegenden Seiten der Widerstandsschicht (47) befinden.