WO2017093108A1 - Vorrichtung zum erfassen eines brennraumdrucks in einem brennraum einer brennkraftmaschine - Google Patents

Vorrichtung zum erfassen eines brennraumdrucks in einem brennraum einer brennkraftmaschine Download PDF

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WO2017093108A1
WO2017093108A1 PCT/EP2016/078635 EP2016078635W WO2017093108A1 WO 2017093108 A1 WO2017093108 A1 WO 2017093108A1 EP 2016078635 W EP2016078635 W EP 2016078635W WO 2017093108 A1 WO2017093108 A1 WO 2017093108A1
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WO
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housing
pressure sensor
sensor module
combustion chamber
carrier component
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Application number
PCT/EP2016/078635
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English (en)
French (fr)
Inventor
Holger Scholzen
Ralf Wenk
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch Gmbh filed Critical Robert Bosch Gmbh
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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23QIGNITION; EXTINGUISHING-DEVICES
    • F23Q7/00Incandescent ignition; Igniters using electrically-produced heat, e.g. lighters for cigarettes; Electrically-heated glowing plugs
    • F23Q7/22Details
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L23/00Devices 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
    • G01L23/24Devices 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 specially adapted for measuring pressure in inlet or exhaust ducts of internal-combustion engines

Definitions

  • the invention relates to a device for detecting a combustion chamber pressure in an internal combustion engine, and more particularly to a combustion chamber pressure sensor for an internal combustion engine, which can be installed as a stand-alone combustion chamber pressure sensor in a combustion chamber of the internal combustion engine, or as part of a Druckmessglühkerze or Druckmessglühw to Arrangement may be provided in a chamber of a self-igniting internal combustion engine, such as a pre-vortex or combustion chamber of an air-compressing, self-igniting diesel engine or a
  • combustion chamber pressure inside the combustion chamber of self-igniting internal combustion engines has been identified.
  • special pressure sensors must be provided in the combustion chamber of the internal combustion engine.
  • stand-alone combustion chamber pressure sensors also known as stand-alone combustion chamber pressure sensors
  • corresponding combustion chamber pressure sensors may also be provided as part of such a glow plug or spark plug to constructional
  • the glow plug is axially displaceably mounted in the glow plug housing by a flexurally elastic membrane.
  • the based on the piezoelectric effect pressure measuring principle is not optimal, since it may, for example, when using a piezoelectric ceramic to a strong temperature influence on the pressure signal, or even the sensor properties on deteriorate the service life.
  • a better pressure measurement can be achieved for example by a fiber optic solution, since a fiber optic sensor not only has a small size, but also such a sensor has a high
  • Temperature resistance shows may consist of a non-metallic construction and has an immunity to electromagnetic radiation.
  • Fiber-optic combustion chamber pressure sensor 8 for a pressure-measuring glow plug 9 consists of an optically conductive glass fiber cable 81 and a pressure membrane 82 which is protected on the combustion chamber pressure side by a filter 83.
  • Pressure measuring glow plug 9 consists essentially of a ceramic
  • Radiator 91 in which a resistance heater 92 embedded and electrically connected to lines 93.
  • the heater 91 is held in a metal sleeve 94 which is fixed in a glow plug housing 95, wherein the
  • Combustion chamber pressure sensor 8 is arranged together with the filter 83 in an inner channel of the sleeve 94.
  • a part of the filter 83 lies to the combustion chamber towards this part of the filter 83 by one or more openings 941 in the sleeve 94 with the environment of the sleeve 94 is in communication.
  • a combustion chamber pressure can be transmitted through the openings 941 and the filter 83 to the pressure membrane 82, while the radiator 91 performs the function of annealing the Druckmessglühkerze 9.
  • this solution has the
  • the combustion chamber pressure sensor 8 is firmly installed in the sleeve 94, as in the example shown in Figure 2 by welding.
  • the glow plug housing 95 is exposed to external influences, such as a compression and / or torsion when screwing the Druckmessglühkerze 9 or a so-called Zylinderkopfatmen (change the distance from cylinder block to cylinder head), the shape changes or mechanical loads on the glow plug housing 95, which in turn can lead to damage or detuning of the combustion chamber pressure sensor 8.
  • a device for detecting a combustion chamber pressure in a combustion chamber of an internal combustion engine with the features of claim 1 is proposed, wherein the device at least one
  • Carrier member for receiving at least a first portion of the
  • Pressure sensor module and having a plug connection, which is mechanically connected to the housing.
  • Housing preferably a central through hole or
  • the plug connection which may, for example, be in the form of a 4-pin plug interface, is electrically connected to the first section of the pressure sensor module by means of a flexibly deformable line, and the carrier component is received in the housing in an axially displaceable manner.
  • the flexibly deformable line can be present as a so-called flex line or in the form of a flexible printed circuit board.
  • the device according to the invention is generally installed on the housing in the internal combustion engine, so that this with the
  • Combustion chamber is in fluid communication, whereby the pressure sensor module, the Preferably, a fiber optic pressure sensor module is only able to detect the combustion chamber pressure.
  • the pressure sensor module preferably consists of the first section in the form of an evaluation unit including a
  • Support member is held in the housing and is connected by the line to the connector terminal, and from a second section, which is preferably a fiber optic sensor assembly with fiber optic membrane, optical fiber, light emitting diode (LED, from the English term “light emitting diode”) and photodiode Accordingly, the carrier component and the first portion of the pressure sensor module, ie the corresponding
  • the carrier component preferably has a substantially cylindrical shape and consists for example of plastic.
  • the pressure sensor module can be protected against damage by external mechanical influences. More precisely, such external influences may lead to undesirable changes in shape or mechanical loads on the housing of the device according to the invention, which may occur, for example, during installation of the invention
  • the support member which carries a portion of the pressure sensor module is mounted in the housing in the manner of a floating bearing so that it can compensate for such negative influences by axial displacement and damage or
  • the object of the present invention is a less susceptible to external influences device for detecting a combustion chamber pressure in a combustion chamber of a
  • the carrier component exclusively has a translatory freedom of movement. This means that the support member can move only in an axial direction, ie along the longitudinal axis of the inner
  • the support member is preferably mounted radially backlash, so that there is no radial clearance between the support member and inner wall of the through hole of the housing.
  • the support member is radially free of play and axially free of friction in the sense of a floating bearing stored in the housing in an ideal condition to be achieved.
  • the abovementioned mechanical decoupling which is essentially achieved by the axial displaceability and the radial playability of the carrier component in the housing, can preferably be achieved by the following configurations: a) The carrier component has clamping ribs on its outer side, with which the carrier component is arranged with press or transition fit over the housing in the through hole. b) The support member has on its outer side spring elements which apply a pressure force radially outward against the housing.
  • Such spring elements may be provided, for example, either integrally formed with the support member, for example in the form of resilient contours that emerge from the material of the support member, or may alternatively be integrated as separate components in the support member, for example in the form of metal springs, the in the
  • the device further comprises a radiator, which in the
  • Housing of the device is received and protrudes from this at least partially, so that a hot spot of the radiator within the
  • Combustion chamber of the internal combustion engine is located, whereby the radiator provides an annealing function.
  • the radiator is electrically connected to the connector.
  • Such a device according to the invention can also be referred to as combustion chamber pressure sensor with integrated glow function "GCS” or as pressure measuring glow plug, as already mentioned above.
  • the device according to the invention can have a sensor holder, which is likewise arranged in the housing and which firmly holds the second section of the pressure sensor module. That means the fiber optic
  • Sensor holder are attached, preferably by a weld.
  • the sensor holder may also be suitable for keeping the heater fixed in the housing.
  • the housing of the device according to the invention may be integrally formed, wherein the sensor holder also in the
  • the housing can consist of at least one sealing cone housing and a threaded housing, in which case these two housing components can be firmly connected to one another by the sensor holder, so that the sensor holder is fixed by the two housing components.
  • the sensor holder a stop collar on the outside of the
  • Outer perimeter has a projection which serves that the sensor holder can be firmly connected to the housing, for example by a welding operation or the like.
  • the projection is continuously on the Radial outer circumference of the sensor holder is provided so that it protrudes in an annular manner around the outer periphery of the sensor holder.
  • the stop collar serves as a partner for the
  • Butt welding of the two housing components to the sensor holder which can be done for example by a laser welding process.
  • Threaded housings are through the sensor holder and in this
  • the pressure sensor module is mechanically decoupled from the housing of the combustion chamber pressure sensor overall component.
  • the respective sections of the pressure sensor module remain rigidly connected to each other.
  • the fiber-optic sensor module can remain rigidly connected to the evaluation unit.
  • Fig. 1 shows a section through a device according to a preferred embodiment of the present invention in a perspective view, and an enlarged view of a part of
  • Fig. 2 shows a Druckmessglühkerze according to the prior art.
  • the device 1 shows a preferred embodiment of a device 1 according to the invention for detecting a combustion chamber pressure in a (not shown) combustion chamber of an internal combustion engine.
  • the device 1 according to the invention has a housing 2, which has a central through hole 21 with a round
  • Threaded housing 23 is made. Furthermore, the device 1 a
  • Pressure sensor module 3 which consists of a first portion 31 and a second portion 32, wherein the pressure sensor module 3 is disposed in the through hole 21 of the housing 2.
  • Pressure sensor module 3 is in the preferred embodiment in
  • the second section 32 of the pressure sensor module 3 consists in the preferred embodiment of a fiber optic sensor assembly 321 with fiber optic membrane 321 1, optical waveguide 3212, and a
  • the first section 31 of the pressure sensor module 3 is connected to its second section 32 by the fiber optic sensor module 321 is rigidly connected to the circuit board 3111 of the evaluation unit 311.
  • the device 1 according to the invention further comprises a carrier component 4, which is preferably made of plastic and has a substantially cylindrical shape with a flattened side 41, wherein the circuit board 3111 is rigidly connected to the flattened side 41. Because the PCB 3111 is rigid with the Support member 4 is connected, the fiber optic sensor assembly 321 is rigidly connected to the support member 4. Further, as shown in Figure 1, the device 1 according to the invention has a sensor holder 5 fixedly connected to a front part of the fiber optic assembly 321 and a heater 6 similar to the front part of the fiber optic
  • Assembly 321 is disposed in a through hole in the sensor holder 5 and fixedly connected thereto, preferably by welding.
  • the sensor holder 5 of the device 1 according to the invention is fixedly arranged between the sealing cone housing 22 and the threaded housing 23 and firmly connected thereto. Accordingly, there is a rigid connection between the
  • the support member 4 is axially slidably or slidably mounted in the through hole 21 of the housing 2, so that the support member 4 can compensate for such external influences by a movement in the axial direction.
  • the support member 4 is also mounted radially backlash, so that there is no radial clearance between the support member 4 and an inner wall of the through hole 21 of the housing 2.
  • the radiator 6 is electrically connected in the preferred embodiment shown in Figure 1 by a Glühstrom Gustav 61 with a plug connection 7, which also represents a component of the device 1 according to the invention.
  • the male terminal 7 is mechanically connected to the threaded housing 23 and serves as the electrical terminal of the device 1.
  • Support member 4 is provided, which on the flattened side 41st
  • the Glühstromtechnisch 61 extends from the radiator 6 through the recess 42 to the
  • the Glühstrom admir 61 is correspondingly not mechanically coupled to the support member 4.
  • the Glühstromtechnisch 61 However, be mechanically coupled to the support member 4, in this case, however, between the support member 4 and the radiator 6 and between the support member 4 and the connector terminal 7 on a resilient structure, which can transmit no force axially.
  • the support member 4 both at the front end 43 on its outer side two clamping ribs 431 and at the rear end 44 two clamping ribs 441, with which the support member 4 with press or transition fit in Contact with the through hole 21 of the housing 2 is arranged.
  • Clamping ribs 431, 441 are integrally formed in the support member 4 protruding from the flattened side 41 integrally with the support member 4, wherein at the front end 43 of the optical waveguide 3212 extends between the clamping ribs 431 hin barn arrived.
  • Support member 4 similar to the clamping ribs 431 is formed, in which case a flex line or flexibly deformable conduit 31 13 extending therethrough as a further component of the first portion 31 of the pressure sensor module 3 between the clamping ribs 441.
  • the flexibly deformable line 3113 is flexibly connected to terminals 71 of the plug connection 7, so that an electrical connection between the printed circuit board 3111 and the plug connection 7 can not be interrupted by an axial movement of the carrier component 4. Accordingly, the flexibly deformable line 3113 supports the mechanical decoupling of the pressure sensor module 3 from the housing 2 of the device 1.

Abstract

Die vorliegende Erfindung stellt Vorrichtung (1) zur Erfassung eines Brennraumdrucksin einem Brennraum einer Brennkraftmaschine, miteinem Gehäuse(2),einem in dem Gehäuse(2) angeordneten Drucksensormodul (3) zur Erfassung des Brennraumdrucks, einem in dem Gehäuse(2)angeordneten Trägerbauteil (4) zum Aufnehmen zumindest eines ersten Abschnitts (31) des Drucksensormoduls (3), undeinem Steckeranschluss (7), der mit dem Gehäuse (2) mechanisch verbunden ist, wobeider Steckeranschluss (7) durch eine flexibel verformbare Leitung (3113) mit dem ersten Abschnitt (31) des Drucksensormoduls (3) elektrisch verbunden ist, undwobei das Trägerbauteil (4) in dem Gehäuse (2) axial verschiebbar aufgenommen ist.

Description

Vorrichtung zum Erfassen eines Brennraumdrucks in einem Brenn räum einer
Brennkraftmaschine
Stand der Technik Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erfassen eines Brennraumdrucks in einer Brennkraftmaschine, und genauer gesagt einen Brennraumdrucksensor für eine Brennkraftmaschine, der beispielsweise als Stand-Alone- Brennraumdrucksensor in einen Brennraum der Brennkraftmaschine eingebaut sein kann, oder als Teil einer Druckmessglühkerze oder Druckmessglühstiftkerze zur Anordnung in einer Kammer einer selbstzündenden Brennkraftmaschine vorgesehen sein kann, so zum Beispiel einer Vor-, Wirbel- oder Brennkammer eines luftverdichtenden, selbstzündenden Dieselmotors oder eines
selbstzündenden HCCI-Ottomotors. Durch immer strenger werdende Auflagen und Gesetze bezüglich des
Kraftstoffverbrauchs und der dabei entstehenden Schadstoff-Emissionen von Brennkraftmaschinen, speziell im Kraftfahrzeugbereich, ist es in letzter Zeit notwendig, die Verbrennungssteuerung sowie deren zugehörigen
Steuerungsbauteile entsprechend aufzurüsten und weiterzuentwickeln. Als einer der entscheidenden Faktoren der Verbrennung, der dabei optimiert werden muss, wurde in der jüngsten Vergangenheit der Brennraumdruck im Inneren des Brennraums von selbstzündenden Brennkraftmaschinen identifiziert. Zur Messung des Brennraumdrucks müssen jedoch spezielle Drucksensoren im Brennraum der Brennkraftmaschine vorgesehen werden. Zu diesem Zweck wurden bereits verschiedenste alleinstehende Brennraumdrucksensoren, auch als Stand-Alone- Brennraumdrucksensoren bezeichnet, entwickelt. Alternativ dazu können entsprechende Brennraumdrucksensoren aber auch als Teil einer derartigen Glühkerze oder Zündkerze vorgesehen sein, um bauliche
Umbaumaßnahmen im Brennraum sowie zusätzlichen Bauraum zu vermeiden. Zu diesem Zweck wurden bereits sogenannte Brennraumdrucksensoren mit integrierter Glühfunktion GCS (von dem englischen Fachbegriff„Glow
Combustion Sensor") entwickelt, die neben der Glühfunktion eine Druckmessung basierend auf dem piezoelektrischen Effekt erreichen. Ein Beispiel für eine derartige sogenannte Druckmessglühkerze ist der DE 10 2012 209 237 A1 zu entnehmen, bei der ein Brennraumdruck, der auf einen in einem
Glühmodulgehäuse angeordneten Glühstift der Druckmessglühkerze einwirkt, über den Glühstift auf ein Stützrohr übertragen wird, und von diesem über eine Verbindungshülse auf ein Druckübertragungsstück, das letztendlich den
Brennraumdruck auf einen kreisförmigen Drucksensor in Gestalt eines piezoelektrischen Wandlerelements überträgt. Um eine unverfälschte
Druckübertragung vom Glühstift auf den Drucksensor umzusetzen ist der Glühstift dabei durch eine biegeelastische Membran im Glühmodulgehäuse axial verschiebbar gelagert. Es hat sich jedoch im Lauf der Zeit herausgestellt, dass das auf dem piezoelektrischen Effekt beruhende Druckmessprinzip nicht optimal ist, da es beispielsweise bei Verwendung einer Piezo-Keramik unter anderem zu einem starken Temperatureinfluss auf das Drucksignal kommen kann, oder aber sich auch die Sensoreigenschaften über die Lebensdauer verschlechtern. Eine bessere Druckmessung kann beispielsweise durch eine faseroptische Lösung erreicht werden, da ein faseroptischer Sensor nicht nur eine geringe Baugröße aufweist, sondern ein derartiger Sensor zudem einen hohen
Temperaturwiderstand zeigt, aus einer nicht-metallenen Konstruktion bestehen kann sowie eine Immunität gegenüber elektromagnetischer Strahlung besitzt.
Ein wie oben beschriebener faseroptischer Drucksensor, der auf dem
intrinsischen faseroptischen Prinzip beruht, ist beispielsweise aus der US
2007/0023412 A1 bekannt und in Figur 2 gezeigt. Der darin gezeigte
faseroptische Brennraumdrucksensor 8 für eine Druckmessglühkerze 9 besteht aus einem optisch leitenden Glasfaserkabel 81 und einer Druckmembran 82, die auf der Brennraumdruckseite hin durch einen Filter 83 geschützt ist. Die
Druckmessglühkerze 9 besteht im Wesentlichen aus einem keramischen
Heizkörper 91 , in dem ein Widerstandsheizer 92 eingebettet und mit Leitungen 93 elektrisch angebunden ist. Der Heizkörper 91 ist in einer metallenen Hülse 94 gehalten, die in einem Glühkerzengehäuse 95 befestigt ist, wobei der
Brennraumdrucksensor 8 zusammen mit dem Filter 83 in einem inneren Kanal der Hülse 94 angeordnet ist. Ein Teil des Filters 83 liegt dabei zum Brennraum hin frei, indem dieser Teil des Filters 83 durch eine oder mehrere Öffnungen 941 in der Hülse 94 mit der Umgebung der Hülse 94 in Verbindung steht. Dadurch kann ein Brennraumdruck durch die Öffnungen 941 und den Filter 83 auf die Druckmembran 82 übertragen werden, während der Heizkörper 91 die Funktion des Glühens der Druckmessglühkerze 9 ausübt. Diese Lösung hat jedoch den
Nachteil, dass der Brennraumdrucksensor 8 fest in der Hülse 94 eingebaut ist, wie in dem in Figur 2 gezeigten Beispiel durch Verschweißen. Während der Montage und während des Betriebs der Brennkraftmaschine ist jedoch das Glühkerzengehäuse 95 äußeren Einflüssen ausgesetzt, wie zum Beispiel einer Stauchung und/oder Torsion beim Einschrauben der Druckmessglühkerze 9 oder auch einem sogenannten Zylinderkopfatmen (Änderung des Abstands von Zylinderblock zu Zylinderkopf), die zu Formänderungen oder mechanischen Belastungen des Glühkerzengehäuses 95 führen können, was wiederum zu einer Beschädigung oder Verstimmung des Brennraumdrucksensors 8 führen kann.
Offenbarung der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zur Erfassung eines Brennraumdrucks in einem Brennraum einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen von Anspruch 1 vorgeschlagen, wobei die Vorrichtung zumindest ein
Gehäuse, ein in dem Gehäuse aufgenommenes Drucksensormodul zur
Erfassung des Brennraumdrucks, ein in dem Gehäuse angeordnetes
Trägerbauteil zum Aufnehmen zumindest einen ersten Abschnitt des
Drucksensormoduls, und einen Steckeranschluss aufweist, der mit dem Gehäuse mechanisch verbunden ist. Zur Aufnahme der innenliegenden Bauteile weist das
Gehäuse vorzugsweise eine zentrale Durchgangsbohrung oder
Durchgangsöffnung auf, weiter vorzugsweise mit kreisförmigem Querschnitt. Der Steckeranschluss, der beispielsweise in Form einer 4-poligen Steckerschnittstelle vorliegen kann, ist durch eine flexibel verformbare Leitung mit dem ersten Abschnitt des Drucksensormoduls elektrisch verbunden, und das Trägerbauteil ist in dem Gehäuse axial verschiebbar aufgenommen. Die flexibel verformbare Leitung kann dabei als sogenannte Flexleitung oder in Form einer flexiblen Leiterplatte vorliegen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird generell über das Gehäuse in die Brennkraftmaschine eingebaut, so dass diese mit dem
Brennraum in Fluidverbindung steht, wodurch das Drucksensormodul, das vorzugsweise ein faseroptisches Drucksensormodul ist, erst in der Lage ist, den Brennraumdruck zu erfassen. Das Drucksensormodul besteht vorzugsweise aus dem ersten Abschnitt in Form einer Auswerteeinheit einschließlich einer
Leiterplatte mit anwendungsspezifischer integrierter Schaltung ASIC (von dem englischen Fachbegriff„Application-Specific Integrated Circuit"), die durch das
Trägerbauteil in dem Gehäuse gehalten ist und durch die Leitung mit dem Steckeranschluss in Verbindung steht, sowie aus einem zweiten Abschnitt, der vorzugsweise eine faseroptische Sensorbaugruppe mit faseroptischer Membran, Lichtwellenleiter, Leuchtdiode (LED, von dem englischen Fachbegriff„Light Emitting Diode") und Photodiode umfasst. Entsprechend sind das Trägerbauteil und der erste Abschnitt des Drucksensormoduls, also entsprechend die
Auswerteeinheit mit Leiterplatte und ASIC, vorzugsweise starr miteinander verbunden. Das Trägerbauteil zeigt vorzugsweise eine im Wesentlichen zylindrische Gestalt und besteht beispielsweise aus Kunststoff.
Durch die hier erzielte mechanische Entkopplung des Drucksensormoduls von dem Steckeranschluss und damit von der Brennraumdrucksensor- Gesamtkomponente kann das Drucksensormodul vor einer Beschädigung durch äußere mechanische Einflüsse geschützt werden. Genauer gesagt kann es durch derartige äußere Einflüsse zu unerwünschten Formänderungen oder mechanischen Belastungen des Gehäuses der erfindungsgemäßen Vorrichtung kommen, die beispielsweise bei einem Einbau der erfindungsgemäßen
Vorrichtung in eine Brennkraftmaschine zu einer Stauchung und/oder Torsion auftreten, durch generelle Bewegungen der Brennkraftmaschine im Betrieb auf das Gehäuse der erfindungsgemäßen Vorrichtung übertragen werden oder aber auch durch thermische Ausdehnung von Bauteilen der Vorrichtung erzeugt werden. Um nun derartige unerwünschte äußere Einflüsse zu vermeiden, ist das Trägerbauteil, das einen Teil des Drucksensormoduls trägt, in dem Gehäuse nach Art eines Loslagers so gelagert, dass es durch axiale Verschiebbarkeit derartige negative Einflüsse ausgleichen kann und eine Beschädigung oder
Verstimmung des Drucksensormoduls vermieden wird. Mit den vorhergehend beschriebenen Maßnahmen zur mechanischen Entkopplung kann nicht nur die mechanisch sensible faseroptische Sensorbaugruppe des Drucksensormoduls sondern auch die mechanisch sensible Auswerteeinheit des Drucksensormoduls von äußeren Einflüssen entkoppelt werden. Entsprechend können mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung die Nachteile des Stands der Technik technisch einfach und kostengünstig vermieden werden. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine weniger durch äußere Einflüsse anfällige Vorrichtung zur Erfassung eines Brennraumdrucks in einem Brennraum einer
Brennkraftmaschine bereitzustellen, wird entsprechend mit der
erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Erfassung eines Brennraumdrucks in einem Brennraum einer Brennkraftmaschine erfüllt. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Merkmale der abhängigen Ansprüche möglich.
Gemäß einer vorzuziehenden Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist das Trägerbauteil ausschließlich eine translatorische Bewegungsfreiheit auf. Das bedeutet, dass sich das Trägerbauteil nur in einer axialen Richtung bewegen kann, also entlang der Längsachse der innenliegenden
Durchgangsbohrung des Gehäuses. Ferner ist das Trägerbauteil vorzugsweise radial spielfrei gelagert, so dass so dass radial kein Spiel zwischen Trägerbauteil und Innendurchwand der Durchgangsbohrung des Gehäuses vorliegt.
Entsprechend ist das Trägerbauteil in einem zu erzielenden Idealzustand radial spielfrei und axial reibungsfrei im Sinne eines Loslagers in dem Gehäuse gelagert. Die oben genannte mechanische Entkopplung, die im Wesentlichen durch die axiale Verschiebbarkeit und die radiale Spielfreiheit des Trägerbauteils in dem Gehäuse erzielt wird, kann dabei vorzugsweise durch die nachfolgenden Ausgestaltungen erreicht werden: a) Das Trägerbauteil weist an seiner Außenseite Klemmrippen auf, mit denen das Trägerbauteil mit Press- oder Übergangspassung gegenüber dem Gehäuse in dessen Durchgangsbohrung angeordnet ist. b) Das Trägerbauteil weist an dessen Außenseite Federelemente auf, die eine Druckkraft radial nach außen gegen das Gehäuse aufbringen. Derartige Federelemente können dabei beispielsweise entweder einstückig mit dem Trägerbauteil ausgebildet vorgesehen sein, beispielsweise in der Form von federnde Konturen, die aus dem Material des Trägerbauteils hervorgehen, oder können alternativ dazu als separate Bauteile in dem Trägerbauteil integriert sein, beispielsweise in Form von Metallfedern, die in den
Formträger durch Umspritzen eingelagert sind und die radiale Spielfreiheit erreichen. Gemäß einer weiteren vorzuziehenden Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist die Vorrichtung ferner einen Heizkörper auf, der in dem
Gehäuse der Vorrichtung aufgenommen ist und aus diesem zumindest teilweise hervorsteht, so dass sich ein Glühpunkt des Heizkörpers innerhalb des
Brennraums der Brennkraftmaschine befindet, wodurch der Heizkörper eine Glühfunktion bereitstellt. Der Heizkörper ist dabei mit dem Steckeranschluss elektrisch verbunden. Eine derartig ausgebildete erfindungsgemäße Vorrichtung kann auch wie oben bereits angesprochen als Brennraumdrucksensor mit integrierter Glühfunktion„GCS", oder auch als Druckmessglühkerze bezeichnet werden.
Ferner kann die erfindungsgemäße Vorrichtung einen Sensorhalter aufweisen, der ebenfalls in dem Gehäuse angeordnet ist und der den zweiten Abschnitt des Drucksensormoduls fest aufnimmt. Das bedeutet, dass die faseroptische
Sensorbaugruppe, die durch den zweiten Abschnitt des Drucksensormoduls umfasst ist und die mit dem ersten Abschnitt des Drucksensormoduls
beispielsweise starr verbunden sein kann, in dem Sensorhalter fixiert
aufgenommen ist, beispielsweise indem die faseroptische Membran sowie ein Teil des Lichtwellenleiters der faseroptischen Sensorbaugruppe in dem
Sensorhalter befestigt sind, vorzugsweise durch eine Verschweißung. Zudem kann der Sensorhalter auch dafür geeignet sein, den Heizkörper in dem Gehäuse fixiert zu halten. Das Gehäuse der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann einstückig ausgebildet sein, wobei der Sensorhalter ebenfalls in der
Durchgangsbohrung des Gehäuses eingesetzt und in dieser fixiert ist. Alternativ dazu kann das Gehäuse aber aus zumindest einem Dichtkonusgehäuse und einem Gewindegehäuse bestehen, wobei dabei diese beiden Gehäusebauteile durch den Sensorhalter fest miteinander verbunden sein können, so dass der Sensorhalter durch die beiden Gehäusebauteile fixiert ist. Dazu kann der Sensorhalter einen Anschlagkragen an dessen Außenseite zur
Schweißverbindung mit dem beiden Gehäusebauteilen aufweisen. Das bedeutet, dass der vorzugsweise zylindrische Sensorhalter an dessen radialem
Außenumfang einen Vorsprung aufweist, der dazu dient, dass der Sensorhalter mit dem Gehäuse fest verbunden werden kann, beispielweise durch einen Schweißvorgang oder dergleichen. Der Vorsprung ist dabei durchgehend an dem radialen Außenumfang des Sensorhalters so vorgesehen, dass er in einer ringförmigen Art und Weise um den Außenumfang des Sensorhalters herum hervorsteht. Der Anschlagkragen dient dabei als Partner für die
Stumpfschweißung der beiden Gehäusebauteile an dem Sensorhalter, die beispielsweise durch einen Laserschweißvorgang erfolgen kann. Dabei sind zumindest das Drucksensormodul und das Trägerbauteil in dem
Gewindegehäuse aufgenommen, und das Dichtkonusgehäuse und das
Gewindegehäuse sind durch den Sensorhalter und die in diesem
aufgenommenen Bauteile, das heißt durch die faseroptische Membran sowie einen Teil des Lichtwellenleiters der faseroptischen Sensorbaugruppe und den
Heizkörper, fluiddicht voneinander abgetrennt, wodurch der zweite Abschnitt des Drucksensormoduls von dem Brennraum fluiddicht abgetrennt ist.
Vorteile der Erfindung
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Erfassung eines Brennraumdrucks in einem Brennraum einer Brennkraftmaschine wird ein Aufbau eines
faseroptischen Brennraumdrucksensors vorgeschlagen, beispielsweise mit integrierter Glühfunktion, bei dem das Drucksensormodul von dem Gehäuse der Brennraumdrucksensor-Gesamtkomponente mechanisch entkoppelt ist. Dabei bleiben die jeweiligen Abschnitte des Drucksensormoduls starr miteinander verbunden. Das bedeutet, dass die faseroptische Sensorbaugruppe dabei weiterhin starr mit Auswerteeinheit verbunden bleiben kann. Durch diese mechanische Entkopplung des Drucksensormoduls vom Gehäuse kann verhindert werden, dass das faseroptische Drucksensormodul beschädigt oder verstimmt wird, was beispielsweise durch äußere Einflüsse während der Montage und während des Betriebs der Gesamtkomponente verursacht werden kann, wie zum Beispiel bei einer Stauchung und/oder einer Torsion beim Ein- schrauben der Gesamtkomponente, die zu Formänderungen oder mechanischen
Belastungen des Brennraumdrucksensors führen können. Mit dem vorliegenden erfindungsgemäßen mechanisch entkoppelten Aufbau des Drucksensormoduls können derartige negative Einflüsse vermieden werden. Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch eine Vorrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einer perspektivischen Ansicht, sowie eine vergrößerte Ansicht eines Teils der
erfindungsgemäßen Vorrichtung; und
Fig. 2 zeigt eine Druckmessglühkerze gemäß dem Stand der Technik.
Ausführungsformen der Erfindung
Fig. 1 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zur Erfassung eines Brennraumdrucks in einem (nicht gezeigten) Brennraum einer Brennkraftmaschine. Die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 hat ein Gehäuse 2, das eine zentrale Durchgangsbohrung 21 mit rundem
Querschnitt aufweist und aus einem Dichtkonusgehäuse 22 und einem
Gewindegehäuse 23 besteht. Ferner weist die Vorrichtung 1 ein
Drucksensormodul 3 auf, das aus einem ersten Abschnitt 31 und einem zweiten Abschnitt 32 besteht, wobei das Drucksensormodul 3 in der Durchgangsbohrung 21 des Gehäuses 2 angeordnet ist. Der erste Abschnitt 31 des
Drucksensormoduls 3 besteht bei der bevorzugten Ausführungsform im
Wesentlichen aus einer Auswerteeinheit 31 1 mit Leiterplatte 31 1 1 und ASIC 31 12. Der zweite Abschnitt 32 des Drucksensormoduls 3 besteht bei der bevorzugten Ausführungsform aus einer faseroptischen Sensorbaugruppe 321 mit faseroptischer Membran 321 1 , Lichtwellenleiter 3212, sowie einer
Aktivbaugruppe 3213 mit Leuchtdiode und Photodiode. Der erste Abschnitt 31 des Drucksensormoduls 3 ist mit dessen zweiten Abschnitt 32 verbunden, indem die faseroptische Sensorbaugruppe 321 starr mit der Leiterplatte 3111 der Auswerteeinheit 311 verbunden ist.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 weist ferner ein Trägerbauteil 4 auf, das vorzugsweise aus Kunststoff besteht und im Wesentlichen eine zylindrische Form mit einer abgeflachten Seite 41 zeigt, wobei die Leiterplatte 3111 mit der abgeflachten Seite 41 starr verbunden ist. Da die Leiterplatte 3111 starr mit dem Trägerbauteil 4 verbunden ist, ist auch die faseroptische Sensorbaugruppe 321 starr mit dem Trägerbauteil 4 verbunden. Wie es weiter in Figur 1 gezeigt ist, hat die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 darüber hinaus einen Sensorhalter 5, der mit einem vorderen Teil der faseroptischen Baugruppe 321 fest verbunden ist, sowie einen Heizkörper 6, der ähnlich wie der vordere Teil der faseroptischen
Baugruppe 321 in einer Durchgangsbohrung in dem Sensorhalter 5 angeordnet und mit diesem fest verbunden ist, vorzugsweise durch eine Verschweißung. Der Sensorhalter 5 der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 ist fest zwischen dem Dichtkonusgehäuse 22 und dem Gewindegehäuse 23 angeordnet und mit diesen fest verbunden. Entsprechend besteht eine starre Verbindung zwischen dem
Gehäuse 2, dem Sensorhalter 5, der faseroptischen Baugruppe 321, der Leiterplatte 3111 und dem Trägerbauteil 4. Um nun Formänderungen oder thermische Ausdehnungen des Gehäuses 2 ausgleichen zu können, die sich unter Umständen über die vorhergehend genannte starre Verbindung bis zum dem Trägerbauteil 4 fortsetzen können und Spannungen zwischen den starr verbundenen Bauteilen hervorrufen können, ist das Trägerbauteil 4 in der Durchgangsbohrung 21 des Gehäuses 2 axial verschiebbar oder gleitfähig gelagert, so dass das Trägerbauteil 4 derartige äußere Einflüsse durch eine Bewegung in axialer Richtung ausgleichen kann. Zu diesem Zweck ist das Trägerbauteil 4 ferner radial spielfrei gelagert, so dass so dass radial kein Spiel zwischen dem Trägerbauteil 4 und einer Innenwand der Durchgangsbohrung 21 des Gehäuses 2 vorliegt.
Der Heizkörper 6 ist bei der in Figur 1 gezeigten bevorzugten Ausführungsform durch eine Glühstromleitung 61 elektrisch mit einem Steckeranschluss 7 verbunden, der ebenfalls eine Komponente der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 darstellt. Der Steckeranschluss 7 ist mechanisch mit dem Gewindegehäuse 23 verbunden und dient als elektrischer Anschluss der Vorrichtung 1. Um eine Verbindung zwischen dem Heizkörper 6 und dem Steckeranschluss 7 durch die Glühstromleitung 61 zu ermöglichen, ist eine passende Aussparung 42 in dem
Trägerbauteil 4 vorgesehen, die auf der zu der abgeflachten Seite 41
entgegengesetzten Seite in diese eingebracht ist. Die Glühstromleitung 61 verläuft von dem Heizkörper 6 durch die Aussparung 42 zu dem
Steckeranschluss 7. Die Glühstromleitung 61 ist entsprechend nicht mechanisch mit dem Trägerbauteil 4 gekoppelt. Alternativ dazu kann die Glühstromleitung 61 jedoch mechanisch mit dem Trägerbauteil 4 gekoppelt sein, weist in diesem Fall aber zwischen dem Trägerbauteil 4 und dem Heizkörper 6 beziehungsweise zwischen dem Trägerbauteil 4 und dem Steckeranschluss 7 eine nachgiebige Struktur auf, die axial keine Kraft übertragen kann.
Um nun die radiale Spielfreiheit des Trägerbauteils 4 zu erreichen, weist das Trägerbauteil 4 sowohl an dessen vorderem Ende 43 an dessen Außenseite zwei Klemmrippen 431 als auch an dessen hinterem Ende 44 zwei Klemmrippen 441 auf, mit denen das Trägerbauteil 4 mit Press- oder Übergangspassung in Kontakt mit der Durchgangsbohrung 21 des Gehäuses 2 angeordnet ist. Die
Klemmrippen 431 , 441 sind in dem Trägerbauteil 4 aus der abgeflachten Seite 41 hervorstehend einstückig mit dem Trägerbauteil 4 ausgebildet, wobei sich an dem vorderen Ende 43 der Lichtwellenleiter 3212 zwischen den Klemmrippen 431 hindurchgehend erstreckt. Wie es in der vergrößerten Detailansicht in Figur 1 zu sehen ist, sind die Klemmrippen 441 an dem hinteren Ende 44 des
Trägerbauteils 4 ähnlich wie die Klemmrippen 431 ausgebildet, wobei sich hier eine Flexleitung oder flexibel verformbare Leitung 31 13 als weitere Komponente des ersten Abschnitts 31 des Drucksensormoduls 3 zwischen den Klemmrippen 441 hindurchgehend erstreckt. Die flexibel verformbare Leitung 3113 ist mit Anschlüssen 71 des Steckeranschlusses 7 flexibel verbunden, so dass eine elektrische Verbindung zwischen Leiterplatte 3111 und Steckeranschluss 7 nicht durch eine axiale Bewegung des Trägerbauteils 4 unterbrochen werden kann. Entsprechend unterstützt die flexibel verformbare Leitung 3113 die mechanische Entkopplung des Drucksensormoduls 3 von dem Gehäuse 2 der Vorrichtung 1.
Die Erfindung ist nicht auf das hier beschriebene bevorzugte Ausführungsbeispiel und die darin hervorgehobenen Aspekte beschränkt. Vielmehr sind innerhalb des durch die Ansprüche angegebenen Bereichs eine Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachmännischen Handelns liegen.

Claims

Ansprüche
1. Vorrichtung (1 ) zur Erfassung eines Brennraumdrucks in einem
Brennraum einer Brennkraftmaschine, mit:
einem Gehäuse (2),
einem in dem Gehäuse (2) angeordneten Drucksensormodul (3) zur Erfassung des Brennraumdrucks,
einem in dem Gehäuse (2) angeordneten Trägerbauteil (4) zum
Aufnehmen zumindest eines ersten Abschnitts (31 ) des
Drucksensormoduls (3), und
einem Steckeranschluss (7), der mit dem Gehäuse (2) mechanisch verbunden ist, wobei
der Steckeranschluss (7) durch eine flexibel verformbare Leitung (31 13) mit dem ersten Abschnitt (31 ) des Drucksensormoduls (3) elektrisch verbunden ist, und
das Trägerbauteil (4) in dem Gehäuse (2) axial verschiebbar aufgenommen ist.
2. Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 1 , wobei das Trägerbauteil (4) nur eine translatorische Bewegungsfreiheit aufweist.
3. Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Trägerbauteil (4) radial spielfrei gelagert ist.
4. Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 3, wobei das Trägerbauteil (4)
Klemmrippen aufweist, mit denen das Trägerbauteil (4) mit Press- oder Übergangspassung gegenüber dem Gehäuse (2) in diesem angeordnet ist. Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 3, wobei das Trägerbauteil (4)
Federelemente aufweist, die eine Druckkraft radial nach außen gegen das Gehäuse (2) aufbringen.
Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 5, wobei die Federelemente entweder mit dem Trägerbauteil (4) einstückig vorgesehen sind, oder als separate Bauteile in dem Trägerbauteil (4) integriert sind.
Vorrichtung (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Drucksensormodul (3) ein faseroptisches Drucksensormodul (3) ist.
Vorrichtung (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Trägerbauteil (4) und der erste Abschnitt (31 ) des Drucksensormoduls
(3) starr miteinander verbunden sind.
Vorrichtung (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung (1 ) ferner einen Heizkörper (6) aufweist, der in dem
Gehäuse (2) aufgenommen und mit dem Steckeranschluss (7) elektrisch verbunden ist, wobei der Heizkörper (6) eine Glühfunktion bereitstellt.
Vorrichtung (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung (1 ) ferner einen Sensorhalter (5) aufweist, der in dem Gehäuse (2) angeordnet ist und einen zweiten Abschnitt (32) des Drucksensormoduls (3) fest aufnimmt.
Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 10, wobei das Gehäuse (2) aus zumindest einem Dichtkonusgehäuse (22) und einem Gewindegehäuse (23) besteht, die durch den Sensorhalter (5) miteinander verbunden sind, wobei zumindest das Drucksensormodul (3) und das Trägerbauteil
(4) in dem Gewindegehäuse (23) aufgenommen sind.
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