EP3014236A1

EP3014236A1 - Vorrichtung zur erfassung des brennraumdruckes in einer verbrennungskraftmaschine

Info

Publication number: EP3014236A1
Application number: EP14734060.8A
Authority: EP
Inventors: Christian Doering; Remigius Has
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2013-06-27
Filing date: 2014-06-20
Publication date: 2016-05-04
Also published as: DE102013212468A1; CN105308427A; US20160153861A1; WO2014206875A1; JP2016527489A; JP6069591B2

Abstract

Es wird ein Brennraumdrucksensor (11) in einer Motoranbaukomponente (10) vorgeschlagen, wobei der Brennraumdrucksensor (11) einen Sensorträger (14) umfasst, der in einem Gehäuse (12) aufgenommen ist. Ferner ist an einem brennraumzugewandten Ende des Sensorträgers (14) ein Drucksensorelement (21) vorgesehen, das eine Membran (22) umfasst. Dabei ist das Drucksensorelement (21) als Wirbelstromsensor (32) ausgebildet ist, der mindestens eine erste Magnetspule (34) umfasst.

Description

Beschreibung

Vorrichtung zur Erfassung des Brennraumdruckes in einer Verbrennungskraftmaschine Stand der Technik Üblicherweise wird der Druckverlauf im Zylinder einer Verbrennungskraftmaschine durch einen Brennraumdrucksensor detektiert. Mit dessen Hilfe kann der Verlauf der im Zylinder stattfindenden Verbrennung beurteilt werden. Es wird in der Regel zwischen einem direkt und einem indirekt messenden Brennraumdrucksensor unterschieden. Beim direkt messenden Brennraumdrucksensor ist das Sensorelement direkt der Brennraumatmosphäre ausgesetzt. Zu diesem Zwecke ist der Brennraumdrucksensor so beschaffen, dass er auch bei Temperaturen um 600°Celsius noch funktionsfähig ist.

Bei einem indirekt messenden Brennraumdrucksensor wird dieser in eine Zündkerze oder eine Glühkerze oder einen Kraftstoffinjektor integriert, wobei sich das Sensorelement an sich vom Brennraum weiter entfernt befindet, sodass die Temperaturbelastung, die auf den indirekt messenden Brennraumdrucksensor einwirkt, geringer ist.

DE 196 80 912 C2 offenbart eine Vorrichtung zur Detektion des Zylinderdrucks in einer selbstzündenden Verbrennungskraftmaschine. Die Vorrichtung umfasst einen Drucksensor, mit einem Heizabschnitt einer Glühkerze, der einem Innenraum eines Zylinders der selbstzündenden Verbrennungskraftmaschine zugewandt ist und durch den Zylinderdruck beaufschlagbar ist. Des Weiteren ist ein Fixierglied zum Fixieren des Heizabschnittes in einem Körper der Glühkerze vorgesehen. Der Drucksensor ist zwischen dem Heizabschnitt und dem Fixierglied in der Glühkerze angeordnet. Der Heizabschnitt ist zur Übertragung des Zylinderdrucks auf den Drucksensor ausgebildet. Ein Stromzufuhrterminal der Glühkerze ist mit einer Stromquelle zur Erwärmung des Heizabschnittes verbindbar, wobei ein

Ausgangssignal des Drucksensors über das Stromzufuhrterminal abnehmbar ist, wenn das Stromzufuhr-Terminal von der Stromquelle getrennt ist. DE 10 2005 026 074 A1 bezieht sich auf eine Glühstiftkerze mit einem integrierten

Brennraumdrucksensor. Um eine effiziente und Schadstoff arme Motorsteuerung zu ermöglichen, wird eine Information über den Brennraumdruck im Brennraum einer

Verbrennungskraftmaschine benötigt. Daher wird gemäß DE 10 2005 026 074 A1 ein integrierter Brennraumdrucksensor in Form einer Glühstiftkerze für eine selbstzündende Verbrennungskraftmaschine vorgeschlagen. Die Glühstiftkerze weist einen Heizkörper und ein Kerzengehäuse auf. Weiterhin weist die Glühstiftkerze mindestens ein

Kraftmessfolienelement auf, wobei das mindestens eine Kraftmessfolienelement derart mit dem Heizkörper verbunden ist, dass über den Heizkörper eine Kraft auf das mindestens eine Kraftmessfolienelement übertragbar ist. Insbesondere kann das mindestens eine

Kraftmessfolienelement mindestens eine Piezofolie, beispielsweise eine Piezofolie aus hochpolarisiertem Polyvinylidenfluorid (PVDF) aufweisen.

Darstellung der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Sensorelement eines Brennraumdrucksensors sowie die zugehörige Auswerteelektronik in eine Glühkerze, einen Kraftstoff! njektor oder eine Zündkerze zu integrieren und eine temperaturmäßige Entkopplung des Brennraums vom Drucksensorelement durch kontaktlose Auswertung zu ermöglichen.

Erfindungsgemäß wird eine Vorrichtung zur Erfassung des Brennraumdrucks im Zylinder einer Verbrennungskraftmaschine vorgeschlagen, bei der ein Wirbelstromsensor hinter einer Membran, die als Dichtelement dient, positioniert wird, wobei die Membran unter dem Einfluss des im Zylinder herrschenden Brennraumdruckes verformt wird. Dadurch ist eine thermische Entkopplung beispielsweise eines Wrbelstromsensors von dem im Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine herrschenden Temperaturniveau gegeben. Des Weiteren kann eine komplexe Aufbau- und Verbindungstechnik entfallen, verglichen mit Lösungen, bei denen mittels eines niedrigschmelzenden Glaslots Silizium-Dehnmessstreifen auf eine Edelstahlmembran aufgebracht werden.

Mit der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung lässt sich eine Verformung einer

Membran unter dem Einfluss des Brennraumdruckes kontaktlos über eine

Wrbelstrommessung detektieren. Wird der erfindungsgemäß vorgeschlagene integrierte Brennraumdrucksensor beispielsweise in eine Glühkerze integriert, die den Zylindern einer selbstzündenden

Verbrennungskraftmaschine zugeordnet ist, können bei der Ausgestaltung der einer

Detektion des Druckes dienenden Spulen verschiedene Spulenformen zweckmäßig sein. Dabei ist unter einer Spule eine Spule zu verstehen, die ein Magnetfeld erzeugt.

Erfindungsgemäß können die Spulenformen beispielsweise durch eine runde oder rechteckige Geometrie gekennzeichnet sein; es lassen sich aber auch kompliziertere Spulenformen vorteilhaft einsetzen. Beispielsweise kann die Spule eine planare Form aufweisen. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist eine Vielzahl von Spulen kranzförmig angeordnet. Ferner kann in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung die mindestens eine erste Spule auch in mehreren übereinanderliegenden Ebenen ausgebildet sein.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Membran schichtartig aufgebaut, wobei zumindest die Seite der Membran elektrisch leitfähig ausgebildet ist, die der mindestens einen Spule zugewandt ist. Ein derartiger Aufbau erlaubt es, auf der

spulenzugewandten Seite einen auftretenden Wirbelstromeffekt messtechnisch zu nutzen und gleichzeitig die Induktivität zu vermindern. Ferner weist die Membran eine Mindestdicke auf um bei einer Frequenzauswertung dem Skin-Effekt Rechnung zu tragen.

Alternativ kann die Membran aus einem ferromagnetischen Material hergestellt sein, das eine hohe magnetische Permeabilität μ_Γ aufweist. Bei einer Annäherung einer Membran aus einem ferromagnetischen Material mit hoher magnetischer Permeabilität an die mindestens eine Spule wird das Magnetfeld fokussiert, was zu einer erhöhten Induktivität führt.

In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des der Erfindung zugrundeliegenden

Gedankens, kann der integrierte Brennraumdrucksensor, der beispielsweise in einer Glühkerze für eine selbstzündende Verbrennungskraftmaschine integriert ist, eine erste und eine zweite Spule zur Abstandsdetektion aufweisen. Die zweite Spule dient einer

Abstandsdetektion des metallischen Grundkörpers und somit zur Kompensation von

Störeinflüssen, die beispielsweise durch Abstandsänderungen infolge von

Temperaturänderungen auftreten können. Des Weiteren besteht die Möglichkeit, statt nur einer Spule mehrere planare Spulen gegenüber der Membran anzuordnen, so dass eine Membranauslenkung von mehreren Magnetspulen gleichzeitig ausgelesen werden kann, wodurch ein redundantes Sensorsignal erhalten wird. Der erfindungsgemäß vorgeschlagene Brennraumdrucksensor kann direkt auf einer

Leiterplatte hergestellt werden, alternativ ist auch ein mikromechanisches

Herstellungsverfahren in Silizium denkbar. Beim Einsatz von Leiterplatten lassen sich im Vergleich zu mikromechanischen Herstellungsverfahren in Silizium Kostenvorteile erzielen. Bei der Herstellung der Brennraumdrucksensoreinheiten direkt auf einer Leiterplatte kann dieses Herstellungsverfahren auch ermöglichen, die Spulen in einer größeren Form, d.h. bis hin zu einem Durchmesser von einem Zentimeter und mehr Größe herzustellen. In der Ausgestaltung der Form der Spulen könnten verschiedene Spulenformen zweckmäßig sein, beispielsweise eine runde oder eine rechteckige Geometrie; auch kompliziertere

Spulenformen sind denkbar.

Die mindestens eine Spule kann auch auf einem keramischen Substrat aufgebracht werden, welches sich durch hohe Korrosionsbeständigkeit und Temperaturstabilität auszeichnet.

Vorteile der Erfindung

Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung liegt darin, dass auf eine

Kontaktierung zwischen der leitfähigen Fläche auf der Membran, deren Position erfasst wird, und der Spule verzichtet werden kann. Die leitfähige Fläche ist von den im Brennraum herrschenden Drücken und Temperaturen beaufschlagt, während durch den Verzicht auf eine elektrische Kontaktierung eine thermische und mechanische Entkopplung zwischen der Spule und der Membran erreicht wird. Der Aufbau des erfindungsgemäßen

Brennraumdrucksensors ist besonders einfach und erlaubt eine effiziente und

kostengünstige Fertigung.

Ferner kann der erfindungsgemäße Brennraumdrucksensor in einfacher Weise mit einer Vielzahl von Spulen versehen sein. Hierdurch ist der erfindungsgemäße

Brennraumdrucksensor redundant ausgelegt, so dass in einfacher Weise parallel mehrere Messungen durchgeführt werden können. Das Durchführen mehrerer paralleler Messungen erlaubt es, zuverlässig präzise Messergebnisse zu erzielen. Darüber hinaus stellt ein redundanter Aufbau eine hohe Fehler- und Ausfalltoleranz des erfindungsgemäßen

Brennraumdrucksensors sicher. Ein Ausfall einer Spule aus einer Vielzahl von Spulen führt nicht zu einem Ausfall des Brennraumdrucksensors. Beschreibung der Zeichnungen

Anhand der Zeichnungen wird die Erfindung nachstehend eingehender beschrieben. Es zeigt:

Figur 1 eine Motoranbaukomponente mit einem erfindungsgemäßen

Brennraumdrucksensor; Figur 2 schematisch eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen

Brennraumdrucksensors im Querschnitt;

Figur 3 eine Draufsicht einer ersten Ausführungsform einer Magnetspule; Figur 4 eine Draufsicht einer zweiten Ausführungsform einer Magnetspule;

Figur 5.1 schematisch eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen

Brennraumdrucksensors im Querschnitt; Figur 5.2 eine schematische Detailansicht eines Drucksensorelements im Querschnitt;

Figur 6.1 eine dritte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Brennraumdrucksensors im

Querschnitt; Figur 6.2 schematisch eine Draufsicht einer Magnetspulenanordnung;

Figur 7 eine Anordnung von Magnetspulen in einer vierten Ausführungsform des

erfindungsgemäßen Brennraumdrucksensors; Figur 8.1 eine erste erfindungsgemäße Anordnung mehrerer erster Spulen;

Figur 8.2. eine zweite erfindungsgemäße Anordnung mehrerer erster Spulen. Ausführungsformen der Erfindung

Figur 1 zeigt eine Motoranbaukomponente 10 im Querschnitt, die mit einem

erfindungsgemäßen Brennraumdrucksensor 1 1 versehen ist. In einem im Wesentlichen zylindrischen Gehäuse 12 ist mittig entlang einer Hauptachse 20 eine Hülse 18

aufgenommen, in der ein Heizelement 16 angeordnet ist. Das Heizelement 16 erstreckt sich in einen Brennraum 40. Des Weiteren ist im Gehäuse 12 ein Sensorträger 14 aufgenommen, an dessen brennraumseitigen Ende ein Drucksensorelement 21 angeordnet ist, das eine umlaufende Membran 22 umfasst. Ferner weist das Gehäuse 12 ein brennraumzugewandtes Ende in Form eines Konus 13 auf, durch den sich im Wesentlichen mittig die Hülse 18 mit dem Heizelement 16 erstreckt. Zwischen der Hülse 18 und dem Konus 13 ist eine

umlaufende Öffnung 17 ausgebildet, die einen Durchtritt von Gas im Brennraum 40 zur Membran 22 gewährleistet. Die Membran 22 stellt eine Abdichtung zwischen der Hülse 18 und dem Gehäuse 12 sicher. Die Druckmessung im Brennraum 40 erfolgt durch den erfindungsgemäßen Brennraumdrucksensor 1 1 , der im mit unterbrochenen Linien

eingegrenzten Bereich 60 angeordnet ist. Der mit unterbrochenen Linien eingegrenzte Bereich 60 wird in Figur 2 detailliert dargestellt.

In Figur 2 ist eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Brennraumdrucksensors 1 1 detailliert dargestellt. Der erfindungsgemäße Brennraumdrucksensor 11 ist in einer

Motoranbaukomponente 10 angebracht, die ein im Wesentlichen zylindrisches Gehäuse 12 umfasst. Im Gehäuse 12 ist entlang einer Hauptachse 20 eine Hülse 18 aufgenommen, in der ein Heizelement 16 angebracht ist. Ferner ist zwischen dem Gehäuse 12 und der Hülse 18 ein Sensorträger 14 aufgenommen. Am brennraumzugewandten Ende des Sensorträgers 14 ist die umlaufende Membran 22 befestigt, die einen im Wesentlichen U-förmigen

Querschnitt aufweist. Der Querschnitt der Membran 22 umfasst einen Messabschnitt 24, der zwischen zwei Befestigungsabschnitten 26 positioniert ist. Die Befestigungsabschnitte 26 sind zwischen der Hülse 18 und dem Sensorträger 14 oder zwischen dem Sensorträger 14 und dem Gehäuse 12 festgeklemmt. Der Messabschnitt 24 umschließt dabei bogenförmig das brennraumzugewandte Ende des Sensorträgers 14. Durch eine Pressung zwischen dem

Sensorträger 14 und der Hülse 18 bildet ein Befestigungsabschnitt 26 an der Mantelfläche der Hülse 18 eine umlaufende erste Dichtfläche 28. Ferner bildet ein radial außenliegender Befestigungsabschnitt 26 der Membran 22 durch Pressung an der Innenseite des Gehäuses 12 eine umlaufende zweite Dichtfläche 30. Die erste und die zweite Dichtfläche 28, 30 stellen jeweils eine druckdichte Verbindung dar, die durch Laserschweißen hergestellt ist. Das Gehäuse 12 weist am brennraumzugewandten Ende einen Konus 13 auf, durch den sich entlang der Hauptachse 20 die Hülse 18 erstreckt. Zwischen der Hülse 18 und dem Konus 13 ist eine umlaufende Öffnung 17 ausgebildet, die einen Durchtritt von Gas aus dem Brennraum 40 zur umlaufenden Membran 22 erlaubt.

Am brennraumzugewandten Ende des Sensorträgers 14 ist ferner ein Substrat 38 aus einem keramischen Material aufgenommen, auf dem ein Wirbelstromsensor 32 befestigt ist, der eine erste Spule 34 umfasst. Die U-förmige Membran 22 umschließt die erste Spule 34 bogenförmig, wobei zwischen der ersten Spule 34 und dem Messabschnitt 24 der Membran 22 ein Hohlraum 37 ausgebildet ist. Der Hohlraum 37 weist eine lichte Höhe 39 auf, die eine Verformung des Messabschnitts 24 erlaubt.

Ferner ist der Brennraum 40 Drücken ausgesetzt, so dass eine Druckkraft 42 auf den Messabschnitt 24 der Membran 22 einwirkt. Infolge der Druckkraft 42 tritt eine Änderung der lichten Höhe 39 zwischen der ersten Spule 34 und der Membran 22 ein, die durch die erste Spule 34 erfasst wird. Die Membran 22 ist derart ausgebildet, dass eine Bewegung des Messabschnitts 24 eine Wechselwirkung mit einem Magnetfeld 36 hervorruft, das durch die erste Spule 34 erzeugt wird. Es treten hierbei Wirbelströme auf, die zu einer

berührungslosen Abstandsmessung zwischen der ersten Spule 34 und dem Messabschnitt 24 erfasst werden. Insgesamt verwirklicht die Anordnung der ersten Spule 34 mit der Membran 22 das Prinzip eines Wirbelstromsensors.

Ferner ist die erste Spule 34 auf dem keramischen Substrat 38 angeordnet, das eine thermische Entkoppelung zwischen dem Sensorträger 14 und dem Wirbelstromsensor 32 gewährleistet.

Figur 3 zeigt eine schematische Draufsicht auf eine erste Ausführungsform der ersten Spule 34, die auf dem Substrat 38 angeordnet ist. Dabei ist die erste Spule 34 im Wesentlichen rechteckig ausgebildet. Eine Vielzahl von ersten Spulen 34 gemäß Figur 3 kann

beispielsweise kranzförmig um eine nicht dargestellte Hülse 18 angeordnet werden. Ferner ist in Figur 4 eine zweite Ausführungsform der ersten Spule 34 dargestellt, die im

Wesentlichen kreis- oder spiralförmig ausgebildet ist. Die erste Spule 34 gemäß Figur 4 kann eine nicht dargestellte Hülse 18 umlaufen, oder es kann eine Vielzahl an derartigen ersten Magnetspulen 34 kranzförmig oder umlaufend um die Hülse 18 angeordnet sein. In Figur 5.1 ist schematisch ein Querschnitt durch eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Brennraumdrucksensors 1 1 dargestellt. Der

erfindungsgemäße Brennraumdrucksensor 1 1 ist in einer Motoranbaukomponente 10 angebracht, die ein im Wesentlichen zylindrisches Gehäuse 12 umfasst. Im Gehäuse 12 ist entlang einer Hauptachse 20 eine Hülse 18 aufgenommen, in der ein Heizelement 16 angebracht ist. Ferner ist zwischen dem Gehäuse 12 und der Hülse 18 ein Sensorträger 14 aufgenommen. Des Weiteren ist am brennraumzugewandten Ende des Sensorträgers 14 eine Membran 22 befestigt, die einen im Wesentlichen U-förmigen Querschnitt aufweist. Der Querschnitt der Membran 22 umfasst einen Messabschnitt 24, der zwischen zwei

Befestigungsabschnitten 26 positioniert ist. Die Befestigungsabschnitte 26 sind in radialer Richtung zwischen der Hülse 18 und dem Sensorträger 14 oder zwischen dem Sensorträger 14 und dem Gehäuse 12 festgeklemmt. Der Messabschnitt 24 umschließt dabei bogenförmig das brennraumzugewandte Ende des Sensorträgers 14. Durch eine Pressung zwischen dem Sensorträger 14 und der Hülse 18 bildet ein Befestigungsabschnitt 26 an der Mantelfläche der Hülse 18 eine umlaufende erste Dichtfläche 28 aus. Ferner bildet ein radial

außenliegender Befestigungsabschnitt 26 der Membran 22 durch Pressung an der

Innenseite des Gehäuses 12 eine umlaufende zweite Dichtfläche 30 aus. Die erste und die zweite Dichtfläche 28, 30 stellen jeweils eine druckdichte Verbindung dar, die durch

Laserschweißen hergestellt ist.

Das Gehäuse 12 weist am brennraumzugewandten Ende einen Konus 13 auf, durch den sich entlang der Hauptachse 20 die Hülse 18 erstreckt. Zwischen Hülse 18 und dem Konus 13 ist eine umlaufende Öffnung 17 ausgebildet, die einen Durchtritt von Gas aus dem Verbrennungsraum zur Membran 22 erlaubt.

Am brennraumzugewandten Ende des Sensorträgers 14 ist ferner ein keramisches Substrat 38 aufgenommen, auf dem ein Wrbelstromsensor 32 befestigt ist, der eine erste Spule 34 umfasst. Die U-förmige Membran 22 umschließt die erste Spule 34 bogenförmig, wobei zwischen der ersten Spule 34 und dem Messabschnitt 24 der Membran 22 ein Hohlraum 37 ausgebildet ist. Der Hohlraum weist eine lichte Höhe 37 auf, die eine Verformung des Messabschnitts 24 der Membran 22 erlaubt.

Ferner treten im Brennraum 40 Drücke und Druckschwankungen auf, die eine Druckkraft 42 hervorrufen, die auf den Messabschnitt 24 der Membran 22 einwirkt. In Folge der Druckkraft 42 tritt eine Änderung der lichten Höhe zwischen der Spule 34 und der Membran 22 ein, die durch die erste Spule 34 erfasst wird. Die Membran 22 ist aus einem elektrisch leitenden Werkstoff hergestellt, so dass eine Verformung des Messabschnitts 24 eine Wechselwirkung mit dem Magnetfeld 36 tritt, das durch die erste Spule 34 erzeugt wird. Es treten hierbei Wirbelströme auf, die zu einer berührungslosen Abstandsmessung zwischen der ersten Spule 34 und dem Messabschnitt 24 erfasst werden. Insgesamt verwirklicht die Anordnung der ersten Spule 34 mit der Membran 22 das Prinzip eines Wirbelstromsensors.

Ferner ist die erste Spule 34 auf einer brennraumzugewandten Seite einer Leiterplatte 44 angebracht, in der eine zweite Spule 50 aufgenommen ist. Die erste Spule 34 und die zweite Spule 50 sind entlang der Hauptachse 20 axial hintereinander angeordnet. Dabei ist zwischen der ersten Spule 34 und der zweiten Spule 50 innerhalb der Leiterplatte 44 eine Trennschicht 46 vorgesehen. Die Trennschicht 46 ist aus einem elektrisch leitfähigen Material, wie beispielsweise Kupfer hergestellt, und separiert die Magnetfelder 36, die von der ersten und zweiten Spule 34, 50 erzeugt werden. Eine Wechselwirkung zwischen den Magnetfeldern 36 der ersten und zweiten Spule 34, 50 wird hierdurch vermieden.

Die zweite Spule 50 verwirklicht das Prinzip eines Wirbelstromsensor, der einen Abstand zwischen der zweiten Spule 50 und dem Sensorträger 14 misst. Unterschiedliche

Temperaturen am Gehäuse 12, dem Sensorträger 14, der Hülse 18 und der Membran 22 führen in den jeweiligen Komponenten zu Wärmedehnungen, die eine Änderung der lichten Höhe 39 des Hohlraums 37 hervorrufen. Ohne weitergehende technische Maßnahmen führen derartige Änderungen der lichten Höhe 39 des Hohlraums 37 dazu, dass mittels der ersten Spule 34 keine exakte Messung mehr möglich ist. Mittels der zweiten Spule 50 werden axiale Verschiebungen der Leiterplatte 44 erfasst. Auf Basis der Messwerte der zweiten Spule 50 werden die Messwerte der ersten Spule 34 korrigiert, so dass der im Brennraum 40 herrschende Druck exakt erfasst wird.

Des Weiteren zeigt Figur 5.2 eine detaillierte Darstellung der Anordnung der ersten Spule 34 und der zweiten Spule 50 an der Leiterplatte 44. Die erste Spule 34 ist an einer

brennraumzugewandten Seite der Leiterplatte 44 angebracht und die zweite Spule 50 ist innerhalb der Leiterplatte 44 aufgenommen. Zwischen der ersten Spule 34 und der zweiten Spule 50 ist eine Trennschicht 46 angebracht. Die Trennschicht 46 ist aus einem leitenden Material, beispielsweise Kupfer, hergestellt und verhindert eine Interferenz der Magnetfelder 36 der ersten Spule 34 und der zweiten Spule 50. Die zweite Spule 50 verwirklicht ebenfalls das Prinzip eines Wirbelstromsensors, mit dem der Abstand zwischen der zweiten Spule 50 und dem Sensorträger 14 erfasst wird. Auf Basis der mittels der zweiten Spule 50 erfassten Abstandsänderungen können im Bereich des Drucksensorelements 21 auftretende thermisch bedingte Ausdehnungen ausgeglichen werden, die die Messungen mittels der ersten Spule 34 beeinträchtigen. Der Aufbau gemäß Figur 5.2 ermöglicht es, bei

wechselnden thermischen Bedingungen eine exakte kontaktfreie Druckmessung im

Brennraum 40 durchzuführen.

In Figur 6.1 ist schematisch eine dritte Ausführungsform des erfindungsgemäßen

Brennraumdrucksensors 1 1 dargestellt, der in einer Motoranbaukomponente 10

aufgenommen ist. Dabei ist in einem im Wesentlichen zylindrischen Gehäuse 12 mittig ein Sensorträger 14 aufgenommen. Das Gehäuse 12 weist an einem dem Brennraum 40 zugewandten Ende einen Konus 13 auf, der einstückig mit einer Membran 22 ausgebildet ist. In der Membran 22 ist ferner mittig im Bereich der Hauptachse 20 ein Messbereich 24 ausgebildet, der eine reduzierte Dicke aufweist. Des Weiteren ist am

brennraumzugewandten Ende des Sensorträgers 14 ein keramisches Substrat 38

angebracht. Auf dem keramischen Substrat 38 sind eine erste Spule 34 und eine zweite Spule 50 um die Hauptachse 20 angeordnet. Die erste Spule 34 ist von der zweiten Spule 50 umschlossen, und ist gegenüber dem Messabschnitt 24 der Membran 22 angeordnet. Die Membran 22 und deren Messbereich 24 sind aus einem elektrisch leitenden Material, beispielsweise Stahl, hergestellt, wobei der Messabschnitt 24 durch eine Druckkraft 42 im Brennraum im Betrieb verformt wird. Des Weiteren wird durch die erste Spule 34 ein

Magnetfeld 36 erzeugt, das durch eine Verformung des Messabschnitts 24 beeinflusst wird. Die erste Spule 34 verwirklicht damit das Prinzip eines Wrbelstromsensors, der kontaktlos die lichte Höhe 39 eines Hohlraums 37 erfasst, der zwischen der ersten Spule 34 und dem

Messabschnitt 24 der Membran 22 ausgebildet ist.

Ferner ist die zweite Spule 50 auf dem Substrat 38 radial außenliegend angeordnet, und umschließt die erste Spule 34. Dabei ist die zweite Spule 50 gegenüber einem

Befestigungsabschnitt 26 der Membran 22 angeordnet, der eine höhere Dicke aufweist als der Messabschnitt 24. Die zweite Spule 50 erzeugt ein Magnetfeld 36, das durch die lichte Höhe 39 zwischen der zweiten Spule 50 und dem Befestigungsabschnitt 26 der Membran 22 beeinflusst wird. Die Änderungen der lichten Höhe 39 im Befestigungsbereich der zweiten Spule 50 werden erfasst. Dabei verwirklicht die zweite Spule 50 das Prinzip eines

Wrbelstromsensors, der eine kontaktlose Abstandsmessung erlaubt. Aufgrund der höheren Materialdicke im Befestigungsabschnitt 26 als im Messabschnitt 24, treten in Folge von Druckkräften 42 nur geringe Änderungen der lichten Höhe 39 des Hohlraums 37 auf. Die zweite Spule 50 erfasst Änderungen der lichten Höhe 39 des Hohlraums 37, die durch unterschiedliche thermische Ausdehnung des Sensorträgers 14 und des Gehäuses 12 hervorgerufen werden. Die mittels der ersten Spule 34 und der zweiten Spule 50 ermittelten Abstände zum Messabschnitt 24 und dem Befestigungsabschnitt 26 erlauben somit eine Kompensation von Wärmedehnungseffekten im Brennraumdrucksensor 1 1 und

gewährleisten in einer breiten Spanne von Einsatzbedingungen eine hohe Messgenauigkeit. Figur 6.2 zeigt schematisch eine Draufsicht auf eine Anordnung einer ersten Spule 34 und einer zweiten Spule 50 in einem Brennraumdrucksensor 11 gemäß Figur 6.1. Die erste Spule 34 und die zweite Spule 50 sind konzentrisch angeordnet, wobei die zweite Spule 50 die erste Spule 34 umschließt. In Figur 7 ist eine vierte Ausführungsform des erfindungsgemäß vorgeschlagenen

Brennraumdrucksensors schematisch dargestellt. Beim Brennraumdrucksensor nach Figur 7 wirkt der im Brennraum 40 herrschende Druck auf eine nicht dargestellte separate brennraumnahe Dichtmembran. Die auf die nicht dargestellte separate brennraumnahe Dichtmembran einwirkenden Druckkräfte werden über einen nicht abgebildeten Stößel mechanisch auf eine Membran 22 übertragen. Um eine Hauptachse 20 sind eine erste Spule 34 und eine zweite Spule 50 konzentrisch angeordnet, die jeweils ein Magnetfeld 36 erzeugen. Der nicht abgebildete Stößel ist entlang der Hauptachse 20 angeordnet.

Gegenüber der ersten Spule 34 ist ferner die Membran 22 angeordnet, die aus einem elektrisch leitfähigen Material hergestellt ist. Die Membran 22 ist ringförmig ausgebildet und ist durch einen Hohlraum 37 mit einer lichten Höhe 39 von den Spulen 34, 50 getrennt. Die

Spulen 34, 50 verwirklichen jeweils das Prinzip eines Wirbelstromsensors, mit dem entlang der Hauptachse 20 die lichte Höhe 39 des Hohlraums 37 gemessen wird. Dabei dient die Spule 50 dazu, Störeinflüsse zu kompensieren, die auf den Brennraumdrucksensor einwirken. Störeinflüsse können Abstandsänderungen zwischen der ersten Spule 34 und der Membran sein, die nicht von im Brennraum 40 auftretenden Druckkräfte bewirkt werden.

Derartige Störeinflüsse können insbesondere Temperaturänderungen sein.

In Figur 8.1 ist eine erste Ausführungsform einer Anordnung von mehreren ersten Spulen 34 dargestellt, die auf einem Substrat 38 angebracht sind. Die vier ersten Spulen 34 gemäß Figur 8.1. sind kranzförmig gleichmäßig um die Hauptachse 20 angeordnet und gewährleisten dadurch eine redundante Auslegung des nicht näher dargestellten

Brennraumdrucksensors 1 1. Jede der ersten Spulen 34 ist dabei planar ausgebildet und weist im Wesentlichen eine Bogensegmentform auf. In Figur 8.2 ist eine zweite Ausführungsform einer Anordnung von mehreren ersten Spulen 34 dargestellt, die auf einem Substrat 38 angebracht sind. Die acht ersten Spulen 34 gemäß Figur 8.1. sind kranzförmig gleichmäßig um die Hauptachse 20 angeordnet und

gewährleisten dadurch eine redundante Auslegung des nicht näher dargestellten

Brennraumdrucksensors 1 1. Jede der ersten Spulen 34 ist planar und im Wesentlichen rechteckig ausgebildet.

Claims

Ansprüche 1. Brennraumdrucksensor (1 1) in einer Motoranbaukomponente (10), der

Brennraumdrucksensor (1 1) umfassend einen Sensorträger (14), der in einem Gehäuse (12) aufgenommen ist, wobei an einem brennraumzugewandten Ende des Sensorträgers (14) ein Drucksensorelement (21) vorgesehen ist, das eine Membran (22) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das Drucksensorelement (21) als Wirbelstromsensor (32) ausgebildet ist, der mindestens eine erste Magnetspule (34) umfasst.

2. Brennraumdrucksensor (1 1) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der mindestens einen ersten Magnetspule (34) und der Membran (22) ein axialer Abstand (39) in einem Hohlraum (37) ausgebildet ist

3. Brennraumdrucksensor (1 1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Sensorträger (14) und der mindestens einen ersten Magnetspule (34) ein thermisch isolierendes Substrat (38) angeordnet ist.

4. Brennraumdrucksensor (1 1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das thermisch isolierende Substrat (38) aus einem keramischen Material, oder einem

Leiterplattenmaterial oder PCB hergestellt ist.

5. Brennraumdrucksensor (11) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch

gekennzeichnet, dass die Membran (22) aus einem elektrisch leitfähigen oder

ferromagnetischen Material hergestellt ist.

6. Brennraumdrucksensor (1 1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch

gekennzeichnet, dass die mindestens eine erste Magnetspule (34) ringförmig, rechteckig, polygonal, planar, oder in übereinanderliegenden Ebenen ausgebildet ist

7. Brennraumdrucksensor (1 1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch

gekennzeichnet, dass am Sensorträger (14) mindestens eine zweite Magnetspule (50) angeordnet ist.

8. Brennraumdrucksensor (1 1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine erste Magnetspule (34) und die mindestens eine zweite Magnetspule (50) konzentrisch um eine Hauptachse (20) des Gehäuses (12) angeordnet sind.

9. Brennraumdrucksensor (1 1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine erste Magnetspule (34) und die mindestens eine zweite Magnetspule (50) axial beabstandet angeordnet sind.

10. Brennraumdrucksensor (1 1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der mindestens einen ersten Magnetspule (34) und der mindestens einen zweiten

Magnetspule (50) eine Trennschicht (46) vorgesehen ist.

1 1. Brennraumdrucksensor (11) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch

gekennzeichnet, dass das Drucksensorelement (21) eine Leiterplatte (44) umfasst, auf der die mindestens eine erste Magnetspule (34) angeordnet ist.

12. Glühkerze (70) in einem Verbrennungsmotor, dadurch gekennzeichnet, dass die Glühkerze (70) mit einem Brennraumdrucksensor (1 1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 versehen ist.

13. Zündkerze (80) in einem Verbrennungsmotor, dadurch gekennzeichnet, dass die Zündkerze (80) mit einem Brennraumdrucksensor (11) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 versehen ist.